برخورد دهنده خطی هادرون. اکتشافاتی که در برخورد دهنده بزرگ هادرونی انجام شد

برخورد دهنده بزرگ هادرون یا "ماشین روز قیامت" یا کلید رمز و راز جهان نامیده می شود، اما اهمیت آن شکی نیست.

همانطور که برتراند راسل متفکر معروف بریتانیایی یک بار گفت: "فلسفه چیزی است که شما می دانید، فلسفه چیزی است که شما نمی دانید." به نظر می رسد که دانش علمی واقعی مدت هاست که از ریشه های خود جدا شده است، که می توان آن را در تحقیقات فلسفی یونان باستان یافت، اما این کاملاً درست نیست.

در طول قرن بیستم، دانشمندان کوشیده اند در علم پاسخی برای پرسش ساختار جهان بیابند. این روند شبیه به جستجوی معنای زندگی بود: تعداد زیادی نظریه، فرضیات و حتی ایده های دیوانه وار. دانشمندان در آغاز قرن بیست و یکم به چه نتایجی رسیدند؟

تمام دنیا از آن تشکیل شده است ذرات بنیادیکه نمایانگر اشکال نهایی همه چیز است، یعنی چیزی که نمی تواند به عناصر کوچکتر تقسیم شود. اینها شامل پروتون ها، الکترون ها، نوترون ها و غیره است. این ذرات در تعامل دائمی با یکدیگر هستند. در آغاز قرن ما به 4 نوع اساسی بیان شد: گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف. اولین مورد توسط نظریه نسبیت عام توصیف شده است، سه مورد دیگر در چارچوب مدل استاندارد (نظریه کوانتومی) ترکیب شده اند. همچنین پیشنهاد شد که تعامل دیگری وجود دارد که بعدها میدان هیگز نامیده شد.

به تدریج ایده ی متحد کردن همه تعاملات اساسی در چارچوب " نظریه های همه چیز"، که در ابتدا به عنوان یک شوخی تلقی می شد، اما به سرعت به یک قدرتمند تبدیل شد جهت علمی. چرا این لازم است؟ ساده است! بدون درک نحوه عملکرد جهان، ما مانند مورچه ها در یک لانه مصنوعی هستیم - از توانایی های خود فراتر نخواهیم رفت. دانش بشری نمی تواند (خوب، یا خداحافظاگر خوش بین هستید نمی توانید کل ساختار جهان را پوشش دهید.

یکی از مشهورترین تئوری هایی که ادعا می کند "همه چیز را در آغوش می کشد" در نظر گرفته شده است نظریه ریسمان. این نشان می دهد که کل جهان و زندگی ما چند بعدی است. با وجود بخش تئوری توسعه یافته و حمایت فیزیکدانان مشهوری مانند برایان گرین و استیون هاوکینگ، هیچ تایید تجربی ندارد.

دانشمندان، دهه‌ها بعد، از پخش از غرفه‌ها خسته شدند و تصمیم گرفتند چیزی بسازند که یک بار برای همیشه i's را پر کند. برای این منظور، بزرگترین تاسیسات آزمایشی جهان ایجاد شد - برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC).

"به برخورد کننده!"

برخورد دهنده چیست؟ در اصطلاح علمی، این یک شتاب دهنده ذرات باردار است که برای شتاب بخشیدن به ذرات بنیادی برای درک بیشتر برهمکنش آنها طراحی شده است. در اصطلاح غیر علمی، این عرصه بزرگ (یا جعبه شنی، اگر ترجیح می دهید) است که در آن دانشمندان برای تأیید نظریه های خود مبارزه می کنند.

ایده برخورد ذرات بنیادی و دیدن آنچه اتفاق می افتد اولین بار از فیزیکدان آمریکایی دونالد ویلیام کرست در سال 1956 آمد. او پیشنهاد کرد که به لطف این، دانشمندان می توانند به اسرار کیهان نفوذ کنند. به نظر می رسد که برخورد دو پرتو پروتون با انرژی کل یک میلیون برابر بیشتر از همجوشی گرما هسته ای چه اشکالی دارد؟ زمان مناسب بود: جنگ سرد، مسابقه تسلیحاتی و همه چیز.

تاریخچه ایجاد LHC

Brücke-Osteuropa / wikimedia.org
(CC0 1.0)

ایده ایجاد یک شتاب دهنده برای تولید و مطالعه ذرات باردار در اوایل دهه 1920 ظاهر شد، اما اولین نمونه های اولیه تنها در اوایل دهه 1930 ساخته شدند. در ابتدا، آنها شتاب دهنده های خطی با ولتاژ بالا بودند، یعنی ذرات باردار در یک خط مستقیم حرکت می کردند. نسخه حلقه در سال 1931 در ایالات متحده آمریکا معرفی شد و پس از آن دستگاه های مشابه در تعدادی از کشورهای توسعه یافته - بریتانیای کبیر، سوئیس و اتحاد جماهیر شوروی ظاهر شدند. نام را گرفتند سیکلوترون ها، و متعاقباً شروع به استفاده فعال برای ایجاد سلاح های هسته ای کرد.

لازم به ذکر است که هزینه ساخت یک شتاب دهنده ذرات فوق العاده بالا است. اروپا در حال بازی در طول جنگ سردنقش اصلی نیست، ایجاد آن را به عهده گرفت سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای (به روسی اغلب به عنوان CERN خوانده می شود)، که بعداً ساخت LHC را آغاز کرد.

سرن در پاسخ به نگرانی های جهانی در مورد ایجاد شد تحقیقات هسته ایدر ایالات متحده آمریکا و اتحاد جماهیر شوروی، که می تواند منجر به نابودی عمومی شود. بنابراین، دانشمندان تصمیم گرفتند نیروهای خود را با هم متحد کرده و آنها را در مسیری مسالمت آمیز هدایت کنند. در سال 1954، سرن به طور رسمی متولد شد.

در سال 1983، تحت نظارت CERN، بوزون‌های W و Z کشف شدند، پس از آن، موضوع کشف بوزون‌های هیگز تنها موضوع زمان بود. در همان سال، کار بر روی ساخت برخورد دهنده بزرگ الکترون پوزیترون (LEPC) آغاز شد که نقش اصلی را در مطالعه بوزون های کشف شده ایفا کرد. با این حال، حتی پس از آن مشخص شد که قدرت دستگاه ایجاد شده به زودی ناکافی خواهد بود. و در سال 1984، بلافاصله پس از برچیده شدن BEPK، تصمیم به ساخت LHC گرفته شد. این چیزی است که در سال 2000 اتفاق افتاد.

ساخت LHC، که در سال 2001 آغاز شد، با این واقعیت که در محل BEPK سابق، در دره دریاچه ژنو انجام شد، تسهیل شد. در رابطه با مسائل مالی (در سال 1995 هزینه آن 2.6 میلیارد فرانک سوئیس برآورد شد، تا سال 2001 از 4.6 میلیارد فراتر رفت، در سال 2009 به 6 میلیارد دلار رسید).

روشن در حال حاضر LHC در تونلی با محیط 26.7 کیلومتر قرار دارد و از قلمروهای دو می گذرد. کشورهای اروپایی- فرانسه و سوئیس. عمق تونل از 50 تا 175 متر متغیر است. همچنین لازم به ذکر است که انرژی برخورد پروتون ها در شتاب دهنده به 14 ترالکترون ولت می رسد که 20 برابر بیشتر از نتایج بدست آمده با استفاده از BEPK است.

کنجکاوی یک رذیله نیست، اما یک چیز منزجر کننده بزرگ است.

