Hadron Collider: Start. De Large Hadron Collider waarom? Waar is?

De geschiedenis van de oprichting van de versneller, die we vandaag kennen als een grote Hadron-collider, begint in 2007. Aanvankelijk begon de chronologie van versnellers met een cyclotron. Het apparaat was een klein apparaat dat gemakkelijk op de tafel past. Toen begon de geschiedenis van versnellers snel te ontwikkelen. Synchrofasotron en synchrotron verschenen.

In de geschiedenis was misschien de meest vermakelijke de periode van 1956 tot 1957. In die dagen lag de Sovjetwetenschap, in het bijzonder natuurkunde, niet achter buitenlandse broers. Met behulp van de ervaring die door de jaren heen werd opgedaan, maakte een Sovjetfysicus, genaamd Vladimir Veksler, een doorbraak in de wetenschap. Ze creëerden de meest krachtige voor die tijden synchrophasotron. De werkende kracht was 10 gigaelectronvolt (10 miljard electron volt). Na deze ontdekking werden al serieuze versnellingen van versnellers gecreëerd: een groot elektron-positron collider, een Zwitserse versneller, in Duitsland, de VS. Ze hadden allemaal een gemeenschappelijk doel - de studie van fundamentele kwarkdeeltjes.

De Large Hadron Collider werd vooral gecreëerd dankzij de inspanningen van de Italiaanse fysicus. Zijn naam is Carlo Rubbia, Nobelprijswinnaar. Tijdens zijn werkzaamheden werkte Rubbia als directeur in de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek. Er werd besloten om de Hadron Collider precies op de site van het onderzoekscentrum te bouwen en lanceren.

Waar is de Hadron Collider?

De collider bevindt zich op de grens tussen Zwitserland en Frankrijk. De lengte van de omtrek bedraagt 27 kilometer, dus het heet groot. De versnellingsring strekt zich in de diepte van 50 tot 175 meter uit. De collider heeft 1232 magneten geïnstalleerd. Ze zijn supergeleidend, en daardoor is het mogelijk om een maximale veld te ontwikkelen voor verspreiding, aangezien de energie-uitgaven in dergelijke magneten praktisch afwezig zijn. Het totale gewicht van elke magneet bedraagt 3,5 ton op een lengte van 14,3 meter.

Net als elk fysiek object, ontstaat een grote hadronische collider warmte. Daarom moet het voortdurend afgekoeld worden. Hiervoor wordt een temperatuur van 1,7 K gehandhaafd met 12 miljoen liter vloeibaar stikstof. Daarnaast wordt vloeibaar helium (700.000 liter) gebruikt voor koeling, en het belangrijkste is dat druk gebruikt wordt die tien keer lager is dan de normale atmosferische druk.

De temperatuur van 1,7 K op de Celsius-schaal is -271 graden. Deze temperatuur is bijna dicht bij absolute nul. Absoluut nul is de minimale mogelijke limiet die een fysiek lichaam kan hebben.

Het binnenste gedeelte van de tunnel is niet minder interessant. Er zijn niobium-titanium kabels met supergeleidende mogelijkheden. Hun lengte is 7600 kilometer. Het totale gewicht van de kabels bedraagt 1200 ton. Het binnenkant van de kabel is een plexus van 6300 draden met een totale afstand van 1,5 miljard kilometer. Deze lengte is 10 astronomische eenheden. Bijvoorbeeld, de afstand van de aarde tot de zon is gelijk aan 10 dergelijke eenheden.

Als we over zijn geografische ligging spreken, kunnen we zeggen dat de collideringen liggen tussen de steden Saint-Genie en Forney-Voltaire, aan de Franse kant, evenals Meirin en Vessurat - aan de Zwitserse kant. Een kleine ring, genaamd PS, loopt langs de grens langs de diameter.

