برخورددهنده بزرگ هادرون هزینه و سابقه ساخت. چرا به برخورد دهنده بزرگ هادرونی نیاز است؟

حقایق کمی در مورد برخورد دهنده بزرگ هادرونی ، نحوه و دلیل ایجاد آن ، استفاده از آن و خطرات احتمالی آن برای بشریت.

1. ساخت LHC یا برخورد دهنده بزرگ هادرونی در سال 1984 تصور شد و تنها در سال 2001 آغاز شد. 5 سال بعد ، در سال 2006 ، به لطف تلاش بیش از 10 هزار مهندس و دانشمند از کشورهای مختلف ، ساخت برخورد دهنده بزرگ هادرونی تکمیل شد.

2. LHC بزرگترین تأسیسات آزمایشی در جهان است.

3. پس چرا برخورد دهنده بزرگ هادرونی؟
به دلیل اندازه جامد ، بزرگ نامگذاری شد: طول حلقه اصلی ، که ذرات از طریق آن حرکت می کنند ، حدود 27 کیلومتر است.
Hadronic - از آنجا که نصب ، هادرون ها را شتاب می دهد (ذرات متشکل از کوارک ها).
برخورد کننده - به دلیل شتاب تیرهای ذرات در جهت مخالف ، که در نقاط خاصی با یکدیگر برخورد می کنند.

4. برخورد دهنده بزرگ هادرونی برای چیست؟ LHC یک مرکز تحقیقاتی پیشرفته است که در آن دانشمندان آزمایشاتی را با اتم ها انجام می دهند ، یون ها و پروتون ها را با سرعت زیاد به یکدیگر برخورد می کنند. دانشمندان امیدوارند با کمک تحقیقات ، حجاب اسرار پیدایش جهان برداشته شود.

5. این پروژه 6 میلیارد دلار برای جامعه علمی هزینه در بر داشت. به هر حال ، روسیه 700 متخصص را به LHC واگذار کرده است ، که تا به امروز کار می کنند. سفارشات LHC برای شرکت های روسی حدود 120 میلیون دلار به ارمغان آورد.

6. بدون شك ، كشف اصلی در LHC كشف بوزون هیگز در سال 2012 است ، یا همانطور كه ​​به آن "ذرات خدا" نیز می گویند. بوزون هیگز آخرین پیوند در مدل استاندارد است. یکی دیگر از رویدادهای مهم در باک ، دستیابی به رکورد انرژی برخورد 2.36 ترایالکترون ولت است.

7. برخی از دانشمندان ، از جمله دانشمندان روسیه ، معتقدند که به لطف آزمایشات گسترده در CERN (سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای ، جایی که برخورد کننده در آن قرار دارد) ، دانشمندان قادر خواهند بود اولین ماشین زمان جهان را بسازند. با این حال ، اکثر دانشمندان خوش بین همکاران خود نیستند.

8. اصلی ترین ترس های بشریت در مورد قوی ترین شتاب دهنده روی کره زمین بر اساس خطری است که بشریت را تهدید می کند ، در نتیجه تشکیل سیاهچاله های میکروسکوپی که قادر به جذب مواد اطراف هستند. یک تهدید بالقوه و بسیار خطرناک دیگر وجود دارد - ظهور تسمه ها (ساخته شده از قطره عجیب) ، که به طور فرضی ، قادرند هنگام برخورد با هسته یک اتم ، تمام تسمه های جدید را تشکیل دهند و ماده کل جهان را تغییر دهند. با این حال ، اکثر معتبرترین دانشمندان ادعا می کنند که چنین نتیجه ای بعید است. اما از لحاظ تئوری ممکن است

9. در سال 2008 ، دو هاوایی از سرن شکایت کردند. آنها سرن را متهم به تلاش برای پایان بخشیدن به بشریت از طریق سهل انگاری کردند و از دانشمندان خواستند تا ایمنی خود را تضمین کنند.

10. برخورد دهنده بزرگ هادرونی در سوئیس و نزدیک ژنو واقع شده است. موزه ای در CERN وجود دارد ، جایی که بازدیدکنندگان به طور واضح در مورد اصول برخورد کننده و علت ساخت آن توضیح می دهند.

11 ... و در نهایت ، یک واقعیت کوچک سرگرم کننده. با قضاوت در مورد سوالات Yandex ، بسیاری از افرادی که به دنبال اطلاعاتی در مورد برخورد دهنده بزرگ هادرونی هستند نمی دانند چگونه نام شتاب دهنده را به درستی تلفظ کنند. به عنوان مثال ، آنها "Andronny" را می نویسند (و نه تنها ارزش گزارشات NTV را با برخورد کننده Andronny خود می نویسند) ، گاهی اوقات "android" (امپراتوری به عقب برمی گرداند) می نویسند. در گروه بورژوایی ، آنها نیز عقب نمی مانند و به جای "هادرون" به موتور جستجوی "هاردون" (در انگلیسی ارتدوکس ، hard -on -riser) سوار می شوند. یک نسخه جالب از املا در بلاروس - "Vyaliki gadronny paskaralnik" ، که به عنوان "شتاب دهنده بزرگ گادرون" ترجمه می شود.

برخورد دهنده هادرونی. عکس

(یا مخزن)- بر این لحظهبزرگترین و قوی ترین شتاب دهنده ذرات در جهان. این عظیم در سال 2008 راه اندازی شد ، اما برای مدت طولانی با ظرفیت های کاهش یافته کار می کرد. بیایید دریابیم که چیست و چرا به یک برخورد دهنده هادرونی بزرگ نیاز داریم.

تاریخ ، افسانه ها و حقایق

ایده ایجاد برخورد کننده در سال 1984 اعلام شد. و پروژه خود برای ساخت برخورد کننده در 1995 تأیید و تصویب شد. این توسعه متعلق به مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) است. به طور کلی ، پرتاب برخورد کننده نه تنها توجه بسیاری از دانشمندان را جلب کرد ، بلکه توجه بسیاری را نیز به خود جلب کرد مردم عادیاز همه جای دنیا. ما درباره انواع ترس ها و وحشت های مربوط به پرتاب برخورد کننده صحبت کردیم.

با این حال ، حتی در حال حاضر ، کاملاً محتمل است که کسی منتظر آخرالزمان مربوط به کار LHC باشد و در فکر این باشد که اگر منفجر کننده برخورد کننده بزرگ هادرونی اتفاق بیفتد ، چه اتفاقی می افتد. اگرچه ، اول از همه ، همه از یک سیاهچاله می ترسیدند ، که در ابتدا میکروسکوپی بود ، رشد می کرد و با اطمینان ابتدا خود برخورد کننده ، و سپس سوئیس و بقیه جهان را جذب می کرد. فاجعه نابودی نیز وحشت بزرگی ایجاد کرد. گروهی از دانشمندان حتی شکایت کردند و سعی کردند ساخت و ساز را متوقف کنند. در این بیانیه آمده است که توده های ضد ماده قابل تولید در برخورد کننده با ماده شروع به نابودی می کنند ، آغاز می شود واکنش زنجیره ایو کل جهان نابود خواهد شد همانطور که یک شخصیت معروف از بازگشت به آینده می گوید:

کل جهان ، البته ، در بدترین حالت ممکن است. در بهترین حالت ، فقط کهکشان ما. دکتر امت براون.

