Wielki Zderzacz Hadronów – Wikipedia, wolna encyklopedia

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, szukaj

Na mapach: 46°14′N 6°03′E / 46.233, 6.05

Tunel LHC, w którym montowane są nadprzewodzące elektromagnesy
Lokalizacja miejsca eksperymentu

Wielki Zderzacz Hadronów, LHC (z ang. Large Hadron Collider) – największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w pobliżu Genewy. LHC jest położony na terenie Francji oraz Szwajcarii[1].

Wielki Zderzacz Hadronów jest największą maszyną świata. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie torusa o długości około 27 km[2], położonym na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią[3]. Wyniki zderzeń rejestrowane są przez dwa duże detektory cząstek elementarnych: ATLAS i CMS, dwa mniejsze ALICE i LHCb oraz trzy małe: TOTEM, LHCf i MoEDAL.

Urządzenie od 2008 r. miało zderzać dwie przeciwbieżne wiązki protonów. Energia zderzeń miała wynosić 14 TeV[4]. Obecnie akcelerator pracuje z połową pełnej mocy i pozostanie tak co najmniej do III kwartału 2011 r. Trwają prace nad zwiększeniem częstotliwości zderzeń przy tej energii.

Spis treści

[edytuj] Historia

16 grudnia 1994 Rada CERNu zatwierdziła rozpoczęcie projektu LHC z projektowaną energią zderzeń 14 TeV i włączeniu go w bazowy program badawczy organizacji. Budowa akceleratora miała ruszyć po zakończeniu pracy akceleratora LEP[5].

2 listopada 2000 Zamknięcie akceleratora LEP. W jego tunelu znajdzie się przyszły akcelerator LHC.

10 września 2008 uruchomiono akcelerator LHC, wpuszczono wiązkę protonów w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a następnie powtórzono eksperyment z wiązką biegnącą w przeciwną stronę. Wiązki nie były przyspieszane w LHC i miały energię 450 GeV (0,45 TeV).

19 września 2008 W czasie testów mocy (bez wiązki) nastąpiło zwarcie na wadliwie wykonanym połączeniu elektrycznym między dwoma nadprzewodzącymi magnesami. Powstały najprawdopodobniej łuk elektryczny doprowadził do stopienia się złącza i rozszczelnienia magnesów. Implozja związana z rozszczelnieniem się magnesów doprowadziła do wyzwolenia się dużej energii, która zniszczyła lub uszkodziła blisko 60 magnesów (w większości 22-tonowych dipoli). Nastąpił wyciek kilku ton ciekłego helu do tunelu. Naprawienie awarii trwało około 14 miesięcy[6].

20 listopada 2009 start LHC po trwającej 14 miesięcy naprawie.

13 grudnia 2009 zarejestrowanie przez detektor CMS mionów.

27 lutego 2010 pierwsza wiązka w 2010 roku.

18–19 marca 2010 pierwsze synchroniczne podniesienie prądu w magnesach do 6000 A i uzyskanie wiązek o energiach 3,5 TeV.

30 marca 2010 pierwsze zderzenia wiązek protonów o energii 3,5 TeV (energia zderzenia 7 TeV)

8 listopada 2010 pierwsze zderzenia jonów ołowiu o energii 1,38 TeV na nukleon (energia zderzenia pary nukleonów 2,76 TeV)

31 października 2011 po 180 dniach pracy akceleratora zakończono zbieranie danych ze zderzeń proton – proton na rok 2011 przy energii 3,5 TeV na wiązkę. Zebrano około 6 odwrotnych femtobarnów danych, sześciokrotnie więcej niż planowano na ten okres. Akcelerator jest przygotowywany do biegu ciężko jonowego, który podobnie jak w 2010 roku ma potrwać cztery tygodnie[7].

13 grudnia 2011 ogłoszono, że detektory CMS i ATLAS pokazują wzrost intensywności w przedziale 124–125 GeV, który może być szumem lub wskazywać na odkrycie bozonu Higgsa[8].

22 grudnia 2011 ogłoszono obserwację nowej cząstki, stanu χb (3P) bottomonium[9].

[edytuj] Koszt

  • 4,6 miliarda CHF całkowitego kosztu akceleratora
  • 1,1 miliarda CHF całkowitego udziału CERN w eksperymencie
  • 0,26 miliarda CHF całkowity udział w przetwarzaniu danych[10]

[edytuj] Prognozy

Przewiduje się, że LHC umożliwi odkrycie lub wykluczenie istnienia bozonu Higgsa oraz cząstek tworzących ciemną materię, którymi być może będą cząstki supersymetryczne.

[edytuj] Pierwsze rezultaty

22 sierpnia 2011 roku na konferencji Lepton-Photon w Mumbai podano aktualne rezultaty poszukiwań cząstki Higgsa Modelu Standardowego oparte na wynikach eksperymentów CMS i ATLAS przy Wielkim Zderzaczu Hadronów LHC. Przeanalizowane dane wykluczają istnienie standardowego Higgsa o masie pomiedzy 145 GeV i 466 GeV. Pozostaje do zbadania obszar pomiedzy 114,4 GeV (granica z LEP) i 145 GeV oraz, uważany za znacznie mniej prawdopodobny, obszar 466-800 GeV.[11]

[edytuj] Budowa i działanie

Schemat LHC i urządzeń towarzyszących: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, synchrotrony protonowe (PS, SPS), akceleratory liniowe (P, Pb)

LHC jest zbudowany w tunelu akceleratora LEP (Large Electron Positron Collider – Wielki Zderzacz Elektronowo-Pozytronowy).

Na schemacie zaznaczono akceleratory oraz detektory współpracujące z głównym akceleratorem (LHC).