De betekenis van het bestaan

Om de vraag te beantwoorden "waar de hadron collider voor is", moet men zich aan wetenschappers bewijzen. Veel wetenschappers zeggen dat dit de grootste uitvinding is gedurende de gehele periode van het bestaan van wetenschap, en dat zonder dat de wetenschap die ons vandaag bekend is, eenvoudig niet zinvol is. Het bestaan en de lancering van een grote hadronische collider is interessant omdat er een explosie optreedt bij de botsing van deeltjes in het hadronische collider. Alle kleinste deeltjes verspreiden zich in verschillende richtingen. Nieuwe deeltjes worden gevormd die het bestaan en de betekenis van veel dingen kunnen verklaren.

Het eerste wat wetenschappers probeerden te vinden in deze gebroken deeltjes was de theoretisch voorspelde fysicus Peter Higgs een elementair deeltje genaamd Higgs Boson. Dit verbazingwekkende deeltje is de drager van informatie, zoals men ervan denkt. Het heet ook het 'deeltje van God'. Het openen van het zou wetenschappers dichterbij brengen om het universum te begrijpen. Opgemerkt moet worden dat in 2012, op 4 juli de hadronische collider (de lancering gedeeltelijk succesvol was) een soortgelijk deeltje opsporen. Tot op heden proberen wetenschappers het in meer detail te bestuderen.

Hoe lang

Natuurlijk komt de vraag onmiddellijk voor, en waarom hebben wetenschappers deze deeltjes al zo lang bestudeerd? Als er een instrument is, dan kunt u het uitvoeren, en elke keer schiet u steeds meer data. Het feit is dat het werk van de Hadron Collider een duur plezier is. Een run kost een groot bedrag. Zo is het jaarlijkse energieverbruik 800 miljoen kW / h. Deze hoeveelheid energie wordt door de stad besteed, waarin ongeveer 100 duizend mensen leven, volgens gemiddelde normen. En dit telt niet de kosten van onderhoud. Een andere reden is dat de explosie van de Hadron Collider, die zich voordoet wanneer de protonen botsen, geassocieerd zijn met het verkrijgen van een groot aantal gegevens: computers lezen zoveel informatie dat de verwerking veel tijd kost. Hoewel de kracht van computers die informatie ontvangen, zelfs in de huidige standaarden groot is.

De volgende reden is niet minder bekende donkere materie. Wetenschappers die in deze richting werken met de collider zijn er zeker van dat het zichtbare spectrum van het gehele universum slechts 4% is. Er wordt aangenomen dat de rest donkere materie en donkere energie zijn. Experimenteel proberen ze te bewijzen dat deze theorie juist is.

Hadron Collider: voor of tegen

De geavanceerde theorie van donkere materie ondervraagde de veiligheid van het bestaan van het hadronische collider. Er was een vraag: "Hadron Collider: voor of tegen?" Hij heeft veel wetenschappers opgewonden. Alle grote gedachten van de wereld zijn verdeeld in twee categorieën. "Tegenstanders" zetten een interessante theorie voor, dat als zo'n zaak bestaat, het tegenovergestelde deeltje moet hebben. En bij de botsing van deeltjes in de versneller komt een donker deel op. Er was een risico dat het duistere deel en het deel dat we zien zou botsen. Dan kan het leiden tot de dood van het hele universum. Na de eerste lancering van het hadronische collider was deze theorie echter gedeeltelijk afgebroken.

Verder over het belang is er een explosie van het universum, of liever, de geboorte. Er wordt aangenomen dat in een botsing men kan zien hoe het universum zich gedroeg in de eerste seconden van het bestaan. De manier waarop ze zorgde voor de oorsprong van de Big Bang. Er wordt aangenomen dat het proces van botsing van deeltjes zeer vergelijkbaar is met dat dat was aan het begin van de oorsprong van het universum.

Nog niet minder fantastisch idee, welke wetenschappers controleren - dit zijn exotische modellen. Dit lijkt ongelooflijk, maar er is een theorie die suggereert dat er andere dimensies en universes zijn met mensen zoals wij. En vreemd genoeg kan de accelerator hier ook helpen.

Simpel gezegd, het doel van het bestaan van een versneller is om te begrijpen wat het universum is, hoe het is gecreëerd, om alle bestaande theorieën over deeltjes en verwante verschijnselen te bewijzen of te bewijzen. Natuurlijk zal dit jaren duren, maar bij elke lancering zijn er nieuwe ontdekkingen die de wereld van de wetenschap omzeilen.