تونل 27 کیلومتری برخورد دهنده سرن در 100 متری زیر زمین در نزدیکی ژنو قرار دارد. در اینجا مغناطیس های الکترومغناطیس ابررسانای عظیمی وجود خواهند داشت. در سمت راست ماشین های حمل و نقل هستند. جوهانسون / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

چرا این «ماشین روز قیامت» ساخته دست بشر مورد نیاز است؟ دانشمندان انتظار دارند جهان را بلافاصله پس از انفجار بزرگ، یعنی در لحظه شکل گیری ماده، ببینند.

اهدافکه دانشمندان در طول ساخت LHC برای خود تعیین کردند:

1. تایید یا رد مدل استاندارد با هدف ایجاد بیشتر "نظریه همه چیز".
2. اثبات وجود بوزون هیگز به عنوان ذره ای از پنجمین نیروی بنیادی. با توجه به تحقیقات نظری، باید بر برهمکنش های الکتریکی و ضعیف تأثیر بگذارد و تقارن آنها را بشکند.
3. مطالعه کوارک ها که ذره ای بنیادی هستند که 20 هزار بار کوچکتر از پروتون های تشکیل شده از آنهاست.
4. به دست آوردن و مطالعه ماده تاریک که بیشتر کیهان را تشکیل می دهد.

اینها تنها اهدافی هستند که دانشمندان برای LHC تعیین کرده اند، اما بقیه بیشتر مرتبط یا کاملاً نظری هستند.

چه چیزی به دست آورده اید؟

بدون شک بزرگترین و شاخص ترین دستاورد، تایید رسمی وجود بود بوزون هیگز. کشف برهم کنش پنجم (میدان هیگز) که به گفته دانشمندان، بر اکتساب جرم توسط تمام ذرات بنیادی تأثیر می گذارد. اعتقاد بر این است که وقتی تقارن در اثر تأثیر میدان هیگز بر میدان‌های دیگر شکسته شود، بوزون‌های W و Z عظیم می‌شوند. کشف بوزون هیگز آنقدر مهم است که تعدادی از دانشمندان نام "ذرات خدا" را به آن داده اند.

کوارک ها به ذرات (پروتون، نوترون و غیره) ترکیب می شوند که به آنها می گویند هادرون ها. آنها هستند که در LHC شتاب می گیرند و با هم برخورد می کنند، از این رو نام آن است. در طول عملیات برخورد دهنده، ثابت شد که جدا کردن کوارک از هادرون به سادگی غیرممکن است. اگر سعی کنید این کار را انجام دهید، به سادگی نوع دیگری از ذرات بنیادی را از یک پروتون جدا خواهید کرد - مزون. علیرغم این واقعیت که این تنها یکی از هادرون ها است و حاوی چیز جدیدی نیست، بررسی بیشتر برهمکنش کوارک ها باید در مراحل کوچک انجام شود. در تحقیق قوانین اساسیعملکرد کیهان، عجله خطرناک است.

اگرچه خود کوارک ها در طول استفاده از LHC کشف نشدند، وجود آنها تا یک نقطه خاص به عنوان یک انتزاع ریاضی تلقی می شد. اولین چنین ذرات در سال 1968 یافت شد، اما تنها در سال 1995 وجود "کوارک واقعی" به طور رسمی اثبات شد. نتایج تجربی با توانایی بازتولید آنها تأیید می شود. بنابراین، دستیابی به یک نتیجه مشابه توسط LHC نه به عنوان یک تکرار، بلکه به عنوان اثبات محکم کننده وجود آنها درک می شود! اگرچه مشکل واقعیت کوارک ها در هیچ کجا ناپدید نشده است، زیرا آنها به سادگی هستند نمی توان انتخاب کرداز هادرون ها

چه برنامه ای دارید؟

Hans G / flickr.com (CC BY-SA 2.0)

وظیفه اصلی ایجاد "نظریه همه چیز" حل نشد، بلکه توضیح نظری بود گزینه های ممکنمظاهر آن در جریان است. تاکنون یکی از مشکلات ترکیب نظریه نسبیت عام و مدل استاندارد، دامنه عمل متفاوت آنهاست و بنابراین دومی ویژگی های اولی را در نظر نمی گیرد. بنابراین، فراتر از مدل استاندارد و رسیدن به لبه مهم است فیزیک جدید.

ابرتقارن -دانشمندان بر این باورند که میدان‌های کوانتومی بوزونی و فرمیونی را به هم متصل می‌کند تا جایی که می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. این نوع تبدیل است که فراتر از مدل استاندارد است، زیرا نظریه ای وجود دارد که نگاشت متقارن میدان های کوانتومی بر اساس آن است. گراویتون ها. آنها، بر این اساس، می توانند یک ذره اولیه گرانش باشند.

مادالا بوزون- فرضیه وجود بوزون مادالا فرض می کند که میدان دیگری وجود دارد. فقط اگر بوزون هیگز با ذرات و ماده شناخته شده برهمکنش داشته باشد، بوزون مادالا با ماده تاریک. علیرغم اینکه بیشتر کیهان را اشغال می کند، وجود آن در چارچوب مدل استاندارد گنجانده نشده است.

سیاهچاله میکروسکوپی -یکی از تحقیقات LHC ایجاد یک سیاهچاله است. بله، بله، دقیقاً همان منطقه سیاه و همه کاره در فضای بیرونی. خوشبختانه دستاورد قابل توجهی در این راستا حاصل نشده است.

امروزه برخورد دهنده بزرگ هادرون یک مرکز تحقیقاتی چند منظوره است که بر اساس کار آن تئوری هایی ایجاد شده و به صورت تجربی تایید می شود که به ما در درک بهتر ساختار جهان کمک می کند. اغلب موج‌هایی از انتقادات پیرامون تعدادی از مطالعات در حال انجام وجود دارد که خطرناک شناخته می‌شوند، از جمله از سوی استیون هاوکینگ، اما این بازی قطعاً ارزش شمع را دارد. ما نمی توانیم در اقیانوس سیاهی به نام کیهان با کاپیتانی حرکت کنیم که نه نقشه دارد، نه قطب نما و نه دانش اولیه از دنیای اطراف ما.

اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.

برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) یک شتاب دهنده ذرات برخورد معمولی (البته فوق العاده قدرتمند) است که برای شتاب بخشیدن به پروتون ها و یون های سنگین (یون های سرب) و مطالعه محصولات برخورد آنها طراحی شده است. LHC میکروسکوپی است که با کمک آن فیزیکدانان می‌توانند از چه چیزی و چگونه ماده تشکیل شده است، اطلاعاتی در مورد ساختار آن در سطحی جدید و حتی میکروسکوپی به دست آورند.

بسیاری منتظر بودند که پس از راه اندازی آن چه اتفاقی بیفتد، اما در واقع هیچ اتفاقی نیفتاد - دنیای ما برای اتفاقی واقعاً جالب و باشکوه بسیار کسل کننده است. اینجا تمدن است و تاج آفرینش آن انسان است، فقط ائتلاف خاصی از تمدن و مردم به وجود آمده است، که در یک قرن گذشته با هم متحد شده ایم، زمین را در پیشرفت هندسی آلوده می کنیم، و ناخواسته هر چیزی را که انباشته شده است، نابود می کنیم. برای میلیون ها سال در پست دیگری در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد، بنابراین اینجاست برخورد دهنده هادرون.