حالا بیایید سعی کنیم بفهمیم که چرا Hadronic است؟ واقعیت این است که با هادرون ها کار می کند ، دقیق تر ، هادرون ها را سرعت می بخشد ، شتاب می دهد و به هم برخورد می کند.

هادرون ها- طبقه ای از ذرات ابتدایی در معرض فعل و انفعالات قوی. هادرون ها از کوارک ها تشکیل شده اند.

هادرون ها به باریون ها و مزون ها تقسیم می شوند. برای سهولت کار ، بگذارید بگوییم که تقریباً همه مواد شناخته شده ما از باریون ها تشکیل شده است. بیایید حتی بیشتر ساده کنیم و بگوییم که باریون ها نوکلئون هستند (پروتون ها و نوترون هایی که یک هسته اتمی را تشکیل می دهند).

نحوه عملکرد برخورد دهنده بزرگ هادرونی

مقیاس بسیار چشمگیر است. برخورد کننده یک تونل حلقه ای است که در عمق صد متری مدفون شده است. طول LHC 26،659 متر است. پروتون ها ، با سرعت نزدیک به سرعت نور ، در یک دایره زیرزمینی در قلمرو فرانسه و سوئیس پرواز می کنند. به طور دقیق ، عمق تونل در محدوده 50 تا 175 متر قرار دارد. آهنرباهای ابررسانا برای تمرکز و محدود کردن پرتوهای پروتون پرنده استفاده می شوند ؛ طول کلی آنها حدود 22 کیلومتر است و در دمای 271- درجه سانتیگراد کار می کنند.

برخورد کننده شامل 4 آشکارساز غول پیکر است: ATLAS ، CMS ، ALICE و LHCb. علاوه بر آشکارسازهای اصلی بزرگ ، آشکارسازهای کمکی نیز وجود دارد. آشکارسازها برای ثبت نتایج برخورد ذرات طراحی شده اند. یعنی پس از برخورد دو پروتون با سرعت نزدیک به نور ، هیچ کس نمی داند چه انتظاری دارد. برای "دیدن" آنچه اتفاق افتاده ، کجا پرش کرده و چقدر دور شده است ، و آشکارسازهایی با انواع سنسورها وجود دارد.

نتایج عملیات برخورد دهنده بزرگ هادرونی.

چرا به برخورد کننده نیاز دارید؟ مطمئناً برای نابودی زمین نیست. به نظر می رسد ، منظور برخورد ذرات چیست؟ واقعیت این است که بسیاری از سوالات بی پاسخ در فیزیک مدرن وجود دارد و مطالعه جهان با کمک ذرات شتاب یافته می تواند به معنای واقعی کلمه لایه جدیدی از واقعیت را باز کند ، ساختار جهان را درک کند ، و شاید حتی به س mainال اصلی پاسخ دهد. "معنای زندگی ، جهان و به طور کلی" ...

چه اکتشافاتی قبلاً در LHC انجام شده است؟ معروف ترین آن کشف است بوزون هیگز(مقاله جداگانه ای را به آن اختصاص می دهیم). علاوه بر این ، باز شد 5 ذره جدید, اولین داده های برخورد در انرژی های ثبت شده, عدم تقارن پروتون ها و آنتی پروتون ها نشان داده شده است, همبستگی غیر معمول پروتون پیدا کرد... لیست همچنان ادامه دارد. اما سیاهچاله های میکروسکوپی که باعث وحشت زنان خانه دار شده بود ، پیدا نشد.

و این علیرغم این واقعیت که برخورد کننده هنوز به حداکثر قدرت خود شتاب نگرفته است. در حال حاضر حداکثر انرژی LHC است 13 TeV(ترا الکترون الکترون ولت). با این حال ، پس از آماده سازی مناسب ، برنامه ریزی شده است تا پروتون ها به سرعت شتاب داده شوند 14 TeV... برای مقایسه ، در شتاب دهنده های قبلی LHC ، حداکثر انرژی بدست آمده تجاوز نمی کند 1 TeV... به این ترتیب شتاب دهنده آمریکایی Tevatron از ایالت ایلینوی می تواند ذرات را شتاب دهد. انرژی به دست آمده در برخورد دهنده با بیشترین انرژی در جهان فاصله دارد. بنابراین ، انرژی پرتوهای کیهانی ثبت شده بر روی زمین ، بیش از یک میلیارد برابر انرژی ذره ای است که در برخورد کننده شتاب می گیرد! بنابراین ، خطر برخورد دهنده بزرگ هادرونی حداقل است. به احتمال زیاد پس از دریافت همه پاسخ ها با کمک LHC ، بشر باید یک برخورد کننده قوی تر دیگر بسازد.

دوستان ، علم را دوست داشته باشید ، و مطمئناً شما را دوست خواهد داشت! و آنها به راحتی می توانند به شما کمک کنند تا عاشق علم شوید. کمک بگیرید و یادگیری را شاد کنید!