Feiten over de versneller

Iedereen weet dat de versneller deeltjes versnelt tot 99% van de snelheid van het licht, maar niet veel weet dat het percentage 99,9999991% van de snelheid van het licht is. Dit prachtige cijfer geeft zin dankzij een ideaal ontwerp en krachtige versnellingsmagneten. Ook is het nodig om wat minder bekende feiten op te nemen.

De getallen verkregen bij de botsing van deeltjes en tijdens versnelling

Het aantal protonen in de bos	Tot 100 miljard (1011)
Aantal bunches	Tot 2808
Het aantal protonbundels dat door het detectorgebied loopt	Tot 31 miljoen per seconde, in 4 zones
Het aantal botsingen van deeltjes bij het kruispunt	Tot 20
De hoeveelheid gegevens per botsing	Ongeveer 1,5 MB
Hoeveelheid Higgs deeltjes	1 deeltje om de 2,5 seconden (bij volledige straalintensiteit en volgens bepaalde aannames over de eigenschappen van Higgs deeltjes)

Ongeveer 100 miljoen streams met gegevens die afkomstig zijn van elk van de twee hoofddetectoren kunnen binnen enkele seconden meer dan 100.000 cd's invullen. In slechts een maand had het aantal schijven zo'n hoogte bereikt dat als ze gestapeld waren, het voor de maan genoeg zou zijn geweest. Daarom werd besloten niet alle gegevens te verzamelen die afkomstig zijn van de detectors, maar alleen die welke ons in staat stellen het gegevensverzamelingssysteem te gebruiken, dat in feite als filter voor de gegevens fungeert. Er werd besloten om slechts 100 gebeurtenissen op te nemen die op het moment van de explosie plaatsvonden. Deze gebeurtenissen worden opgenomen in de archieven van het computercentrum van het systeem van de Large Hadron Collider, die zich bevindt in het European Laboratory for Particle Physics, die tegelijkertijd de plaats van de versneller is. Niet die gebeurtenissen die zijn opgenomen zullen worden opgenomen, maar die die de grootste belangstelling hebben voor de wetenschappelijke gemeenschap.

nabehandeling

Na opname worden honderden kilobytes gegevens verwerkt. Hiervoor zijn meer dan tweeduizend computers gevestigd, bij CERN. De taak van deze computers is de verwerking van primaire data en de vorming van een database, die geschikt zal zijn voor verdere analyse. Vervolgens wordt de gegenereerde gegevensstroom naar het GRID- netwerk verzonden. Dit internet netwerk verenigt duizenden computers die in verschillende instellingen over de hele wereld zijn gevestigd, verbindt meer dan honderden grote centra die zich op drie continenten bevinden. Alle dergelijke centra zijn verbonden met CERN met behulp van vezels - voor de maximale dataoverdrachtssnelheid.

Over de feiten hoeven we ook de fysieke indicatoren van de structuur te vermelden. De acceleratortunnel ligt in een afwijking van 1,4% van het horizontale vlak. Dit gebeurt voornamelijk om het grootste deel van de versnellers tunnel in een monolithische rots te plaatsen. Zo is de plaatsingsdiepte op tegenovergestelde zijden verschillend. Als u van de kant van het meer, dat in de buurt van Genève is geteld, wordt geteld, dan is de diepte 50 meter. Het tegenovergestelde gedeelte heeft een diepte van 175 meter.

Interessant genoeg beïnvloeden de maanfasen de versneller. Het lijkt erop dat zo'n verre voorwerp op zo'n afstand kan optreden. Het is echter opgemerkt dat tijdens de volle maan, wanneer er een getij is, het land in het Genève-gebied met maximaal 25 centimeter stijgt. Dit heeft invloed op de lengte van de collider. De lengte wordt daardoor met 1 millimeter verhoogd en de bundel energie verandert met 0,02%. Aangezien de beam energy control tot 0,002% moet passeren, zijn onderzoekers verplicht dit fenomeen in aanmerking te nemen.