برخلاف انتظارات متعدد و متنوع مردم و رسانه ها، همه چیز بی سر و صدا و مسالمت آمیز گذشت. آه، چقدر همه چیز اغراق آمیز بود، مثلا روزنامه ها شماره به شماره تکرار می کردند: "LHC = پایان جهان!"، "مسیر فاجعه یا کشف؟"، "فاجعه نابودی"، تقریباً پایان آن را پیش بینی می کردند. جهان و سیاهچاله ای غول پیکر که در آن تمام زمین را می مکد. ظاهراً این نظریه ها توسط فیزیکدانان حسودی ارائه شده است که در مدرسه موفق به دریافت گواهی پایان کار با شماره 5 در این موضوع نشده اند.

به عنوان مثال، یک فیلسوف دموکریتوس وجود داشت که در یونان باستان خود (به هر حال، دانش آموزان مدرن این را در یک کلمه می نویسند، زیرا آنها آن را به عنوان یک کشور عجیب و غریب غیر موجود، مانند اتحاد جماهیر شوروی، چکسلواکی، اتریش-مجارستان، ساکسونی می نویسند. ، کورلند و غیره - "یونان باستان") او نظریه خاصی را بیان کرد که ماده از ذرات غیر قابل تقسیم تشکیل شده است - اتم هااما دانشمندان تنها پس از 2350 سال شواهدی از این موضوع را یافتند. یک اتم (تقسیم ناپذیر) را نیز می توان تقسیم کرد، این 50 سال بعد در تاریخ کشف شد الکترون هاو هسته ها و هسته- برای پروتون ها و نوترون ها. اما آنها، همانطور که معلوم شد، کوچکترین ذرات نیستند و به نوبه خود از کوارک ها تشکیل شده اند. امروزه فیزیکدانان بر این باورند کوارک ها- حد تقسیم ماده و چیزی کمتر از آن وجود ندارد. شش نوع کوارک شناخته شده وجود دارد: بالا، عجیب، جذاب، زیبایی، واقعی، پایین - و آنها با استفاده از گلوئون به هم متصل می شوند.

کلمه "collider" از انگلیسی collide - collide گرفته شده است. در برخورد دهنده، دو پرتاب ذره به سمت یکدیگر پرواز می کنند و زمانی که با هم برخورد می کنند، انرژی پرتوها اضافه می شود. در حالی که در شتاب دهنده های معمولی که برای چندین دهه ساخته و کار می کنند (نخستین مدل های آنها با اندازه و قدرت نسبتاً متوسط ​​قبل از جنگ جهانی دوم در دهه 30 ظاهر شدند)، پرتو به یک هدف ثابت برخورد می کند و انرژی چنین برخوردی بسیار است. کمتر

برخورد دهنده "هادرون" نامیده می شود زیرا برای شتاب دادن به هادرون ها طراحی شده است. هادرون ها- این یک خانواده از ذرات بنیادی است که شامل پروتون ها و نوترون ها می شود. ملک مهمهادرون ها - اینکه آنها واقعاً ذرات بنیادی نیستند، بلکه از کوارک هایی تشکیل شده اند که توسط گلوئون ها به هم چسبیده اند.

برخورد دهنده به دلیل اندازه آن بزرگ شد - این بزرگترین تاسیسات آزمایشی فیزیکی است که تا کنون در جهان وجود داشته است، فقط حلقه اصلی شتاب دهنده بیش از 26 کیلومتر امتداد دارد.

فرض بر این است که سرعت پروتون‌هایی که توسط LHC شتاب می‌گیرند 0.999999998 سرعت نور است و تعداد برخوردهای ذره‌ای که در هر ثانیه در شتاب‌دهنده رخ می‌دهد به 800 میلیون ولت خواهد رسید ترا الکتروولت و هسته های سرب - 5.5 گیگا ولت برای هر جفت نوکلئون در حال برخورد. نوکلئون ها(از زبان لاتین هسته - هسته) - نام مشترکبرای پروتون ها و نوترون ها

امروزه نظرات مختلفی در مورد فناوری ایجاد شتاب دهنده ها وجود دارد: برخی ادعا می کنند که به حد منطقی خود رسیده است، برخی دیگر ادعا می کنند که هیچ محدودیتی برای کمال وجود ندارد - و بررسی های مختلف بررسی هایی را در مورد طرح هایی ارائه می دهند که اندازه آنها 1000 برابر کوچکتر است و عملکرد آنها بالاتر است. نسبت به LHC' A. در الکترونیک یا تکنولوژی کامپیوترکوچک سازی به طور مداوم با افزایش همزمان کارایی در حال انجام است.

برخورد دهنده بزرگ هاردون، LHC - یک شتاب دهنده معمولی (البته فوق العاده) ذرات باردار در پرتوها، طراحی شده برای پراکنده کردن پروتون ها و یون های سنگین (یون های سرب) و بررسی محصولات برخورد آنها. BAC این میکروسکوپ است، که در آن فیزیک، چه چیزی و چگونه موضوع به دست آوردن اطلاعات در مورد دستگاه خود را در سطحی جدید و حتی میکروسکوپی تر آشکار می کند.

بسیاری مشتاقانه منتظر بودند، اما آنچه پس از اجرای او می آید، اما هیچ چیز در اصل و اتفاق نیفتاده است - دنیای ما چیز زیادی از دست داده است که اتفاق افتاده است چیزی واقعا جالب و جاه طلبانه است. در اینجا آن یک تمدن و تاج آن از خلقت انسان است، فقط یک نوع ائتلاف تمدن و مردم، وحدت، با هم برای بیش از یک قرن، در یک پیشرفت هندسی zagazhivaem زمین، و beschinno از بین بردن هر چیزی که میلیون ها سال انباشته شده است. در این مورد ما در پیام دیگری صحبت خواهیم کرد و بنابراین - برخورد دهنده هادرون.

علیرغم انتظارات متعدد و متنوع مردم و رسانه ها، همه بی سر و صدا و مسالمت آمیز پیش رفتند. آه، چقدر همه چیز متورم بود، مثل شرکت روزنامه از نظر تعداد اتاق: "BAC = پایان جهان!"، "جاده کشف یا فاجعه؟"، "فاجعه نابودی"، تقریباً پایان جهان و همه چیز سیاهچاله ای غول پیکر در zasoset است که تمام زمین را دارد. شاید این نظریه ها حسادت به فیزیک را مطرح می کنند، که در آن مدرسه گواهی پایان کار را از شکل 5 دریافت نکرده است.

مثلاً اینجا یک فیلسوف دموکریتوس بود که در یونان باستان (و اتفاقاً دانش‌آموزان امروزی آن را در یک کلمه می‌نویسند، همانطور که وجود عجیبی وجود ندارد، مانند اتحاد جماهیر شوروی، چکسلواکی، اتریش-مجارستان، زاکسن، کورلند و غیره. - "Drevnyayagretsiya")، او نظریه ای داشت مبنی بر اینکه ماده از ذرات غیرقابل تقسیم - اتم ها تشکیل شده است، اما اثبات این امر، دانشمندان تنها پس از 2350 سال یافتند. اتم (تقسیم ناپذیر) - همچنین می تواند تقسیم شود، حتی پس از 50 سال بر روی الکترون ها و هسته ها و هسته - پروتون ها و نوترون ها در یافت می شود. اما آنها، همانطور که معلوم شد، کوچکترین ذرات نیستند و به نوبه خود از کوارک ها تشکیل شده اند. تا به امروز، فیزیکدانان بر این باورند که کوارک ها - حد تقسیم ماده و هر چیز کمتری وجود ندارد. ما شش نوع کوارک را می شناسیم: سقف، عجیب، جذاب، جذاب، واقعی، پایین - و آنها از طریق گلوئون به هم متصل هستند.