LHC ، اول از همه ، یک داستان ترسناک بزرگ است. اما آیا او اینقدر خطرناک است و آیا باید از او بترسم؟ بله و خیر! اول ، همه چیز و حتی بیشتر که فیزیکدانان و اخترفیزیکدانان در مورد آن یاد خواهند گرفت از قبل شناخته شده است (به پایین مراجعه کنید). و آنچه از تهدیدات واقعی تشکیل می شود ، از قلمرو مفروضات آنها ، تهدیدی کاملاً متفاوت است. چرا من اینقدر در صحبت کردن در مورد آن اطمینان دارم ، اما فقط به این دلیل که من 60 ساله شدم اکتشافات علمیخواص اتر جهان و بنابراین همه چیز در مورد اتر شناخته شده است ، اما در حال حاضر من تنها آن هستم. اولاً ، علم درباره سیاهچاله ها اساساً اشتباه می کند. "سیاه چاله ها" هسته همه کهکشان ها هستند. آنها بسیار بزرگ هستند و به هیچ وجه نمی توانند به صورت مصنوعی در مینیاتور ایجاد شوند. و به همین دلیل؟ هر کهکشان یک نوسان طبیعی بزرگ است که به صورت چرخه ای منبسط می شود و با یک دوره ده ها میلیارد سال منقبض می شود. در انتهای انقباض ، اکثر کهکشان ها شکل یک توپ (هسته) را به دست می آورند. کل جهان ، شامل همه کهکشان ها ، عمدتا از اتر تشکیل شده است. اتر یک مایع فشرده سازی مداوم ایده آل است ، تحت فشار عظیم فشرده می شود ، دارای چگالی فوق العاده ای است و از همه مهمتر ، ویسکوزیته آن صفر می شود. هسته "سیاهچاله" است ، اما بر خلاف تصور عمومی پذیرفته شده از آن ، هیچ ماده ای به هر شکلی وجود ندارد و نمی تواند باشد - فقط یک اتر. انقباض کهکشان بلافاصله پس از آن گسترش می یابد. به طور خاص ، از شکل کروی ، یک شکل دیسک مانند علاوه بر این شروع به شکل گیری می کند. در نتیجه انبساط اتر در آن ، فشار استاتیک آن در داخل کاهش می یابد. میلیون ها سال بعد ، اولین فشار بحرانی رخ می دهد ، که در آن انواع ذرات فرعی از اتر مانند قطرات شبنم ظاهر می شوند ، از جمله فوتون ها ، تشعشعات سخت-اشعه ایکس ، "ذرات خدا" و موارد دیگر. کهکشان قابل مشاهده ، درخشان می شود. اگر رو به طرف ما باشد ، در مرکز حول محور مشاهده می شود نقطه سیاهیا نقطه سیاه - اتر که ماده در آن تشکیل نشده است. روی آن شکل می گیرد قطرهای بزرگ... یک منطقه یا کمربند قابل مشاهده وجود دارد که ماده در آن تشکیل شده است. علاوه بر این ، با گسترش قسمت دیسک شکل ، موضوع پیچیده تر می شود. ذرات فرعی توسط اتر از هر طرف فشرده می شوند. خود اتر بین ذرات پارابلوئیدهای چرخشی را با فشار استاتیک کمتر از اترهای اطراف تشکیل می دهد. کوچکترین سطح مقطع پارابلوئیدها در وسط فاصله بین مراکز جرم این ذرات ، نیروهای فشرده سازی ذرات ناشی از فشار جبران ناپذیر آنها را از طرف مقابل تعیین می کند. تحت تأثیر نیروهای فشردن ، ذرات به حرکت در می آیند. تعداد زیادی ذرات وجود دارد ، بنابراین نیروهای حاصله از نیروهای خردکننده هستند مدت زمان طولانی برابر با صفر در طول صدها میلیون سال ، این تعادل به تدریج بر هم می خورد. برخی از آنها به هم می چسبند ، حرکت خود را کند می کنند ، برخی دیگر وقت ندارند از آنجا عبور کنند و تحت تأثیر نیروهای فشرده ، شروع به چرخش در اطراف ذرات بزرگتر چسبیده به یکدیگر می کنند و اتم ها را تشکیل می دهند. سپس ، میلیاردها سال بعد ، مولکول ها به همان شکل تشکیل می شوند. ماده بتدریج پیچیده تر می شود: ستارگان گازی شکل می گیرند ، سپس ستاره هایی با سیارات. در سیارات ، تحت تأثیر همه نیروهای متراکم ، ماده پیچیده تر می شود. تشکیل شده: مواد گازی ، مایع و جامد. سپس ، روی برخی از آنها ، گیاهان و جانوران ظاهر می شوند و در نهایت ، موجودات زنده دارای هوش - افراد و بیگانگان. بنابراین ، در مناطق دورتر کهکشان ، با گسترش قسمت دیسک شکل ، ماده پیچیده تر می شود ، هرچه از مرکز هسته دورتر باشد. در خود هسته ، ظاهراً فشار استاتیک همیشه بیشتر از فشار بحرانی است ، بنابراین تشکیل ماده در آن غیرممکن به نظر می رسد. جاذبه به خودی خود اصلاً وجود ندارد. در جهان و به ویژه در کهکشان ها ، قانون فشردن جهانی (اکستروژن) عمل می کند. هسته کهکشان یک "سیاهچاله" است ، اما نیروهای کشش ماده را ندارد. با وجود این ادعا که ظاهراً این امر غیرممکن است ، نور محبوس در چنین حفره ای آزادانه از طریق آن نفوذ می کند. از آنجایی که اتر جهان یک مایع فشرده ناپذیر است ، دمایی ندارد. فقط ماده دما دارد ، زیرا گسسته است (از ذرات تشکیل شده است). بنابراین ، بیگ بنگ پرهیجان و نظریه جهان حرارتی اشتباه می شوند. از آنجا که قانون فشردن (فشردن) جهانی در جهان عمل می کند ، هیچ گرانشی وجود ندارد ، که نمی توان آن را با هیچ چیزی توضیح داد ، به همین دلیل ، که توسط دانشمندان به سادگی - بر اساس ایمان گرفته شده است. بنابراین ، نسبیت عام ناسازگار به نظر می رسد - نظریه نسبیت عام اینشتین و همه نظریه ها بر اساس انواع زمینه ها و بارها. به سادگی هیچ زمینه و هزینه ای وجود ندارد. توضیحی ساده و مستقیم برای چهار تعامل بزرگ پیدا می کند. علاوه بر این ، جاذبه با فشردن و دفع - با اکستروژن توضیح داده می شود. در مورد بارها: برخلاف بارهای جذب کننده (پدیده - فشردن) ، و مانند بارها دفع کننده (پدیده - بیرون راندن). بنابراین ، مجموعه ای کامل از نظریه ها نیز غیرقابل قبول می شوند. با این حال ، نباید از ترس به دلیل تشکیل "سیاهچاله ها" در LHC - برخورد دهنده بزرگ هادرونی ، غش کرد. او هرگز آن را ایجاد نخواهد کرد ، مهم نیست که کارکنانش چقدر پف کرده باشند ، و مهم نیست که چه تضمینی می دهد. ظاهراً ایجاد «ذرات خدا» (بوزون گیگز) غیرممکن است و توصیه نمی شود. این ذرات خود در فرم تمام شدهاز منطقه اول کهکشان خود "راه شیری" به ما مراجعه کنید و نباید از آنها بترسیم. بوسون میلیاردها سال است که به زمین حمله می کند و در این مدت هیچ اتفاق خطرناکی رخ نداده است. با این حال ، از چه چیزی باید ترسید؟ خطر نیز بسیار بزرگ است ، کسانی که روی LHC آزمایش می کنند حتی از آن خبر ندارند! در LHC ، ذرات نسبتاً سنگین به سرعتهای نزدیک به نور نزدیک شتاب می گیرند. و اگر فقط به دلایلی از مسیر حرکت معینی منحرف شده و بنابراین در یک آشکارساز یا جای دیگری بیفتند ، پس از داشتن سرعت بالا و انرژی خاص ، و در تلاش برای افزایش آن هستند ، شروع به ضرب الکترون ها می کنند اتم های مواد غیر رادیواکتیو ، در نتیجه یک واکنش هسته ای که قبلاً ناشناخته بود را تحریک می کند. پس از آن ، شکافت خود به خودی تقریباً همه مواد آغاز می شود. علاوه بر این ، این یک انفجار اتمی از نیروی نامعلومی خواهد بود. به همین دلیل است که ناپدید می شود: ابتدا LHC با سوئیس ، سپس اروپا و کل جهان. اگرچه همه چیز ممکن است در آنجا متوقف شود ، اما همه ما از بین خواهیم رفت. این یک فاجعه در مقیاس کیهانی خواهد بود. بنابراین ، قبل از اینکه دیر شود ، پرسنل LHC باید شجاعت نشان داده و بلافاصله آزمایشات خود را در LHC متوقف کنند تا دلیل اصلی آن مشخص شود: آیا این چنین خواهد بود یا نه؟ شاید خوشبختانه من اشتباه می کنم. اگر اینطور باشد خوب است. فقط یک تیم از دانشمندان می توانند به این سال پاسخ صحیح بدهند. کلپاکوف آناتولی پتروویچ ، مهندس مکانیک

قوی ترین شتاب دهنده ذرات برخورد جهان

قوی ترین شتاب دهنده جهان از ذرات باردار بر روی تیرهای برخورد شده ، توسط مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) در یک تونل زیرزمینی به طول 27 کیلومتر در عمق 50-175 متری در مرز سوئیس و فرانسه ساخته شده است. LHC در پاییز 2008 راه اندازی شد ، اما به دلیل حادثه ، آزمایشات روی آن فقط در نوامبر 2009 آغاز شد و در مارس 2010 به ظرفیت طراحی خود رسید. پرتاب برخورد کننده نه تنها توجه فیزیکدانان ، بلکه مردم عادی را نیز به خود جلب کرد ، زیرا رسانه ها نگرانی خود را مبنی بر اینکه آزمایش بر روی برخورد دهنده می تواند منجر به پایان جهان شود ، جلب کردند. در ژوئیه 2012 ، اعلام شد که LHC ذره ای را تشخیص داد که به احتمال زیاد بوزون هیگز است - وجود آن صحت مدل استاندارد ساختار ماده را تأیید کرد.