Ook interessant is dat de collidentunnel de vorm heeft van een achthoek, niet een cirkel, zoals velen voorstellen. Hoeken worden gevormd door korte delen. Ze bevatten geïnstalleerde detectors, evenals een systeem dat een balk van versnelde deeltjes regelt.

structuur

De Hadron Collider, waarvan de lancering verband houdt met het gebruik van veel details en de opwinding van wetenschappers, is een geweldig apparaat. De volledige versneller bestaat uit twee ringen. Een kleine ring heet de proton synchrotron of, als u afkortingen gebruikt - PS. Een grote ring is een proton supersynchrotron, of SPS. Samen maken de twee ringen de onderdelen versneld tot 99,9% van de snelheid van het licht. In dit geval verhoogt de collider ook de energie van de protonen, waardoor de totale energie met 16 keer wordt verhoogd. Het maakt ook dat deeltjes elkaar ongeveer 30 miljoen keer per seconde kunnen botsen. Binnen 10 uur. Van 4 hoofddetectoren wordt maximaal 100 terabyte digitale data per seconde verkregen. De verwerving van gegevens is te danken aan bepaalde factoren. Ze kunnen bijvoorbeeld elementaire deeltjes detecteren die een negatieve elektrische lading hebben en ook een halve spin hebben. Aangezien deze deeltjes onstabiel zijn, is hun directe detectie onmogelijk. Het is mogelijk om alleen hun energie op te sporen, die op een bepaalde hoek naar de straalas gaat vliegen. Deze fase heet het eerste startniveau. In dit stadium worden meer dan 100 speciale databestanden gecontroleerd, waarin logische implementatieschema's zijn gebouwd. Dit deel van het werk wordt gekenmerkt door het feit dat meer dan 100.000 blokken met data per seconde tijdens de data-acquisitieperiode worden bemonsterd. Deze gegevens worden dan gebruikt voor analyse, die voorkomt met behulp van een mechanisme van een hoger niveau.

Systemen van het volgende niveau ontvangen integendeel informatie uit alle detectorstromen. Detector software werkt op het netwerk. Daar zal een groot aantal computers gebruiken om latere gegevensblokken te verwerken, de gemiddelde tijd tussen blokken bedraagt 10 microseconden. Programma's moeten partikelmarkers maken, overeenkomend met de originele punten. Als gevolg hiervan krijgen we een set data die bestaat uit momentum, energie, traject en anderen, die zich voordoen bij één gebeurtenis.

Accelerator onderdelen

De hele versneller kan in 5 hoofddelen worden verdeeld:

1) Versneller van de elektron-positron collider. Het detail vertegenwoordigt ongeveer 7 duizend magneten met supergeleidende eigenschappen. Met behulp van hen wordt de balk langs de ringtunnel geleid. En zij richten ook de balk in een stroom, waarvan de breedte zal afnemen naar de breedte van een haar.

2) Compacte muon-magneet. Het is een detector bedoeld voor algemeen gebruik. In zo'n detector worden nieuwe fenomenen gezocht, en bijvoorbeeld de zoektocht naar Higgs deeltjes.

3) Detector LHCb. Het belang van dit apparaat ligt in het zoeken naar quarks en antiquarks tegenover hen.

4) Toroidale installatie ATLAS. Deze detector is ontworpen voor het bevestigen van muons.

5) Alice. Deze detector trekt botsingen van lood ionen en proton-proton botsingen vast.

Problemen bij het lanceren van de hadronische collider

Ondanks het feit dat de aanwezigheid van hoge technologie de mogelijkheid van fouten elimineert, is alles anders in de praktijk. Tijdens de montage van de versneller zijn vertragingen voorgedaan, evenals fouten. Ik moet zeggen dat een dergelijke situatie niet onverwacht was. Het apparaat bevat zoveel nuances en vereist zo nauwkeurigheid dat wetenschappers dergelijke resultaten verwachten. Bijvoorbeeld, een van de problemen die wetenschappers geconfronteerd hadden tijdens de lancering waren de storing van de magneet, die de balken van protonen net voor hun botsing richtte. Dit ernstige ongeval is veroorzaakt door het vernietigen van een deel van het bevestigen door het verlies van supergeleidend vermogen door de magneet.

