Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas
Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas (LHC) yra didžiausias ir galingiausias dalelių greitintuvas pasaulyje. Jį pastatė Europos branduolinių tyrimų organizacija (CERN). Tai milžiniškas apvalus tunelis, pastatytas po žeme. Tunelio ilgis - 17 mylių (27 km), o jo gylis - nuo 50 iki 175 metrų po žeme. Jis yra po Šveicarijos ir Prancūzijos siena. Įgyvendinant šį projektą kartu dirbo 10 000 mokslininkų ir inžinierių iš daugiau nei 100 skirtingų šalių, o jo statyba kainavo 10,4 mlrd. šveicarijos frankų (10 mlrd. JAV dolerių). Dabar tai didžiausias ir sudėtingiausias eksperimentinių tyrimų objektas pasaulyje.
Kaip nurodoma jo pavadinime, LHC atliekami moksliniai tyrimai yra susiję su hadronų susidūrimu. Hadronas yra dalelė, sudaryta iš kelių kvarkų, kuriuos tarpusavyje jungia subatominė stiprioji jėga. Hadronų pavyzdžiai yra protonai ir neutronai. LHC savo eksperimentuose pirmiausia naudoja protonų susidūrimus. Protonai yra teigiamą krūvį turinčios atomų dalys. LHC šiuos protonus greitina tuneliu, kol jie pasiekia beveik šviesos greitį. Skirtingi protonai tuneliu nukreipiami priešingomis kryptimis. Jiems susidūrus susidaro sąlygos, panašios į ankstyvosios visatos sąlygas.
LHC bandoma tirti elementariąsias daleles ir jų sąveikos būdus. Mokslininkai jį naudoja kvantinei fizikai pažinti ir tikisi sužinoti dar daugiau apie erdvės ir laiko struktūrą. Stebėjimai, kuriuos mokslininkams pavyks atlikti, gali padėti sužinoti, kokia galėjo būti visata praėjus milisekundėms po Didžiojo sprogimo.
Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo CERN žemėlapis
Kaip tai veikia
LHC jonizuoja vandenilio atomus, kad gautų jų protonus. Vandenilio atomą sudaro tik vienas protonas ir vienas elektronas. Jonizuodami atomus, jie pašalina vieną elektroną, kad atomas įgytų teigiamą grynąjį krūvį. Vandenilio protonus elektromagnetai nukreipia per apskritimą. Kad magnetai būtų pakankamai stiprūs, turi būti labai šalta. Tunelio vidų šaldo skystas helis. Jie palaiko temperatūrą, šiek tiek aukštesnę nei absoliutus nulis. Protonai vienas į kitą atsitrenkia beveik šviesos greičiu ir virsta energija pagal E=mc2. Po to ji pasikeičia ir sukuria masę. Susidūrimo vietoje yra keturi detektorių sluoksniai. Sprogimas praeina pro kiekvieną sluoksnį ir kiekvienas detektorius fiksuoja skirtingą reakcijos etapą.
Kai dalelės atsitrenkia viena į kitą, jų energija paverčiama į daugybę skirtingų dalelių, o jautrūs detektoriai stebi susidariusias daleles. Atidžiai analizuodami detektorių duomenis, mokslininkai gali tirti, iš ko susideda dalelės ir kaip jos sąveikauja tarpusavyje. Tai vienintelis būdas aptikti kai kurias daleles, nes joms sukurti reikia labai didelės energijos. LHC dalelių susidūrimai turi reikiamą energiją.
LHC turi tris pagrindines dalis. Tai dalelių greitintuvas, keturi detektoriai ir tinklelis. Greitintuvas sukuria susidūrimą, tačiau jo rezultatų tiesiogiai stebėti negalima. Detektoriai paverčia juos tinkamais naudoti duomenimis ir siunčia juos į Tinklą. Tinklelis yra kompiuterių tinklas, kurį tyrėjai naudoja duomenims interpretuoti. 36 skirtingose šalyse yra 170 vietų, kuriose įrengti įprasti stacionarūs kompiuteriai. Visi šie kompiuteriai yra sujungti ir kartu veikia kaip superkompiuteris. LHC tinklelis laikomas galingiausiu kada nors sukurtu superkompiuteriu. Kompiuteriai dalijasi duomenų apdorojimo galia ir duomenų saugojimo vieta.