کلمه "Collider" از کلمه انگلیسی collide - face گرفته شده است. در برخورد دهنده، دو ذره شروع به پرواز به سمت یکدیگر می کنند و پرتوهای انرژی برخورد اضافه می شوند. در حالی که در شتاب دهنده های معمولی که چندین دهه در دست ساخت و کار هستند (اولین مدل آنها در اندازه و قدرت متوسط، قبل از جنگ جهانی دوم در دهه 30 ظاهر شد)، ضربه پوچک به اهداف ثابت و انرژی برخورد بسیار است. کوچکتر

برخورد دهنده "هادرونیک" به این دلیل نامگذاری شده است که برای پراکندگی هادرون ها طراحی شده است. هادرون - خانواده ای از ذرات بنیادی است که شامل پروتون ها و نوترون ها است که از هسته همه اتم ها و همچنین انواع مزون ها تشکیل شده است. یکی از ویژگی های مهم هادرون ها این است که آنها ذرات واقعاً بنیادی نیستند و از کوارک ها، گلوئون "چسبیده" تشکیل شده اند.

برخورد دهنده بزرگ به دلیل اندازه اش بوده است - بزرگترین مجموعه آزمایشی فیزیکی تا کنون در جهان است، تنها حلقه اصلی شتاب دهنده بیش از 26 کیلومتر کشیده شده است.

فرض بر این است که سرعت مخزن پراکنده 0.9999999998 پروتون نسبت به سرعت نور خواهد بود و تعداد برخورد ذرات منشأ در شتاب دهنده در هر ثانیه تا 800 میلیون انرژی کل پروتون های در حال برخورد 14 TeV (14 ترال ولت) خواهد بود. و هسته های سرب - 5.5 گیگا الکترون ولت برای هر جفت نوکلئون در حال برخورد (از زبان لاتینی هسته - هسته) - نام عمومی پروتون ها و نوترون ها.

دیدگاه‌های متفاوتی در مورد ایجاد فناوری شتاب‌دهنده‌ها تا به امروز وجود دارد: برخی می‌گویند که این فناوری به جنبه منطقی خود رسیده است، برخی دیگر می‌گویند که هیچ محدودیتی برای کمال وجود ندارد - و بررسی‌های مختلف نمای کلی از ساختارها ارائه می‌دهند که 1000 برابر کوچک‌تر، اما بالاتر هستند. بهره وری BUCK 'بله. در الکترونیک یا فناوری کامپیوتر به طور مداوم کوچک سازی، در حالی که رشد بهره وری است.

نقشه ای که محل برخورد دهنده روی آن مشخص شده است

برای یکسان سازی بیشتر برهمکنش های بنیادی در یک نظریه، از رویکردهای مختلفی استفاده می شود: نظریه ریسمان، که در نظریه M (نظریه بران)، نظریه ابرگرانش، گرانش کوانتومی حلقه و غیره. برخی از آنها مشکلات داخلی دارند و هیچ کدام از آنها مشکلی ندارند. تایید تجربی دارند مشکل این است که انجام آزمایش های مربوطه به انرژی هایی نیاز دارد که با شتاب دهنده های ذرات باردار مدرن دست نیافتنی است.

LHC اجازه آزمایش هایی را می دهد که قبلاً انجام آنها غیرممکن بود و احتمالاً برخی از این نظریه ها را تأیید یا رد می کند. بنابراین، طیف کاملی از نظریه‌های فیزیکی با ابعاد بزرگ‌تر از چهار وجود دارد که وجود «ابر تقارن» را فرض می‌کنند - به عنوان مثال، نظریه ریسمان، که گاهی اوقات دقیقاً به این دلیل که بدون ابرتقارن معنای فیزیکی خود را از دست می‌دهد، نظریه ریسمان نامیده می‌شود. بنابراین تأیید وجود ابر تقارن تأییدی غیرمستقیم بر صحت این نظریه ها خواهد بود.

مطالعه کوارک های برتر

تاریخچه ساخت و ساز

تونل زیرزمینی 27 کیلومتری که برای قرار دادن شتاب دهنده LHC طراحی شده است

ایده پروژه برخورددهنده بزرگ هادرونی در سال 1984 متولد شد و ده سال بعد رسما تایید شد. ساخت آن در سال 2001 و پس از تکمیل شتاب دهنده قبلی، برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون آغاز شد.

شتاب دهنده قرار است با پروتون هایی با انرژی کل 14 TeV (یعنی 14 ترال الکترون ولت یا 14 10 12 الکترون ولت) در سیستم مرکز جرم ذرات فرود، و همچنین هسته های سرب با انرژی 5.5 گیگا ولت برخورد کند. (5.5 10 9 الکترون ولت) برای هر یک جفت نوکلئون در حال برخورد. بنابراین، LHC پرانرژی ترین شتاب دهنده ذرات در جهان خواهد بود که از نظر انرژی از نزدیک ترین رقبای خود برتر است - برخورد دهنده پروتون-ضد پروتون Tevatron، که در حال حاضر در آزمایشگاه ملی شتاب دهنده کار می کند. انریکو فرمی (ایالات متحده آمریکا) و برخورد دهنده یونی سنگین نسبیتی RHIC که در آزمایشگاه بروکهاون (ایالات متحده آمریکا) کار می کند.

شتاب دهنده در همان تونلی قرار دارد که قبلاً توسط برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون اشغال شده بود. این تونل با محیط 26.7 کیلومتر در عمق حدود صد متری زیر زمین در فرانسه و سوئیس احداث شده است. برای مهار و تصحیح پرتوهای پروتون از 1624 آهنربای ابررسانا استفاده شده است که طول کل آنها بیش از 22 کیلومتر است. آخرین آنها در 27 نوامبر 2006 در تونل نصب شد. آهنرباها در 1.9 K (-271 درجه سانتیگراد) کار خواهند کرد. ساخت یک خط برودتی ویژه برای آهنرباهای خنک کننده در 19 نوامبر 2006 به پایان رسید.

تست ها

مشخصات

فرآیند شتاب دهنده ذرات در برخورد دهنده

سرعت ذرات در LHC در پرتوهای برخوردی نزدیک به سرعت نور در خلاء است. شتاب ذرات به چنین سرعت های بالایی در چند مرحله به دست می آید. در مرحله اول، شتاب دهنده های خطی کم انرژی Linac 2 و Linac 3 پروتون ها و یون های سرب را برای شتاب بیشتر تزریق می کنند. سپس ذرات وارد تقویت کننده PS و سپس به خود PS (سنکروترون پروتون) می شوند و انرژی 28 گیگا ولت را به دست می آورند. پس از این، شتاب ذرات در SPS (Super Synchrotron Proton Synchrotron) ادامه می یابد، جایی که انرژی ذرات به 450 GeV می رسد. سپس پرتو به حلقه اصلی 26.7 کیلومتری هدایت می شود و آشکارسازها وقایع رخ داده در نقاط برخورد را ثبت می کنند.

مصرف انرژی

در طول عملیات برخورد دهنده، مصرف انرژی برآورد شده 180 مگاوات خواهد بود. برآورد مصرف انرژی در کل کانتون ژنو. سرن خودش برق تولید نمی کند و فقط از دیزل ژنراتورهای پشتیبان برخوردار است.

محاسبات توزیع شده

برای مدیریت، ذخیره و پردازش داده هایی که از شتاب دهنده و آشکارسازهای LHC می آیند، یک شبکه محاسباتی توزیع شده LCG در حال ایجاد است. L HCسی محاسباتجی RID ) با استفاده از فناوری گرید. برای کارهای محاسباتی خاص، پروژه محاسبات توزیع شده LHC@home استفاده خواهد شد.