Dit probleem is ontstaan in 2007. Door haar lancering van de collider is het een paar keer uitgesteld, en pas in juni vond de lancering plaats. Na ongeveer een jaar is de collider nog steeds begonnen.

De laatste lancering van de collider was succesvol, veel terabytes gegevens werden verzameld.

De Hadron Collider, gelanceerd op 5 april 2015, functioneert succesvol. Binnen een maand rijden de balken langs de ring, waardoor de kracht geleidelijk wordt verhoogd. Er zijn geen doelen voor onderzoek als zodanig. De botsingsenergie van de balken wordt verhoogd. De waarde wordt verhoogd van 7 TeV naar 13 TeV. Een dergelijke toename stelt ons in staat om nieuwe mogelijkheden te zien bij de botsing van deeltjes.

In 2013 en 2014. waren ernstige technische inspecties van tunnels, versnellers, detectoren en andere apparatuur. Het resultaat was 18 bipolaire magneet supergeleidend functie. Opgemerkt dient te worden dat het totale aantal van hen is 1.232 stukken. Echter, de resterende magneten niet onopgemerkt gebleven. Anders zouden we het systeem van bescherming te vervangen tegen afkoeling, zet verbeterd. Ook verbeterde het koelsysteem van magneten. Hierdoor kunnen ze bij lage temperaturen te blijven, met een maximaal vermogen.

Als alles goed gaat, zal de volgende start-up accelerator pas plaatsvinden na drie jaar. Door middel van deze periode zijn gepland geplande werkzaamheden ter verbetering van het technisch onderzoek van de versneller.

Opgemerkt dient te worden dat de reparatie kost een cent, zonder rekening te houden van de kosten. Hadron Collider, vanaf 2010 heeft een waarde gelijk aan 7,5 miljard. Euro. Deze figuur toont het hele project in de eerste plaats in de lijst van de duurste projecten in de geschiedenis van de wetenschap.

Recent nieuws

Hadron Collider, de lancering van die plaatsvond na de pauze, was succesvol. Interessante gegevens werden verzameld. Zo werd het bewijs geleverd dat de moderne gedachte van de juiste deeltjes. Dit wordt mogelijk gemaakt dankzij de goede werking van de CMS en LHCb detectoren. Deze detectoren verval BS gevangen door twee meson, dat is Direct bewijs van de moderne theorieën van trouw.

Het is de moeite waard om de vraag, hoe is het bewijs van deze theorie. Een manier - dit is de vangst van nieuwe deeltjes. Dat wil zeggen, als een botsing zullen nieuwe elementaire deeltjes, wat betekent dat de moderne theorie moet worden herzien.

Wetenschappers aandacht gevestigd op het deeltje, omdat zij aantoont, althans de deur open richting supersymmetrie. Dit is een goede start voor verdere studie en werk in het Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek in Genève.

Wat is het volgende?

Na het gaan naar de volgende modernisering van de versneller gebeuren zullen worden belast met de verdere studie van de deeltjes. In het bijzonder zal het nodig zijn om meer informatie over het Higgs boson te leren. Ondanks het feit dat voor deze ontdekking werd bekroond met de Nobelprijs, niet al zijn eigenschappen volledig begrepen en bewezen. Daarom wetenschappers hebben een lange en moeilijke werk op de studie van deze geweldige deeltjes.

Daarnaast moet je blijven werken om te bewijzen of te weerleggen de theorie van de supersymmetrie. Hoewel het lijkt een beetje fantastisch, maar het heeft een recht om te bestaan. Denk niet dat alle aandacht wordt alleen gegeven aan de eerste uitgave van belang is voor elk project heeft zijn eigen team van wetenschappers die op dit gebied werken.

Natuurlijk, dit is niet alle taken die moeten wetenschappers worden aangepakt. Met elke nieuwe terabyte van de ontvangen informatie een lijst van vragen voortdurend aangevuld, en de antwoorden kunnen worden opgezocht door de jaren heen.