"Grid" yra labai galingas, tačiau jis gali priimti tik apie vieną procentą iš detektorių gaunamų duomenų. Jo ribotumas paskatino bandymus kurti kvantinius kompiuterius, kurie galėtų pasinaudoti tuo, ko LHC mus išmokė apie kvantinę mechaniką, ir sukurti spartesnius kompiuterius.
Mokslininkai, naudodamiesi LHC, rado Higso bozoną - dalelę, kurios egzistavimą numato standartinis modelis.
Kai kurie žmonės manė, kad LHC gali sukurti juodąją skylę, o tai būtų labai pavojinga. Yra dvi priežastys, dėl kurių nereikėtų nerimauti. Pirmoji yra ta, kad LHC nepadarė nieko, ko nepadarytų kosminiai spinduliai, kurie kasdien patenka į Žemę, o šie spinduliai nesukuria juodųjų skylių. Antroji priežastis yra ta, kad net jei LHC ir sukurtų juodąsias skyles, jos būtų labai mažos. Kuo mažesnė juodoji skylė, tuo trumpesnis jos gyvenimas. Labai mažos juodosios skylės išgaruotų anksčiau, nei galėtų pakenkti žmonėms.
Pirmą kartą LHC buvo panaudotas 2008 m. rugsėjo 10 d., tačiau neveikė, nes sugedo aušinimo sistema. Magnetai, padedantys judėti įkrautoms dalelėms, turi būti šalti. Dėl gedimo dalis įrenginio sugriuvo. Laboratorija buvo uždaryta žiemai, o priešpriešinių srautų greitintuvas vėl pradėtas naudoti tik 2009 m. lapkričio mėn. Kol jis buvo remontuojamas, mokslininkai naudojo "Tevatroną" Higso bozono paieškoms. Kai 2009 m. lapkritį LHC vėl buvo paleistas, jis pasiekė naują greičio rekordą, pagreitindamas protonus iki 1,18 TeV (teraelektronvolto, arba trilijono elektronvoltų). 2010 m. kovo 30 d. LHC sukūrė 3,5 TeV galios susidūrimą.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas (LHC)?
A: LHC yra didžiausias ir galingiausias pasaulyje dalelių greitintuvas. Jį pastatė Europos branduolinių tyrimų organizacija CERN, tai milžiniškas apskritas tunelis, įrengtas po žeme.
K: Kur yra LHC?
A.: LHC įrengtas prie pat Šveicarijos ir Prancūzijos sienos, 27 kilometrų ilgio ir 50-175 metrų gylyje po žeme esantis tunelis.
K: Kas dirbo prie projekto?
A: Kurdami šį projektą kartu dirbo 10 000 mokslininkų ir inžinierių iš daugiau nei 100 šalių.
K: Kiek kainavo statyba?
Atsakymas: Projektas kainavo 10,4 mlrd. Šveicarijos frankų (10 mlrd. JAV dolerių).
K: Kokios dalelės naudojamos LHC eksperimentuose?
A: LHC eksperimentuose daugiausia naudojami protonai. Protonai yra teigiamai įkrautos atomų dalys, kurios tunelyje greitinamos tol, kol pasiekia beveik šviesos greitį.
K: Ko mokslininkai tikisi išmokti naudodamiesi šiuo įrenginiu? A: Mokslininkai tikisi daugiau sužinoti apie kvantinę fiziką ir suprasti, kaip atrodė erdvė ir laikas praėjus milisekundėms po Didžiojo sprogimo.