فرآیندهای فیزیکی کنترل نشده

برخی از کارشناسان و اعضای مردم ابراز نگرانی کرده اند که احتمال غیر صفر وجود دارد که آزمایش های انجام شده در برخورد دهنده از کنترل خارج شود و یک واکنش زنجیره ای ایجاد کند که تحت شرایط خاص، از نظر تئوری می تواند کل سیاره را نابود کند. نقطه نظرات حامیان سناریوهای فاجعه بار مرتبط با عملکرد LHC در یک وب سایت جداگانه ارائه شده است. به دلیل احساسات مشابه، LHC گاهی اوقات به عنوان رمزگشایی می شود آخرینبرخورد دهنده هادرون ( آخرینبرخورد دهنده هادرون).

در این راستا، بیشترین موارد ذکر شده، احتمال تئوری ظهور سیاهچاله های میکروسکوپی در برخورددهنده و همچنین امکان نظری تشکیل توده هایی از تک قطبی های ضد ماده و مغناطیسی با واکنش زنجیره ای متعاقب جذب مواد اطراف است.

این احتمالات نظری توسط گروه ویژه‌ای از سرن مورد بررسی قرار گرفت و گزارش مربوطه را تهیه کرد که در آن همه این ترس‌ها بی‌اساس تشخیص داده می‌شوند. آدریان کنت، فیزیکدان نظری انگلیسی، مقاله ای علمی در انتقاد از استانداردهای ایمنی اتخاذ شده توسط CERN منتشر کرد، زیرا آسیب مورد انتظار، یعنی حاصل ضرب احتمال یک رویداد بر اساس تعداد قربانیان، به نظر او غیرقابل قبول است. با این حال، حداکثر کران بالا برای احتمال یک سناریوی فاجعه بار در LHC 10 -31 است.

استدلال های اصلی به نفع بی اساس بودن سناریوهای فاجعه آمیز شامل اشاره به این واقعیت است که زمین، ماه و سایر سیارات دائماً توسط جریان های ذرات کیهانی با انرژی بسیار بالاتر بمباران می شوند. عملکرد موفقیت‌آمیز شتاب‌دهنده‌هایی که قبلاً راه‌اندازی شده‌اند نیز ذکر شده است، از جمله برخورددهنده یونی سنگین نسبیتی RHIC در Brookhaven. احتمال تشکیل سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی توسط متخصصان سرن رد نشده است، اما گفته می‌شود که در فضای سه‌بعدی ما، چنین اجسامی فقط می‌توانند با انرژی‌هایی به بزرگی ۱۶ مرتبه بیشتر از انرژی پرتوهای LHC ظاهر شوند. به طور فرضی، سیاهچاله های میکروسکوپی می توانند در آزمایشات در LHC در پیش بینی تئوری هایی با ابعاد فضایی اضافی ظاهر شوند. چنین نظریه هایی هنوز هیچ تایید تجربی ندارند. با این حال، حتی اگر سیاه‌چاله‌ها از برخورد ذرات در LHC ایجاد شوند، انتظار می‌رود که به دلیل تشعشعات هاوکینگ بسیار ناپایدار باشند و تقریباً فوراً مانند ذرات معمولی تبخیر شوند.

در 21 مارس 2008، شکایتی توسط والتر واگنر در دادگاه منطقه فدرال هاوایی (ایالات متحده آمریکا) ثبت شد. والتر ال واگنر) و لوئیس سانچو (eng. لوئیس سانچو) که در آن آنها با متهم کردن سرن به تلاش برای پایان دادن به جهان، خواستار جلوگیری از پرتاب برخورد دهنده تا تضمین ایمنی آن هستند.

مقایسه با سرعت ها و انرژی های طبیعی

این شتاب دهنده برای برخورد ذراتی مانند هادرون و هسته اتم طراحی شده است. با این حال، منابع طبیعی ذرات وجود دارد که سرعت و انرژی آنها بسیار بیشتر از برخورد دهنده است (نگاه کنید به: Zevatron). چنین ذرات طبیعی در پرتوهای کیهانی شناسایی می شوند. سطح سیاره زمین تا حدی از این پرتوها محافظت می شود، اما با عبور آنها از جو، ذرات پرتوهای کیهانی با اتم ها و مولکول های هوا برخورد می کنند. در نتیجه این برخوردهای طبیعی، ذرات پایدار و ناپایدار زیادی در جو زمین ایجاد می شود. در نتیجه میلیون‌ها سال است که یک تشعشع پس‌زمینه طبیعی روی این سیاره وجود داشته است. همین اتفاق (برخورد ذرات و اتم های بنیادی) در LHC اتفاق می افتد، اما با سرعت و انرژی کمتر و در مقادیر بسیار کمتر.

سیاهچاله های میکروسکوپی

اگر بتوان سیاهچاله ها را در حین برخورد ذرات بنیادی ایجاد کرد، طبق اصل تغییر ناپذیری CPT که یکی از اساسی ترین اصول مکانیک کوانتومی است، به ذرات بنیادی نیز تجزیه می شوند.

علاوه بر این، اگر فرضیه وجود ریزچاله‌های سیاه پایدار درست باشد، در نتیجه بمباران زمین توسط ذرات بنیادی کیهانی به مقدار زیادی تشکیل می‌شوند. اما بیشتر ذرات بنیادی پر انرژی که از فضا می‌آیند دارای بار الکتریکی هستند، بنابراین برخی از سیاه‌چاله‌ها بار الکتریکی دارند. این سیاه‌چاله‌های باردار توسط میدان مغناطیسی زمین دستگیر می‌شدند و اگر واقعاً خطرناک بودند، مدت‌ها پیش زمین را نابود می‌کردند. مکانیسم شویمر که سیاهچاله ها را از نظر الکتریکی خنثی می کند بسیار شبیه به اثر هاوکینگ است و اگر اثر هاوکینگ کار نکند نمی تواند کار کند.

بعلاوه، هر سیاهچاله، باردار یا خنثی الکتریکی، توسط کوتوله های سفید گرفته می شود و ستاره های نوترونی(که مانند زمین توسط تشعشعات کیهانی بمباران می شوند) و آنها را نابود کردند. در نتیجه، عمر کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی بسیار کوتاه‌تر از آنچه در واقع مشاهده می‌شود، خواهد بود. علاوه بر این، کوتوله های سفید قابل تخریب و ستاره های نوترونیتابش اضافی منتشر می کند که واقعاً مشاهده نمی شود.

در نهایت، نظریه‌هایی با ابعاد فضایی اضافی که ظهور سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی را پیش‌بینی می‌کنند، تنها در صورتی با داده‌های تجربی در تضاد نیستند که تعداد ابعاد اضافی حداقل سه باشد. اما با این همه ابعاد اضافی، میلیاردها سال باید بگذرد تا سیاهچاله آسیب قابل توجهی به زمین وارد کند.

استراپلکی

ادوارد بوس، دکترای علوم فیزیک و ریاضی از موسسه تحقیقاتی فیزیک هسته‌ای دانشگاه دولتی مسکو، دیدگاه‌های مخالف را دارد، که ظهور سیاه‌چاله‌های ماکروسکوپی در LHC و در نتیجه «کرم‌چاله‌ها» و سفر در زمان را رد می‌کند.