زمینه

برای اولین بار ، شتاب دهنده ذرات در اواخر دهه 1920 برای مطالعه خواص ماده در علم استفاده شد. اولین شتاب دهنده حلقه ، سیکلوترون ، در سال 1931 توسط فیزیکدان آمریکایی ارنست لارنس ایجاد شد. در سال 1932 ، جان كاككرافت انگلیسی و ارنست والتون ایرلندی ، با استفاده از ضرب ولتاژ و اولین شتابدهنده پروتون جهان ، برای اولین بار موفق شدند هسته اتمی را به طور مصنوعی تقسیم كنند: هلیوم با بمباران لیتیوم با پروتون به دست آمد. شتاب دهنده های ذرات با استفاده از میدان های الکتریکی که برای شتاب (در بسیاری موارد تا سرعت نزدیک به سرعت نور) استفاده می شوند و ذرات باردار (مانند الکترون ها ، پروتون ها یا یون های سنگین تر) را در یک مسیر معین نگه می دارند ، کار می کنند. ساده ترین مثال خانگی شتاب دهنده ها ، تلویزیون های پرتو الکترونی هستند ،،،،.

شتاب دهنده ها برای آزمایش های مختلف از جمله برای به دست آوردن مورد استفاده قرار می گیرند عناصر فوق سنگین... برای مطالعه ذرات اولیه ، از برخورد کننده ها (از برخورد - "برخورد") نیز استفاده می شود - شتاب دهنده های ذرات باردار بر روی تیرهای برخورد شده ، که برای مطالعه محصولات برخورد آنها طراحی شده است. دانشمندان به پرتوها انرژی جنبشی بالایی می دهند. برخورد می تواند ذرات جدید و قبلاً ناشناخته ای را ایجاد کند. آشکارسازهای خاصی برای تشخیص ظاهر آنها طراحی شده است. در آغاز دهه 1990 ، قوی ترین برخورد کننده ها در ایالات متحده و سوئیس عمل می کردند. در سال 1987 ، برخورد کننده Tevatron با حداکثر انرژی پرتو 980 GeV در ایالات متحده در نزدیکی شیکاگو پرتاب شد. این حلقه زیرزمینی به طول 6.3 کیلومتر است ،،. در سال 1989 ، برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون (LEP) در سوئیس تحت نظارت مرکز تحقیقات هسته ای اروپا (CERN) راه اندازی شد. برای او ، در عمق 50-175 متر در دره دریاچه ژنو ، یک تونل حلقه ای به طول 26.7 کیلومتر ساخته شد ، در سال 2000 می توان به انرژی پرتو 209 GeV دست یافت ،،،.

در اتحاد جماهیر شوروی ، در 1980s ، پروژه ای برای مجتمع ذخیره سازی شتابدهنده (UNK) ایجاد شد-یک برخورد دهنده پروتون و پروتون ابررسانا در موسسه فیزیک انرژی بالا (IHEP) در پروتوینو. در بیشتر پارامترها از LEP و Tevatron پیشی می گرفت و باید پرتوهای شتاب دهنده ذرات اولیه با انرژی 3 teraelectronvolts (TeV) را مجاز می کرد. حلقه اصلی آن ، به طول 21 کیلومتر ، در سال 1994 در زیر زمین ساخته شد ، اما به دلیل کمبود بودجه ، این پروژه در سال 1998 منجمد شد ، تونل ساخته شده در پروتوینو خنثی شد (فقط عناصر مجموعه شتاب تکمیل شد) و رئیس مهندس پروژه ، گنادی دوروف ، برای کار به ایالات متحده رفت ،،،،،،،. به گفته برخی از دانشمندان روسی ، اگر UNK تکمیل و راه اندازی شده بود ، نیازی به ایجاد برخورد کننده های قوی تر نبود ، پایه های فیزیکیاز نظم جهانی ، برای غلبه بر آستانه انرژی 1 TeV در شتاب دهنده ها کافی بود ،. ویکتور ساورین ، معاون م Instituteسسه تحقیقاتی فیزیک هسته ای در دانشگاه دولتی مسکو و هماهنگ کننده مشارکت موسسات روسی در پروژه برخورد دهنده بزرگ هادرونی ، با یادآوری UNK ، گفت: "خوب ، سه ولتاژ سه یا هفت. و سپس سه ولتاژ الکترونیکی می توانند بعداً به پنج نفر آورده می شود. " با این حال ، ایالات متحده همچنین ساخت ابرخودروی فوق رسانای خود (SSC) را در سال 1993 و به دلایل مالی ، رها کرد.

به جای ساختن برخوردگران فیزیک خود کشورهای مختلفتصمیم گرفت در چارچوب یک پروژه بین المللی متحد شود ، ایده ای که از دهه 1980 سرچشمه گرفت. پس از پایان آزمایشات در LEP سوئیس ، تجهیزات آن برچیده شد و در محل آن ساخت برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC) آغاز شد - قوی ترین شتاب دهنده حلقه ای جهان از ذرات باردار بر روی تیرهای برخورد شده ، جایی که پرتوهای پروتون با انرژیها در برخورد تا 14 TeV و یونهای سربی با انرژی برخورد تا 1150 TeV برخورد می کنند ،،،،،.

اهداف آزمایش

هدف اصلی ساخت LHC شفاف سازی یا رد مدل استاندارد بود - ساخت نظری در فیزیک که ذرات اولیه و سه مورد از چهار فعل و انفعال اساسی را توصیف می کند: قوی ، ضعیف و الکترومغناطیسی ، به استثنای گرانش ،. شکل گیری مدل استاندارد در دهه های 1960 و 1970 به پایان رسید و طبق یافته های دانشمندان ، تمام اکتشافات انجام شده از آن زمان تا کنون با توسعه طبیعی این نظریه شرح داده شده است. در همان زمان ، مدل استاندارد نحوه برهم کنش ذرات بنیادی را توضیح داد ، اما به این س whyال که چرا دقیقاً به این روش و نه به طور دیگر پاسخ می دهد ، پاسخ نداد.