[edytuj] Przyspieszanie

Przyspieszane cząstki (protony) rozpoczynają swą drogę w akceleratorze liniowym – akceleratorze protonów (Linac 2, na schemacie P), jony o masie aż do masy ołowiu są przyspieszane w oddzielnym akceleratorze (Linac 3 – Pb).

Dalsza droga protonów i jonów jest wspólna, najpierw trafiają do Bustera Synchrotronu Protonowego (PSB, przyspieszanie 50 MeV – 1,6 GeV), następnie do Synchrotronu Protonowego (PS), w którym wiązka uzyskuje energię do 26 GeV i jest kształtowana.

Dalej Supersynchrotron Protonowy (SPS z ang. Super Proton Synchrotron) przyspiesza protony do energii 450 GeV (0,45 TeV), na wyjściu z tego akceleratora można ukształtować dwie wiązki, które w LHC będą poruszały się w przeciwne strony.

Protony w każdej z wiązek będą przyspieszane do energii 7 TeV (środek masy wiązki względem laboratorium), co daje energię 14 TeV (CM) na zderzenie.

[edytuj] Eksperymenty

Symulacja komputerowa wyniku zderzenia cząstek
Detektor CMS

Gdy przyspieszone wiązki są zderzane, zbieraniem i analizą danych zajmuje się sześć eksperymentów skupionych wokół następujących detektorów:

  • ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) – toroidalny detektor ogólnego przeznaczenia,
  • CMS (ang. Compact Muon Solenoid) – detektor ogólnego przeznaczenia zaprojektowany ze szczególnym naciskiem na identyfikację mionów i uzyskanie dużej rozdzielczości pomiaru ich pędów,
  • LHCb (ang. Large Hadron Collider beauty) – detektor mezonów B,
  • ALICE (ang. A Large Ion Collider Experiment) – detektor do obserwacji wyników zderzeń jonów,
  • TOTEM (ang. TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) – badanie całkowitych przekrojów czynnych, rozpraszania elastycznego i dysocjacji dyfrakcyjnej,
  • LHCf (ang. Large Hadron Collider forward) – symulacja promieniowania kosmicznego w laboratorium.
  • MoEDAL (ang. Monopole and Exotics Detector at the LHC) – poszukiwanie powolnych i silnie jonizujących stabilnych cząstek egzotycznych, np. masywnych cząstek supersymetrycznych lub monopoli magnetycznych. Eksperyment jest w fazie przygotowania[12].

Zderzenia protonów będą następowały 30 mln razy w ciągu sekundy, a detektory LHC będą produkować około 100 TB danych na sekundę. Dane z detektorów będą analizowane przez ogólnoświatowy gridowy system komputerowy WLCGrid. Budowa LHC wspomagana była przez projekt przetwarzania rozproszonego LHC@home.

[edytuj] Wielki Zderzacz Hadronów w kulturze masowej

Wielki Zderzacz Hadronów pojawił się w książce Anioły i demony Dana Browna; urządzenie wytwarzało antymaterię, która była wykorzystywana w walce z Watykanem. CERN opublikowało listę nieścisłości, krytykując błędne zobrazowanie działania urządzenia oraz ignorancję wobec prawdziwych zasad fizyki[13].

3 listopada 2009 świat obiegła informacja o przegrzaniu olbrzymich, nadprzewodzących magnesów[14] z powodu upuszczonego przez ptaka kawałka bagietki. CERN zdementował tę pogłoskę przyznając, że w jednej z podstacji energetycznych zasilających kriodipole faktycznie znaleziono kawałki chleba. Nie potwierdzoną spekulacją pozostaje jednak ich związek z chwilowym brakiem zasilania i automatycznym zadziałaniem zabezpieczeń. Awaria nie spowodowała żadnych uszkodzeń ani opóźnień w pracy akceleratora, jak spekulowały media[15].

Jeden z pracowników CERN stworzył utwór rapowany Large Hadron Rap oraz teledysk wyjaśniający działanie urządzenia[16].

[edytuj] Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ Przecina granicę pomiędzy tymi państwami w czterech punktach.
  2. ↑ Średnica torusa ok. 9 km, średnica przekroju poprzecznego tunelu 3,8 m.
  3. ↑ Symmetry magazine, Kwiecień 2005.
  4. ↑ 14 teraelektronowoltów = 14*1012 eV, czyli 14 bilionów elektronowoltów (14 000 000 000 000 eV).
  5. ↑ „Resolution approval of The Large Hadron Colider (LHC) Project” (ang.)
  6. ↑ CERN management confirms new LHC restart schedule (ang.)
  7. ↑ CERN Press Release.
  8. ↑ Paul Rincon: LHC: Higgs boson 'may have been glimpsed' (ang.). BBC News, 13 grudnia 2011.
  9. ↑ Jonathan Amos: LHC reports discovery of its first new particle (ang.). BBC News, 22 grudnia 2011.
  10. ↑ http://askanexpert.web.cern.ch/AskAnExpert/en/Accelerators/LHCgeneral-en.html#3 (ang.).
  11. ↑ CERN Press Release. „LHC experiments present latest results at Mumbai conference” (ang.)
  12. ↑ Grey Book.
  13. ↑ Angels and Demons, CERN, Dostęp 13 września 2008.
  14. ↑ Przepraszamy – strona chwilowo niedostępna – prosimy spróbować później.
  15. ↑ CERN Document Server: The truth about Birds and Baguettes.
  16. ↑ Teledysk „Large Hadron Rap”.

[edytuj] Linki zewnętrzne

Commons in image icon.svg
  Wikimedia Commons ma galerię ilustracji związaną z tematem:
Wielki Zderzacz Hadronów
Wikinews-logo.svg
Zobacz wiadomość w serwisie Wikinews na temat uruchomienia LHC