یادداشت ها

1. راهنمای نهایی برای LHC (انگلیسی) ص 30.
2. LHC: حقایق کلیدی «عناصر علم بزرگ». بازبینی شده در 15 سپتامبر 2008.
3. گروه کاری Tevatron Electroweak، زیرگروه برتر
4. تست همگام سازی LHC با موفقیت انجام شد
5. دومین آزمایش سیستم تزریق با وقفه گذشت اما به هدف خود رسید. "عناصر علم بزرگ" (24 اوت 2008). بازبینی شده در 6 سپتامبر 2008.
6. روز نقطه عطف LHC به سرعت شروع می شود
7. اولین پرتو در LHC - علم شتاب دهنده.
8. ماموریت برای تیم LHC کامل شد. physicsworld.com. بازبینی شده در 12 سپتامبر 2008.
9. یک پرتو با گردش پایدار در LHC پرتاب می شود. "عناصر علم بزرگ" (12 سپتامبر 2008). بازبینی شده در 12 سپتامبر 2008.
10. یک حادثه در برخورد دهنده بزرگ هادرون، آزمایش ها را به طور نامحدود به تاخیر می اندازد. "عناصر علم بزرگ" (19 سپتامبر 2008). بازبینی شده در 21 سپتامبر 2008.
11. برخورد دهنده بزرگ هادرونی تا بهار از سر نمی گیرد - سرن. ریا نووستی (23 سپتامبر 2008). بازبینی شده در 25 سپتامبر 2008.
12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
15. تعمیر آهنرباهای آسیب دیده گسترده تر از آنچه قبلا تصور می شد خواهد بود. "عناصر علم بزرگ" (9 نوامبر 2008). بازبینی شده در 12 نوامبر 2008.
16. برنامه برای سال 2009. "عناصر علم بزرگ" (18 ژانویه 2009). بازیابی شده در 18 ژانویه 2009.
17. بیانیه مطبوعاتی سرن
18. برنامه عملیاتی برخورد دهنده بزرگ هادرونی برای سال 2009-2010 تصویب شد. "عناصر علم بزرگ" (6 فوریه 2009). بازیابی شده در 5 آوریل 2009.
19. آزمایشات LHC
20. "جعبه پاندورا" باز می شود. Vesti.ru (9 سپتامبر 2008). بازبینی شده در 12 سپتامبر 2008.
21. پتانسیل خطر در آزمایش های برخورد دهنده ذرات
22. دیموپولوس اس.، لندسبرگ جی. سیاهچاله ها در برخورددهنده هادرون بزرگ (انگلیسی) فیزیک. کشیش Lett. 87 (2001)
23. Blaizot J.-P. و همکاران مطالعه رویدادهای بالقوه خطرناک در طول برخوردهای یون سنگین در LHC.
24. بررسی ایمنی برخوردهای LHC گروه ارزیابی ایمنی LHC
25. بررسی انتقادی خطرات شتاب دهنده ها. Proza.ru (23 مه 2008). بازبینی شده در 17 سپتامبر 2008.
26. احتمال وقوع فاجعه در LHC چقدر است؟
27. روز قیامت
28. درخواست از یک قاضی برای نجات جهان، و شاید خیلی بیشتر
29. توضیح اینکه چرا LHC ایمن خواهد بود
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (اسپانیایی)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (آلمانی)
32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (فرانسوی)
33. اچ هایزلبرگ.غربالگری در قطرات کوارک // بررسی فیزیکی D. - 1993. - T. 48. - شماره 3. - ص 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
34. M. Alford، K. Rajagopal، S. Reddy، A. Steiner.پایداری پوسته های ستاره ای عجیب و غریب // انجمن فیزیک آمریکا. Physical Review D. - 2006. - T. 73, 114016.

اخبار مربوط به این آزمایش که در اروپا انجام می شود، آرامش عمومی را متزلزل کرد و در صدر فهرست موضوعات مورد بحث قرار گرفت. برخورد دهنده هادروندر همه جا ظاهر شد - در تلویزیون، در مطبوعات و در اینترنت. چه می توانیم بگوییم اگر کاربران LJ جوامع جداگانه ای ایجاد کنند که در آن صدها نفر از افراد دلسوز قبلاً به طور فعال نظرات خود را در مورد مولود جدید علم بیان کرده اند. "Delo" 10 واقعیت را به شما ارائه می دهد که نمی توانید از آنها مطلع شوید برخورد دهنده هادرون.

یک عبارت علمی اسرارآمیز به محض اینکه معنی هر یک از کلمات را بفهمیم دیگر وجود ندارد. هادرون- نام یک کلاس از ذرات بنیادی. برخورد دهنده- یک شتاب دهنده مخصوص که با کمک آن می توان انرژی بالایی را به ذرات بنیادی ماده منتقل کرد و با شتاب دادن به آنها تا بالاترین سرعت، برخورد آنها را با یکدیگر بازتولید کرد.

2. چرا همه در مورد او صحبت می کنند؟

به گفته دانشمندان مرکز اروپایی تحقیقات هسته ای سرن، این آزمایش امکان بازتولید انفجاری را که میلیاردها سال پیش به شکل گیری کیهان منجر شد، به صورت مینیاتوری می دهد. با این حال، آنچه که عموم مردم بیشتر نگران آن هستند این است که اگر آزمایش شکست بخورد، این انفجار کوچک چه پیامدهایی برای سیاره خواهد داشت. به گفته برخی از دانشمندان، در نتیجه برخورد ذرات بنیادی که با سرعت فوق نسبیتی در جهات مخالف پرواز می کنند، سیاهچاله های میکروسکوپی تشکیل می شوند و ذرات خطرناک دیگری به بیرون پرواز می کنند. هیچ نکته خاصی در تکیه بر تشعشعات ویژه ای که منجر به تبخیر سیاهچاله ها می شود وجود ندارد - هیچ مدرک تجربی دال بر کارکرد آن وجود ندارد. به همین دلیل است که بی‌اعتمادی به چنین نوآوری‌های علمی که به طور فعال توسط دانشمندان شکاک دامن می‌خورد، به وجود می‌آید.

3. این مورد چگونه کار می کند؟

ذرات بنیادی در مدارهای مختلف در جهت مخالف شتاب می گیرند و پس از آن در یک مدار قرار می گیرند. ارزش این دستگاه پیچیده در این است که به لطف آن، دانشمندان این فرصت را دارند که محصولات حاصل از برخورد ذرات بنیادی را که توسط آشکارسازهای ویژه در قالب دوربین های دیجیتال با وضوح 150 مگاپیکسل ضبط شده است، با قابلیت ثبت 600 میلیون فریم در هر مطالعه کنند. دوم

4. ایده ایجاد یک برخورد دهنده از چه زمانی شکل گرفت؟

ایده ساخت یک ماشین در سال 1984 متولد شد، اما ساخت تونل تنها در سال 2001 آغاز شد. شتاب دهنده در همان تونلی قرار دارد که شتاب دهنده قبلی، برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون، در آن قرار داشت. این حلقه 26.7 کیلومتری در عمق حدود صد متری زیر زمین در فرانسه و سوئیس گذاشته شده است. در 10 سپتامبر، اولین پرتو پروتون به سمت شتاب دهنده پرتاب شد. پرتو دوم در چند روز آینده راه اندازی می شود.

5. هزینه ساخت چقدر بوده است؟

صدها دانشمند از سراسر جهان، از جمله دانشمندان روسی، در توسعه این پروژه شرکت کردند. هزینه آن 10 میلیارد دلار برآورد شده است که ایالات متحده 531 میلیون از آن را در ساخت برخورد دهنده هادرون سرمایه گذاری کرده است.