دانشمندان خاطرنشان کردند که اگر LHC نتواند به کشف بوزون هیگز برسد (در مطبوعات گاهی اوقات "ذره خدا" نامیده می شد ، ،. در همان زمان ، اگر مدل استاندارد تأیید شد ، برخی از زمینه های فیزیک نیاز به تأیید تجربی بیشتری داشتند: به ویژه ، لازم بود که وجود "گرانیتون" - ذرات فرضی مسئول گرانش ، ثابت شود.

ویژگی های فنی

LHC در تونلی که برای LEP ساخته شده است قرار دارد. بیشتر آن در زیر خاک فرانسه قرار دارد. این تونل شامل دو لوله است که تقریباً در تمام طول آنها به موازات یکدیگر حرکت می کنند و در مکان های آشکارسازها تلاقی می کنند که در آنها برخورد هادرون ها - ذرات متشکل از کوارک ها (برای برخورد از یون های سرب و پروتون ها استفاده می شود) رخ می دهد. پروتون ها نه در خود LHC بلکه در شتاب دهنده های کمکی شروع به شتاب می کنند. پرتوهای پروتون در شتاب دهنده خطی LINAC2 و سپس در شتاب دهنده PS شروع می شوند و پس از آن به حلقه فوق سنکرونترون (SPS) 6.9 کیلومتری می افتند و تنها پس از آن به یکی از لوله های LHC ختم می شوند ، جایی که برای 20 تای دیگر. دقیقه انرژی آنها تا 7 TeV منتقل می شود. آزمایش با یون های سرب در شتاب دهنده خطی LINAC3 آغاز می شود. این تیرها توسط 1600 آهنربای ابررسانا ثابت نگه داشته می شوند که وزن بسیاری از آنها تا 27 تن است. این آهنرباها توسط هلیوم مایع تا دمای فوق العاده پایین سرد می شوند: 1.9 درجه بالای صفر مطلق ، سردتر از فضای بیرونی ،،،،،،،.

با سرعت 99.9999991 درصد از سرعت نور ، با ایجاد بیش از 11 هزار دایره در اطراف حلقه برخورد کننده در ثانیه ، پروتون ها در یکی از چهار آشکارساز - پیچیده ترین سیستم های LHC ، برخورد می کنند ،،،،،. آشکارساز ATLAS برای جستجوی ذرات ناشناخته جدید طراحی شده است که می تواند مسیر جستجو را برای دانشمندان فراهم کند. فیزیک جدید"متفاوت از مدل استاندارد. آشکارساز CMS برای بدست آوردن بوزون هیگز و مطالعه ماده تاریک در نظر گرفته شده است. آشکارساز ALICE برای مطالعه ماده پس از بیگ بنگ و جستجوی پلاسمای کوارک-گلوئون و LHCb در نظر گرفته شده است. آشکارساز دلیل شیوع ماده بر ضد ماده را بررسی کرده و فیزیک بی کوارک ها را مورد بررسی قرار می دهد. در آینده ، برنامه ریزی شده است که سه آشکارساز دیگر را به کار اندازد: TOTEM ، LHCf و MoEDAL ،.

برای پردازش نتایج آزمایشات در LHC ، از یک شبکه کامپیوتری توزیع شده اختصاصی GRID استفاده می شود که قادر به انتقال حداکثر 10 گیگابیت اطلاعات در ثانیه به 11 مرکز محاسباتی در سراسر جهان است. هر سال ، بیش از 15 پتابایت (15 هزار ترابایت) اطلاعات از آشکارسازها خوانده می شود: جریان کل داده های چهار آزمایش می تواند به 700 مگابایت در ثانیه برسد ،،،،. در سپتامبر 2008 ، هکرها موفق شدند به صفحه وب CERN نفوذ کنند و به گفته آنها ، به کنترل برخورد کننده دسترسی پیدا کنند. با این حال ، کارکنان سرن توضیح دادند که سیستم کنترل LHC از اینترنت جدا شده است. در اکتبر 2009 ، Adlen Ishor ، که یکی از دانشمندانی بود که در آزمایش LHCb در LHC کار می کرد ، به ظن همکاری با تروریست ها دستگیر شد. با این حال ، به گفته رهبری CERN ، ایشور به مکانهای زیرزمینی برخورد کننده دسترسی نداشت و هیچ کاری انجام نداد که بتواند تروریست ها را مورد علاقه خود قرار دهد. در مه 2012 ، ایشور به پنج سال زندان محکوم شد.

هزینه و سابقه ساخت

در سال 1995 ، هزینه ایجاد LHC 2.6 میلیارد فرانک سوئیس برآورد شد ، بدون هزینه انجام آزمایشات. برنامه ریزی شده بود که آزمایش ها در 10 سال - در سال 2005 آغاز شود. در سال 2001 ، بودجه CERN کاهش یافت و 480 میلیون فرانک به هزینه ساخت اضافه شد (هزینه کل پروژه تا آن زمان حدود 3 میلیارد فرانک بود) ، و این باعث شد که پرتاب برخورد کننده به 2007 موکول شود. در سال 2005 ، یک مهندس در حین ساخت LHC کشته شد: علت این فاجعه سقوط محموله از جرثقیل بود.

راه اندازی LHC نه تنها به دلیل مشکلات مالی به تعویق افتاد. در سال 2007 ، مشخص شد که قطعات آهنرباهای ابررسانا که توسط Fermilab عرضه می شوند ، الزامات طراحی را برآورده نمی کنند ، که باعث شد پرتاب برخورد کننده به مدت یک سال به تعویق بیفتد.

در 10 سپتامبر 2008 ، اولین پرتو پروتون در LHC پرتاب شد. برنامه ریزی شده بود که طی چند ماه اولین برخوردها در برخورد کننده رخ دهد ، اما در 19 سپتامبر ، به دلیل نقص اتصال دو آهنربای ابررسانا در LHC ، حادثه ای رخ داد: آهنرباها غیرفعال شدند ، بیش از 6 تن هلیوم مایع به داخل تونل ریخت ، خلاء در لوله های شتاب دهنده شکسته شد ... برخورد کننده برای تعمیر باید بسته می شد. با وجود این حادثه ، در 21 سپتامبر 2008 ، یک مراسم رسمی راه اندازی LHC انجام شد. در ابتدا ، آزمایشات در دسامبر 2008 از سر گرفته می شد ، اما پس از آن تاریخ شروع مجدد به سپتامبر و سپس به اواسط نوامبر 2009 موکول شد ، در حالی که اولین برخوردها فقط در سال 2010 برنامه ریزی شده بود ،،،. اولین مورد پس از آزمایش تصادف پرتوهای یون های سربی و پروتون ها در امتداد بخشی از حلقه LHC در 23 اکتبر 2009 انجام شد. در 23 نوامبر ، اولین برخورد تیرها در آشکارساز ATLAS انجام شد و در 31 مارس 2010 ، برخورد کننده با قدرت کامل کار می کرد: در آن روز ، برخورد پرتوهای پرتونی با رکورد انرژی 7 TeV ثبت شد. در آوریل 2012 ، انرژی بیشتری از برخورد پروتون ها ثبت شد - 8 TeV.

در سال 2009 ، ارزش LHC بین 3.2 تا 6.4 میلیارد یورو ارزشمند بود ، و این گران ترین آزمایش علمی در تاریخ بشریت بود.

همکاری بین المللی

اشاره شد که پروژه ای در مقیاس LHC نمی تواند توسط یک کشور ایجاد شود. این نه تنها با تلاش 20 کشور عضو CERN ایجاد شد: بیش از 10 هزار دانشمند از بیش از صد کشور جهان در توسعه آن شرکت کردند. از سال 2009 ، پروژه LHC توسط مدیر کلسرن رولف-دیتر هویر. روسیه همچنین در ایجاد LHC به عنوان عضو ناظر CERN مشارکت دارد: در سال 2008 ، حدود 700 دانشمند روسی در برخورد دهنده بزرگ هادرونی کار کردند ، از جمله کارکنان IHEP.

در همین حال ، دانشمندان یکی از کشورهای اروپاییتقریبا فرصت شرکت در آزمایش در LHC را از دست داد. در ماه می 2009 ، یوهانس هان ، وزیر علوم اتریش ، خروج این کشور از CERN را در سال 2010 اعلام کرد و توضیح داد که عضویت در CERN و شرکت در برنامه LHC بسیار پرهزینه است و مزایای ملموسی برای علوم و دانشگاه های اتریش به همراه ندارد. در مورد صرفه جویی سالانه احتمالی حدود 20 میلیون یورو ، که 2.2 درصد از بودجه CERN و حدود 70 درصد از بودجه ای است که دولت اتریش برای مشارکت در سازمان های تحقیقاتی بین المللی اختصاص داده است. اتریش وعده داد که تصمیم نهایی در مورد خروج را در پاییز 2009 خواهد گرفت. با این حال ، بعداً صدراعظم اتریش ورنر فایمن گفت که کشورش قصد ندارد پروژه و سرن را ترک کند.

شایعات خطر

شایعاتی در مطبوعات منتشر شد مبنی بر اینکه LHC خطری برای بشریت به شمار می رود ، زیرا راه اندازی آن می تواند به پایان جهان منجر شود. دلیل آن اظهارات دانشمندان بود که در نتیجه برخورد در سیاه چاله های میکروسکوپی برخورد کننده می تواند ایجاد شود: بلافاصله نظراتی مبنی بر اینکه آنها می توانند کل زمین را "بمکد" وجود داشت ، و بنابراین LHC یک "جعبه پاندورا" واقعی است ،،، ، همچنین اعتقاد بر این بود که کشف بوزون هیگز منجر به افزایش بی رویه جرم در جهان می شود و آزمایش برای جستجوی "ماده تاریک" می تواند منجر به ظهور "عجیب و غریب" شود (عجیب و غریب ، ترجمه این عبارت به روسی متعلق به ستاره شناس سرگئی پوپف است) - "ماده عجیب" ، که در تماس با ماده معمولی می تواند آن را به "تسمه" تبدیل کند. این مقایسه با رمان کورت وونگوت "گهواره گربه" انجام شد ، جایی که مواد داستانی "یخ نه" زندگی در این سیاره را نابود کرد. برخی نشریات با اشاره به نظرات تک تک دانشمندان ، همچنین اظهار داشتند که آزمایشات در LHC می تواند منجر به ظهور "کرم چاله ها" به موقع شود که از طریق آنها می توان ذرات یا حتی موجودات زنده را از آینده به جهان ما منتقل کرد. با این حال ، معلوم شد که سخنان دانشمندان توسط روزنامه نگاران تحریف شده و اشتباه تفسیر شده است: در ابتدا "در مورد ماشینهای زمان میکروسکوپی بود که با کمک آنها فقط ذرات اولیه می توانند به گذشته سفر کنند" ،.

دانشمندان بارها اعلام کرده اند که احتمال وقوع چنین رویدادهایی ناچیز است. حتی یک گروه ویژه ارزیابی ایمنی LHC نیز تشکیل شد ، که تجزیه و تحلیل کرده و گزارشی از احتمال وقوع بلایایی که می تواند در آزمایشات در LHC ایجاد شود ، تهیه کرده است. به گفته دانشمندان ، برخورد پروتون ها در LHC خطرناکتر از برخورد پرتوهای کیهانی با لباس فضانوردان نیست: آنها گاهی حتی انرژی بیشتری از آنچه در LHC می توان به دست آورد ، دارند. در مورد سیاهچاله های فرضی ، آنها بدون حل شدن به دیواره های برخورد کننده "حل می شوند" ،،،،.

با این حال ، شایعات درباره بلایای احتمالی هنوز مردم را در تعلیق نگه داشت. حتی از سازندگان برخورد کننده نیز شکایت شد: معروف ترین پرونده های حقوقی متعلق به والتر واگنر وکیل و پزشک آمریکایی و پروفسور شیمی از آلمان اتو روسلر بود. آنها سرن را متهم کردند که با آزمایش خود بشریت را به خطر انداخته و "حق زندگی" تضمین شده توسط کنوانسیون حقوق بشر را نقض کرده است ، اما این ادعاها رد شد ،،،،. مطبوعات گزارش دادند که به دلیل شایعاتی درباره پایان قریب الوقوع جهان پس از راه اندازی LHC در هند ، یک دختر 16 ساله خودکشی کرد.

در وبلاگ روسیه ، میم "زودتر برخورد می کند" ظاهر شد ، که می تواند به عنوان "زودتر پایان جهان باشد ، دیگر نمی توان به این ننگ نگاه کرد" ترجمه شد. شوخی "فیزیکدانان سنت مونتاژ و پرتاب یک برخورد دهنده را هر 14 میلیارد سال یکبار دارند" بسیار محبوب بود.

نتایج علمی

اولین داده های تجربی در LHC در دسامبر 2009 منتشر شد. در 13 دسامبر 2011 ، متخصصان CERN اعلام کردند که در نتیجه تحقیقات در LHC ، آنها موفق شدند محدوده جرم احتمالی بوزون هیگز را به 115.5-127 GeV محدود کنند و علائم وجود ذره مورد نظر را با جرم حدود 126 GeV در همان ماه ، برای اولین بار اعلام شد که یک ذره جدید غیر هیگز به نام χb (3P) در جریان آزمایشات در LHC کشف شد.

در 4 ژوئیه 2012 ، رهبری سرن رسما این کشف را با احتمال 99.99995 درصد از یک ذره جدید در منطقه جرم حدود 126 GeV اعلام کرد ، که به گفته دانشمندان ، به احتمال زیاد بوزون هیگز بوده است. این نتیجه توسط رئیس یکی از دو همکاری علمی که در LHC کار می کرد ، جو اینکندلا ، "یکی از بزرگترین مشاهدات در این زمینه از علم در 30-40 سال گذشته بود" ، و خود پیتر هیگز کشف یک ذره "پایان یک دوره در فیزیک" ،،،.

پروژه های آینده

در سال 2013 ، سرن قصد دارد با نصب آشکارسازهای قوی تر و افزایش قدرت کل برخورد کننده ، LHC را ارتقا دهد. پروژه مدرنیزاسیون ، برخورد دهنده بزرگ هادرونی (SLHC) نام دارد. همچنین ساخت برخورد دهنده بین المللی خطی (ILC) نیز برنامه ریزی شده است. لوله آن چندین ده کیلومتر طول خواهد داشت و به دلیل این که طراحی آن نیازی به استفاده از آهنرباهای گرانقیمت ابررسانا ندارد ، باید ارزانتر از LHC باشد. ILC ممکن است در دوبنا ساخته شود ،،.

همچنین ، برخی از متخصصان و دانشمندان CERN از ایالات متحده و ژاپن پس از پایان کار LHC پیشنهاد کردند که کار روی برخورد دهنده بزرگ هادرونی بسیار بزرگ (VLHC) را آغاز کنند.

مصالح مورد استفاده

کریس ویکام ، رابرت ایوانز... "این یک بوزون است:" تلاش هیگز دارای ذرات جدیدی است. - رویترز, 05.07.2012

لوسی کریستی ، ماری نوئل بلسیگ... بدن: decouverte de la "particule de Dieu"؟ - خبرگزاری فرانسه, 04.07.2012

خداحافظی دنیس... فیزیکدانان ذرات گریزان را کلید جهان می دانند - جدیدزمان یورک, 04.07.2012

Adlene Hicheur با محکوم کردن یک زندان ، از انجام آن خودداری کنید. - L "اکسپرس, 04.05.2012

برخورد ذرات تلاش برای کشف جهان را افزایش می دهد. - خبرگزاری فرانسه, 06.04.2012

جاناتان آموس... LHC از کشف اولین ذره جدید خود خبر می دهد. - اخبار بی بی سی, 22.12.2011

لئونید پوپوف... اولین ذره جدید در LHC گرفتار می شود. - ممبرانا, 22.12.2011

استفان شنکلند... فیزیکدانان سرن اشاره ای به بوزون هیگز پیدا کردند. - CNET, 13.12.2011

پل رینکن... LHC: بوزون هیگز "ممکن است چشم پوشی شده باشد". - اخبار بی بی سی, 13.12.2011

بله ، ما این کار را کردیم! - بولتن سرن, 31.03.2010

ریچارد وب... فیزیکدانان برای انتشار اولین نتایج LHC رقابت می کنند. - دانشمند جدید, 21.12.2009

بیانیه مطبوعاتی... دو تیر گردش اولین برخورد را در LHC ایجاد می کنند. - سرن (cern.ch), 23.11.2009

ذرات در LHC بازگشتند! - سرن (cern.ch), 26.10.2009

اولین یونهای سرب در LHC. - آزمایش های تزریق LHC (lhc-injection-test.web.cern.ch), 26.10.2009

چارلز برمنر ، آدام سیج... ادلن هیچور ، فیزیکدان برخورد کننده هادرون متهم به تروریسم شد. - زمان, 13.10.2009

خداحافظی دنیس... پژوهشگر فرانسوی در تحقیقات رسمی تروریسم تحقیق کند. - مجله نیویورک تایمز, 13.10.2009

از Super Collider ابررسانا چه چیزی باقی مانده است؟ - فیزیک امروز, 06.10.2009

LHC در اوایل سال 2009-2010 با 3.5 TeV اجرا می شود که بعداً افزایش می یابد. - سرن (cern.ch), 06.08.2009

کمیته آزمایش LHC. - سرن (cern.ch), 30.06.2009

برخورد دهنده بزرگ هادرونی یا "ماشین قیامت" یا کلید راز جهان نامیده می شود ، اما اهمیت آن زیر سوال نیست.

همانطور که برتراند راسل متفکر برجسته انگلیسی گفت: "آنچه شما می دانید ، فلسفه آن چیزی است که شما نمی دانید." به نظر می رسد که دانش علمی واقعی مدتهاست از ریشه های آن جدا شده است ، که می توان آن را در تحقیقات فلسفی یافت. یونان باستان، اما اینطور نیست.

در طول قرن بیستم ، دانشمندان سعی کرده اند در علم پاسخ به پرسش از ساختار جهان را بیابند. این روند شبیه به جستجوی معنای زندگی بود: انواع زیادی از نظریه ها ، مفروضات و حتی ایده های دیوانه وار. دانشمندان در آغاز قرن بیست و یکم به چه نتیجه ای رسیدند؟

کل جهان متشکل از ذرات اولیه، که اشکال نهایی همه چیز موجود را نشان می دهد ، یعنی آنهایی که نمی توانند به عناصر کوچکتر تقسیم شوند. اینها شامل پروتون ها ، الکترون ها ، نوترون ها و ... است. این ذرات در تعامل مداوم با یکدیگر هستند. در آغاز قرن ما ، آن را در 4 نوع اساسی بیان کرد: گرانشی ، الکترومغناطیسی ، قوی و ضعیف. اولین مورد با نسبیت عام شرح داده شده است ، سه مورد دیگر در مدل استاندارد (نظریه کوانتوم) ترکیب شده اند. همچنین پیشنهاد شد که فعل و انفعال دیگری وجود دارد که بعداً میدان هیگز نامیده شد.

به تدریج ، ایده ترکیب همه تعاملات اساسی در چارچوب " نظریه همه چیز "، که در ابتدا به عنوان یک شوخی تلقی می شد ، اما به سرعت به یک جهت علمی قدرتمند تبدیل شد. چرا این مورد نیاز است؟ ساده است! بدون درک نحوه عملکرد جهان ، ما مانند مورچه هایی در لانه مصنوعی هستیم - از توانایی های خود فراتر نخواهیم رفت. دانش بشر نمی تواند (خوب ، یا در حالی کهاگر خوشبین هستید نمی توانید کل ساختار جهان را پوشش دهید.

یکی از مشهورترین نظریه هایی که مدعی "پذیرفتن همه چیز" است نظریه ریسمان... این بدان معناست که کل جهان و زندگی ما با شما چند بعدی است. با وجود بخش نظری توسعه یافته و حمایت فیزیکدانان مشهوری مانند برایان گرین و استفان هاوکینگ ، هیچ تأیید تجربی ندارد.

دهه ها بعد ، دانشمندان از پخش از جایگاه ها خسته شدند و تصمیم گرفتند چیزی بسازند که یک بار برای همیشه باید نقاط i را مشخص کند. برای این ، بزرگترین مجموعه آزمایشی جهان ایجاد شد - برخورد دهنده بزرگ هادرونی (LHC).

"به برخورد کننده!"

برخورد کننده چیست؟ از نظر علمی ، این شتاب دهنده ذرات باردار است که برای تسریع ذرات اولیه برای درک بیشتر تعامل آنها طراحی شده است. در اصطلاح غیرعلمی ، این عرصه بزرگی است (یا اگر دوست دارید) ، که در آن دانشمندان برای تأیید نظریه های خود می جنگند.

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

تاریخچه ایجاد LHC

Brücke-Osteuropa / wikimedia.org
(CC0 1.0)

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

لازم به ذکر است که هزینه ساخت یک شتاب دهنده ذرات فوق العاده زیاد است. اروپا ، که در دوران جنگ سرد نقش جزئی ایفا کرد ، ایجاد آن را سفارش داد سازمان اروپایی تحقیقات هسته ای (در روسی اغلب به عنوان CERN خوانده می شود)، که بعداً ساخت LHC را به عهده گرفت.

سرن در پی نگرانی بین المللی درباره تحقیقات هسته ای در ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی ایجاد شد ، که می تواند منجر به نابودی کامل شود. بنابراین ، دانشمندان تصمیم گرفتند تلاش ها را با هم ترکیب کرده و آنها را به یک کانال مسالمت آمیز هدایت کنند. در سال 1954 ، سرن تولد رسمی خود را دریافت کرد.

در سال 1983 ، تحت حمایت CERN ، بوزونهای W و Z کشف شد ، پس از آن مسئله کشف بوزونهای هیگز فقط یک موضوع زمان بود. در همان سال ، کار بر روی ساخت برخورد دهنده بزرگ الکترون-پوزیترون (BEPC) آغاز شد ، که نقش اصلی را در مطالعه بوزون های کشف شده ایفا کرد. با این حال ، حتی در آن زمان مشخص شد که قدرت دستگاه ایجاد شده به زودی کافی نخواهد بود. و در سال 1984 ، تصمیم به ساخت LHC ، بلافاصله پس از برچیدن BEPK ، گرفته شد. این اتفاق در سال 2000 رخ داد.

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

در حال حاضر ، LHC در تونلی با محیط 26.7 کیلومتر واقع شده است و به طور همزمان از قلمرو دو کشور اروپایی - فرانسه و سوئیس عبور می کند. عمق تونل از 50 تا 175 متر متغیر است. همچنین لازم به ذکر است که انرژی برخورد پروتون ها در شتابدهنده به 14 ترالکترون ولت می رسد که 20 برابر بیشتر از نتایج بدست آمده با BEPC است.

"کنجکاوی یک رذیلت نیست ، بلکه یک چیز نفرت انگیز بزرگ است"

تونل برخورد کننده سرن به طول 27 کیلومتر در 100 متری زیر زمین در نزدیکی ژنو واقع شده است. در اینجا الکترومغناطیس ابررسانای عظیمی وجود خواهد داشت. حمل خودروها در سمت راست Juhanson / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

چرا به این "دستگاه قیامت" ساخته دست بشر نیاز است؟ دانشمندان انتظار دارند جهان را بلافاصله پس از انفجار بزرگ ، یعنی در زمان شکل گیری ماده ، ببینند.

اهداف، که دانشمندان خود را در هنگام ساخت LHC تعیین کردند:

1. تأیید یا رد مدل استاندارد با هدف ایجاد بیشتر "نظریه همه چیز".
2. اثبات وجود بوزون هیگز به عنوان ذره ای از پنجمین فعل و انفعال اساسی. طبق مطالعات نظری ، او باید بر فعل و انفعالات الکتریکی و ضعیف تأثیر بگذارد و تقارن آنها را بشکند.
3. مطالعه کوارک ها ، که یک ذره اساسی است که 20 هزار بار کوچکتر از پروتون های تشکیل شده از آنها است.
4. بدست آوردن و تحقیق درباره ماده تاریک تشکیل دهنده آن اکثرجهان.

اینها تنها اهدافی نیستند که دانشمندان به LHC اختصاص داده اند ، اما بقیه بیشتر به اهداف مرتبط یا کاملاً نظری مربوط می شوند.

به چه دستاوردی رسیده اید؟

بدون شک بزرگترین و مهمترین دستاورد تأیید رسمی وجود بود بوزون هیگز... کشف پنجمین فعل و انفعال (میدان هیگز) ، که به گفته دانشمندان ، بر جذب جرم توسط تمام ذرات بنیادی تأثیر می گذارد. اعتقاد بر این است که وقتی تقارن شکسته می شود وقتی میدان هیگز در زمینه های دیگر اعمال می شود ، بوزون های W و Z جرم می گیرند. کشف بوزون هیگز از نظر اهمیت بسیار زیاد است به طوری که تعدادی از دانشمندان نام "ذرات الهی" را بر آنها گذاشتند.

کوارک ها به ذراتی (پروتون ، نوترون و سایر موارد) ترکیب می شوند که به آن ها می گویند هادرون... این آنها هستند که در LHC ، جایی که نام آن از آنجا آمده است ، شتاب می گیرند و برخورد می کنند. در حین کار برخورد کننده ، ثابت شد که جداسازی کوارک از هادرون به سادگی امکان پذیر نیست. اگر سعی کنید این کار را انجام دهید ، به سادگی از یک پروتون ، نوعی دیگر از ذرات ابتدایی جدا می شوید - مزون... علیرغم این واقعیت که این تنها یکی از هادرون ها است و به خودی خود هیچ چیز جدیدی را شامل نمی شود ، مطالعه بیشتر تعامل کوارک ها باید دقیقاً در مراحل کوچک انجام شود. در تحقیق درباره قوانین اساسی عملکرد جهان ، عجله خطرناک است.

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

برنامه ها چیست؟

هانس G / flickr.com (CC BY-SA 2.0)

وظیفه اصلی ایجاد "نظریه همه چیز" حل نشده است ، اما مطالعه نظری انواع احتمالی تجلی آن در حال انجام است. تا کنون ، یکی از مشکلات ترکیب نسبیت عام و مدل استاندارد این است منطقه متفاوتاقدامات آنها ، و بنابراین دوم ویژگی های اول را در نظر نمی گیرد. بنابراین ، مهم است که از مدل استاندارد فراتر رفته و به حاشیه برسید فیزیک جدید.

ابرتقارن -دانشمندان معتقدند که میدان های کوانتومی بوزونیک و فرمیون را به هم متصل می کند ، به طوری که می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. این یک تبدیل است که از محدوده مدل استاندارد فراتر می رود ، زیرا نظریه ای وجود دارد که نگاشت متقارن میدانهای کوانتومی بر اساس گرانوتون... بر این اساس ، آنها می توانند یک ذره اولیه گرانش باشند.

بوسون مادالا- فرضیه وجود بوزون مادالا نشان می دهد که زمینه دیگری وجود دارد. اگر بوزون هیگز با ذرات و ماده شناخته شده در تعامل باشد ، بوزون مادالا با آن تعامل دارد ماده تاریک... علیرغم این واقعیت که بخش بزرگی از جهان را اشغال می کند ، وجود آن در محدوده مدل استاندارد نیست.

سیاهچاله میکروسکوپی -یکی از مطالعات LHC ایجاد سیاه چاله است. بله ، دقیقاً آن منطقه سیاه و همه کاره در فضای خارج. خوشبختانه هیچ دستاورد قابل توجهی در این زمینه به دست نیامده است.

امروزه برخورد دهنده بزرگ هادرونی یک مرکز تحقیقاتی چند منظوره است که بر اساس آن نظریه هایی ایجاد و به صورت تجربی تأیید می شود که به ما در درک بهتر ساختار جهان کمک می کند. اغلب موج انتقاداتی پیرامون تعدادی از مطالعات در حال انجام وجود دارد که برچسب خطرناکی از جمله استفان هاوکینگ دارند ، اما این بازی قطعاً ارزش شمع را دارد. ما نمی توانیم در اقیانوس سیاه موسوم به کائنات با یک ناخدا که نه نقشه دارد ، نه قطب نما دارد و نه اطلاعات اولیه ای در مورد جهان پیرامون داریم ، حرکت کنیم.

در صورت مشاهده خطا ، لطفاً قسمتی از متن را انتخاب کرده و فشار دهید Ctrl + Enter.