6. اوکراین چه کمکی در ایجاد شتاب دهنده داشت؟

دانشمندان موسسه فیزیک نظری اوکراین در ساخت برخورد دهنده هادرون مشارکت مستقیم داشتند. آنها یک سیستم ردیابی داخلی (ITS) را به طور خاص برای تحقیق توسعه دادند. او قلب "آلیس" است - قسمت برخورد دهنده، جایی که باید یک "بیگ بنگ" مینیاتوری رخ دهد. بدیهی است که این کم اهمیت ترین بخش خودرو نیست. اوکراین باید سالانه 200 هزار گریونا برای حق مشارکت در پروژه بپردازد. این 500-1000 برابر کمتر از مشارکت سایر کشورها در پروژه است.

7. چه زمانی باید منتظر پایان جهان باشیم؟

اولین آزمایش در مورد برخورد پرتوهای ذرات بنیادی برای 21 اکتبر برنامه ریزی شده است. تا این زمان، دانشمندان قصد دارند ذرات را به سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب دهند. طبق نظریه نسبیت عام اینشتین، سیاهچاله ها ما را تهدید نمی کنند. با این حال، اگر تئوری هایی با ابعاد فضایی اضافی درست باشد، ما زمان زیادی برای حل همه مسائل خود در سیاره زمین نداریم.

8. چرا سیاهچاله ها ترسناک هستند؟

سیاه چاله- منطقه ای در فضا-زمان که جاذبه گرانشی آن چنان قوی است که حتی اجسامی که با سرعت نور حرکت می کنند نمی توانند از آن خارج شوند. وجود سیاهچاله ها با حل معادلات اینشتین تایید می شود. علیرغم این واقعیت که بسیاری از قبل تصور می کنند که چگونه سیاهچاله تشکیل شده در اروپا، در حال رشد، کل سیاره را فرا خواهد گرفت، نیازی به به صدا درآوردن زنگ خطر نیست. سیاه چاله ها، که طبق برخی نظریه ها ممکن است هنگام کار ظاهر شود برخورد دهندهطبق همین نظریه ها، برای مدت زمان کوتاهی وجود خواهند داشت که به سادگی زمانی برای شروع فرآیند جذب ماده نخواهند داشت. به گفته برخی از دانشمندان، آنها حتی زمانی برای رسیدن به دیواره های برخورد دهنده نخواهند داشت.

9. تحقیق چگونه می تواند مفید باشد؟

علاوه بر این واقعیت که این مطالعات یکی دیگر از دستاوردهای باورنکردنی علم است که به بشریت امکان می دهد ترکیب ذرات بنیادی را بداند، این تمام سودی نیست که بشریت چنین خطری را برای آن انجام داده است. شاید در آینده ای نزدیک من و شما بتوانیم دایناسورها را با چشمان خود ببینیم و در مورد موثرترین استراتژی های نظامی با ناپلئون صحبت کنیم. دانشمندان روسی بر این باورند که در نتیجه این آزمایش، بشریت قادر به ایجاد ماشین زمان خواهد بود.

10. چگونه می توان با برخورد دهنده هادرون از نظر علمی آگاه بود؟

و در نهایت، اگر کسی، که از قبل به یک پاسخ مجهز است، از شما بپرسد که برخورد دهنده هادرون چیست، ما پاسخی شایسته به شما ارائه می دهیم که می تواند هر کسی را شگفت زده کند. پس کمربندهای ایمنی خود را ببندید! برخورد دهنده هادرون یک شتاب دهنده ذرات باردار است که برای شتاب بخشیدن به پروتون ها و یون های سنگین در پرتوهای در حال برخورد طراحی شده است. این تونل که در مرکز تحقیقات شورای اروپا برای تحقیقات هسته ای ساخته شده است، یک تونل 27 کیلومتری است که در عمق 100 متری احداث شده است. با توجه به این واقعیت که پروتون ها دارای بار الکتریکی هستند، یک پروتون فرانسبیتی ابری از فوتون های تقریبا واقعی ایجاد می کند که در نزدیکی پروتون پرواز می کنند. این جریان فوتون در حالت برخورد هسته ای به دلیل بار الکتریکی زیاد هسته، حتی قوی تر می شود. آنها می توانند یا با یک پروتون روبرو شوند و برخوردهای معمولی فوتون-هادرون ایجاد کنند یا با یکدیگر. دانشمندان از این بیم دارند که در نتیجه این آزمایش، «تونل‌های» فضا-زمان در فضا شکل بگیرد که یکی از ویژگی‌های گونه‌شناختی فضا-زمان است. در نتیجه آزمایش می توان وجود ابرتقارن را نیز اثبات کرد که بدین ترتیب به تایید غیرمستقیم صحت نظریه ابر ریسمان تبدیل خواهد شد.

برخورد دهنده بزرگ هادرونی در کجا قرار دارد؟

در سال 2008، سرن (شورای تحقیقات هسته ای اروپا) ساخت یک شتاب دهنده ذرات فوق العاده قدرتمند به نام برخورد دهنده بزرگ هادرون را به پایان رساند. به انگلیسی: LHC – برخورد دهنده بزرگ هادرون. سرن یک سازمان بین المللی علمی بین دولتی است که در سال 1955 تأسیس شد. در واقع، این آزمایشگاه برتر جهان در زمینه های انرژی بالا، فیزیک ذرات و انرژی خورشیدی. حدود 20 کشور عضو این سازمان هستند.

چرا برخورد دهنده بزرگ هادرونی مورد نیاز است؟

حلقه ای از آهنرباهای ابررسانا برای شتاب بخشیدن به پروتون ها در یک تونل بتنی مدور 27 کیلومتری (26659 متری) در نزدیکی ژنو ایجاد شده است. انتظار می رود که شتاب دهنده نه تنها به نفوذ به اسرار ریزساختار ماده کمک کند، بلکه پیشرفت در جستجوی پاسخ به سؤال منابع جدید انرژی در اعماق ماده را نیز ممکن می سازد.

برای این منظور، همزمان با ساخت خود شتاب دهنده (با هزینه بیش از 2 میلیارد دلار)، چهار آشکارساز ذرات ساخته شد. از این میان، دو دستگاه جهانی بزرگ (CMS و ATLAS) و دو مورد تخصصی تر هستند. هزینه کل آشکارسازها نیز نزدیک به 2 میلیارد دلار است. بیش از 150 موسسه از 50 کشور، از جمله روسیه و بلاروس، در هر یک از پروژه های بزرگ CMS و ATLAS شرکت کردند.

شکار بوزون هیگز گریزان

شتاب دهنده برخورد دهنده هادرون چگونه کار می کند؟ برخورد دهنده بزرگترین شتاب دهنده پروتون است که بر روی پرتوهای برخوردی کار می کند. در نتیجه شتاب، هر یک از پرتوها در سیستم آزمایشگاهی دارای انرژی 7 ترالکترون ولت (TeV) یعنی 7x1012 الکترون ولت خواهند بود. هنگامی که پروتون ها برخورد می کنند، بسیاری از ذرات جدید تشکیل می شوند که توسط آشکارسازها ثبت می شوند. پس از تجزیه و تحلیل ذرات ثانویه، داده‌های به‌دست‌آمده به پرسش‌های اساسی که دانشمندان درگیر در فیزیک و اخترفیزیک جهان خرد را نگران می‌کنند، کمک می‌کند. از جمله مسائل اصلی، تشخیص آزمایشی بوزون هیگز است.

بوزون هیگز که اکنون معروف است، یک ذره فرضی است که یکی از اجزای اصلی مدل استاندارد و کلاسیک ذرات بنیادی است. به نام پیتر هیگز، نظریه پرداز بریتانیایی، که وجود آن را در سال 1964 پیش بینی کرد، نامگذاری شده است. اعتقاد بر این است که بوزون‌های هیگز، کوانتوم‌های میدان هیگز هستند که به سؤالات اساسی در فیزیک مرتبط هستند. به طور خاص، به مفهوم منشا توده های ذرات بنیادی.

در 2 تا 4 ژوئیه 2012، یک سری آزمایش در برخورد دهنده، ذره خاصی را نشان داد که می تواند با بوزون هیگز همبستگی داشته باشد. علاوه بر این، داده ها زمانی که توسط سیستم ATLAS و سیستم CMS اندازه گیری شد تأیید شد. هنوز بحث در مورد اینکه آیا بوزون بدنام هیگز واقعاً کشف شده است یا اینکه ذره دیگری است وجود دارد. واقعیت این است که بوزون کشف شده سنگین ترین بوزون کشف شده است. فیزیکدانان برجسته جهان برای حل این سؤال اساسی دعوت شدند: جرالد گورالنیک، کارل هاگن، فرانسوا انگلرت و خود پیتر هیگز، که از نظر تئوری وجود بوزونی را که به افتخار او در سال 1964 نامگذاری شد، اثبات کردند. پس از تجزیه و تحلیل آرایه داده ها، شرکت کنندگان در مطالعه معتقدند که بوزون هیگز واقعاً کشف شده است.

بسیاری از فیزیکدانان امیدوار بودند که مطالعه بوزون هیگز "ناهنجاری" را نشان دهد که منجر به صحبت در مورد به اصطلاح "فیزیک جدید" شود. با این حال، تا پایان سال 2014، تقریباً کل مجموعه داده‌های انباشته شده طی سه سال گذشته در نتیجه آزمایش‌ها در LHC پردازش شده بود و هیچ انحراف جالبی (به استثنای موارد جداگانه) شناسایی نشد. در واقع، معلوم شد که واپاشی دو فوتونی بوزون بدنام هیگز، به گفته محققان، "بیش از حد استاندارد" بوده است. با این حال، آزمایش های برنامه ریزی شده برای بهار 2015 ممکن است دنیای علمی را با اکتشافات جدید شگفت زده کند.

نه فقط یک بوزون

جستجوی بوزون هیگز به خودی خود هدف یک پروژه غول پیکر نیست. همچنین برای دانشمندان مهم است که به دنبال انواع جدیدی از ذرات بگردند که امکان قضاوت در مورد تعامل یکپارچه طبیعت را فراهم می کند. مرحله اولیهوجود کیهان اکنون دانشمندان چهار برهمکنش اساسی طبیعت را تشخیص می دهند: قوی، الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی. این نظریه نشان می دهد که مرحله اولیهممکن است جهان یک برهمکنش واحد داشته باشد. در صورت کشف ذرات جدید، این نسخه تایید می شود.

فیزیکدانان همچنین نگران منشا مرموز جرم ذرات هستند. اصلا چرا ذرات جرم دارند؟ و چرا آنها چنین توده هایی دارند و دیگران ندارند؟ به هر حال، در اینجا همیشه منظور فرمول است E=mc². هر جسم مادی دارای انرژی است. سوال این است که چگونه آن را آزاد کنیم. چگونه می توان فناوری هایی ایجاد کرد که به آن اجازه می دهد از یک ماده با حداکثر کارایی آزاد شود؟ این مسئله اصلی انرژی امروز است.

به عبارت دیگر، پروژه برخورد دهنده بزرگ هادرون به دانشمندان کمک می کند تا پاسخی برای سؤالات اساسی پیدا کنند و دانش خود را در مورد کیهان خرد و در نتیجه در مورد منشاء و توسعه کیهان گسترش دهند.

مشارکت دانشمندان و مهندسان بلاروسی و روسی در ایجاد LHC

در مرحله ساخت و ساز، شرکای اروپایی سرن به گروهی از دانشمندان بلاروسی با تجربه جدی در این زمینه روی آوردند تا از همان ابتدای پروژه در ایجاد آشکارسازهای LHC شرکت کنند. به نوبه خود، دانشمندان بلاروسی از همکاران موسسه مشترک تحقیقات هسته ای از شهر علمی دوبنا و دیگران دعوت به همکاری کردند. موسسات روسی. متخصصان به عنوان یک تیم منفرد کار بر روی آشکارساز به اصطلاح CMS - "سلونوئید فشرده میون" را آغاز کردند. این سیستم متشکل از بسیاری از زیرسیستم‌های پیچیده است که هر کدام برای انجام وظایف خاص طراحی شده‌اند و با هم شناسایی و اندازه‌گیری دقیق انرژی‌ها و زوایای خروج همه ذرات تولید شده در طول برخورد پروتون در LHC را فراهم می‌کنند.

متخصصان بلاروسی-روسی نیز در ایجاد آشکارساز ATLAS شرکت کردند. این یک نصب با ارتفاع 20 متر است که می تواند مسیرهای ذرات را با دقت بالا اندازه گیری کند: تا 0.01 میلی متر. حسگرهای حساس داخل آشکارساز حاوی حدود 10 میلیارد ترانزیستور هستند. هدف اولیه آزمایش ATLAS تشخیص بوزون هیگز و مطالعه خواص آن است.

بدون اغراق، دانشمندان ما سهم قابل توجهی در ایجاد آشکارسازهای CMS و ATLAS داشتند. برخی از اجزای مهم در کارخانه ماشین سازی مینسک به نام این کارخانه تولید شدند. انقلاب اکتبر(MZOR). به طور خاص، کالری‌سنج‌های هادرون انتهایی برای آزمایش CMS. علاوه بر این، این کارخانه عناصر بسیار پیچیده ای از سیستم مغناطیسی آشکارساز ATLAS تولید کرد. اینها محصولاتی با اندازه بزرگ هستند که به فناوری های ویژه پردازش فلز و پردازش فوق العاده دقیق نیاز دارند. به گفته تکنسین های سرن، این سفارشات به خوبی انجام شده است.

«سهم افراد در تاریخ» را نیز نمی توان دست کم گرفت. به عنوان مثال، مهندس رومن استفانوویچ، کاندیدای علوم فنی، مسئول مکانیک فوق العاده دقیق در پروژه CMS است. آنها حتی به شوخی می گویند که بدون او CMS ساخته نمی شد. اما به طور جدی می توان کاملاً قاطعانه گفت: بدون آن مهلت مونتاژ و راه اندازی با کیفیت لازم رعایت نمی شد. مهندس الکترونیک دیگر ما، ولادیمیر چخوفسکی، با پشت سر گذاشتن یک رقابت نسبتاً دشوار، امروز در حال رفع اشکال الکترونیک آشکارساز CMS و اتاقک‌های میون آن است.

دانشمندان ما هم در راه اندازی آشکارسازها و هم در بخش آزمایشگاهی، در عملیات، نگهداری و به روز رسانی آنها مشارکت دارند. دانشمندان دوبنا و همکاران بلاروسی آنها به طور کامل جای خود را در جامعه بین المللی فیزیک سرن می گیرند، که برای به دست آوردن کار می کند. اطلاعات جدیددر مورد خواص عمیق و ساختار ماده.

ویدئو

نقد از کانال علم ساده، به وضوح اصل عملکرد شتاب دهنده را نشان می دهد:

بررسی از uanaal Galileo:

بررسی از uanaal Galileo:

پرتاب برخورد دهنده هادرون 2015: