Hadron Collider: Start. De Large Hadron Collider wêrom? Wêr is?

Skiednis fan 'e accelerator, dy't wy kenne hjoed as de Large Hadron Collider begjint mear sûnt 2007. Yn earste ynstânsje is begûn mei de gronology fan 'e accelerator fan de cyclotron. It apparaat wie in lyts apparaat dat maklik past op 'e tafel. Dan it ferhaal fan accelerators hat ûntwikkele stadich. It ferskynde synchrotron en synchrotron.

Yn de skiednis fan miskien wol de meast entertaining wie de perioade fan 1956 oant 1957 jier. Op it stuit, Sovjet wittenskip, benammen natuerkunde, net lag achter frjemde bruorren. Mei help fan de boeking jierrenlange ûnderfining, de Sovjet natuerkundige namme Vladimir Veksler makke in trochbraak yn de wittenskip. Se binne de machtichste synchrotron op 'e tiid waard makke. Its working kapasiteit wie 10 GeV (10 miljard elektron volts). Nei dizze ûntdekking is al makke earnstige foarbylden fan accelerators: Large Electron-positron Collider, in accelerator Swiss, Dútslân, de Feriene Steaten. Se hawwe allegear ien mienskiplike doel - de stúdzje fan de fûnemintele dieltsjes fan kwarks.

De Large Hadron Collider waard makke yn it earste plak troch de ynspannings fan de Italjaanske natuerkundige. En syn namme wier Carlo Rubbia, Nobelpriis laureate. Tidens syn aktiviteit Rubbia wurke as direkteur by de Europeeske Organisaasje foar Nuclear Research. Der waard besletten om te bouwen en rinne de LHC stiet op-site ûndersyk sintrum.

Where Hadron Collider?

Collider pleatst op de grins tusken Switserlân en Frankryk. Lingte fan syn omtrek is 27 kilometer, en sa wurdt it neamd grut. accelerator ring giet werom 50 oant 175 meter. De magneet 1232 wurdt ynsteld Collider. Se wurde superconducting, wat betsjut men kin ûntwikkelje in maksimale fjild foar fersnelling, sûnt de enerzjylêsten fan sokke magnets binne hast ôfwêzich. De totale gewicht fan eltse magneet is 3,5 ton op in lingte fan 14,3 meter.

Lykas eltse fysyk foarwerp, de Large Hadron Collider generearret waarmte. Dêrom is it nedich om hieltyd cool. Foar dit doel, temperatuer wurdt hanthavene om 1.7 K mei help fan 12 miljoen liter floeibere stikstof. Boppedat, floeiber helium (700.000 liter) wurdt brûkt foar koeling, en vooral - de druk brûkt wurdt, dat is tsien kear leger as de normale atmosfearyske druk.

Temperatuer 1.7 K centigrade is -271 graden. Sa'n temperatuer is hast ticht nei absolute nulpunt. Absolút nul hjit de leechste mooglike limyt, dy't mooglik hawwe in fysike lichem.

It binnenste diel fan de tunnel is net minder nijsgjirrich. Der binne niobium-titanium superconducting kabel mei mooglikheden. Harren lingte is 7600 kilometer. De totale gewicht is 1.200 ton kabels. It ynterieur fan de kabel - in knoop fan triedden 6300 mei in totale ôfstân fan 1,5 miljard kilometer. Dit lingte is gelyk oan 10 astronomyske ienheden. Bygelyks, de ôfstân fan 'e ierde oant de sinne is 10 sokke ienheden.

As wy prate oer syn geografyske lokaasje, kin sein wurde dat it Collider ringen lizze tusken de stêden fan Saint-Genis en Forno Voltaire leit oan de Frânske kant, krektas Marin en Vessurat - mei de Switserske kant. Lytse ring, neamd PS, rint lâns de grins fan de diameter.

De raison d'être

Om antwurd op de fraach "wat is de LHC", jo moatte de nei de wittenskippers. In protte wittenskippers sizze dat it is de grutte útfining foar de hiele perioade fan it bestean fan 'e wittenskip, en dat wittenskip sûnder it, dat is bekend foar ús hjoed, krekt gjin sin. It bestean en de lansearring fan de Large Hadron Collider binne ynteressant yn dat de botsing fan dieltsjes yn de LHC is in eksploazje. Alle fine dieltsjes forsilje yn ferskillende rjochtingen. Om foarmje nije dieltsjes, wat kin ferklearje it bestean en de betsjutting fan in soad.

De earste ding dat wittenskippers hawwe besocht te finen dizze dieltsjes ferûngelokke - it wurdt teoretysk foarsein troch natuerkundige Peter Higgs elementary dieltsje neamd de "Higgs boson". Dit prachtige dieltsje is in drager is fan ynformaasje, wurde beskôge. Dochs hjit in "dieltsje God". It iepenjen fan it soe bewege wittenskippers te begripen it hielal. Dêrby moat opmurken wurde dat yn 2012, 4 july, Hadron Collider (start is foar in part slagge) te helpen finen in fergelykbere dieltsje. Oant datum, wittenskippers besykje te studearjen it yn detail.

Hoe lang wil ...

Fansels, de fraach fuortendaliks ûntstiet, wêrom binne wittenskippers sa lang te bestudearjen dizze dieltsjes. As jo in apparaat, kinne jo rinne, en alle tiid om te sjitten mear en mear gegevens. It feit dat it wurk fan de LHC - is it in djoere genot. Ien launch kostet in grutte som. Bygelyks, de jierlikse enerzjy ferbrûk is gelyk oan 800 miljoen. KW / h. Dit bedrach fan enerzjy fortarde de stêd mei in befolking fan sa'n 100 tûzen. De minske, by de gemiddelde noarmen. Dit binne eksklusyf ûnderhâld kosten. In oare reden - is dat de LHC eksploazje dat optreedt as pitting de protoanen bûn te produsearje in grutte folume fan gegevens: in kompjûter-lêsber ynformaasje sadat de ferwurking kostet in soad tiid. Ek nettsjinsteande it feit dat de krêft fan kompjûters dy't krije de ynformaasje, ek grut troch de hjoeddeiske noarmen.

In oare reden - it is net minder bekende tsjustere matearje. Wittenskippers wurkje mei Collider yn dizze rjochting, fersekere dat it sichtber berik fan it universum is mar 4%. Oannomd wurdt dat de rest - it is donker saak en tsjustere enerzjy. Bearjendewei besiket om te bewizen dat dizze teory korrekt is.

Hadron Collider: foar of tsjin

Doch foaren de teory fan de tsjustere matearje neamd set fraachtekens by de feiligens fan it bestean fan de LHC. De fraach ûntstienen: "Hadron Collider: foar of tsjin?" Hy waard besoarge protte wittenskippers. Alle grutte koppen fan 'e wrâld wurde ferdield yn twa kategoryen. "Tsjinstanners" hawwe oandroegen in nijsgjirrige teory dat as sa'n stof bestiet, dan is it moat wêze syn tsjinoerstelde dieltsje. En de botsing fan dieltsjes yn de accelerator ferskynt donkerder part. Der wie in risiko dat it tsjustere diel en it diel dat wy sjogge gesicht. Dan soe liede ta de dea fan it hielal. Lykwols, neidat de earste start LHC dizze teory is in part brutsen.

Neist in belang komt in eksploazje fan it hielal, of leaver - de berte. Der wurdt fan útgien dat de botsing waar te nimmen hoe't it hielal him yn de earste sekonden fan bestean. De wize hja seach nei de oarsprong fan de oerknal. Der wurdt fan útgien dat it dieltsje botsing proses is in soad op de iene dat wie oan it begjin fan 'e berte fan it hielal.

Op syn minst in oare fabulous idee dêr't wittenskippers kontrolearre - it is eksoatyske modellen. It liket te leauwen, mar der is in teory dy't suggerearret dat der ek oare diminsjes en universums lykas ús de minske. En gek genôch, de accelerator en binne by steat om te helpen.

Simply set, it doel fan it bestean fan 'e accelerator is om te begripen wat it universum is, hoe't it wie makke, om te bewizen of weerlezen alle besteande teory fan dieltsjes en besibbe ferskynsels. Fansels, it soe jierren duorje, mar by eltse start, nije ûntdekkingen dy't omsmiten de wrâld fan wittenskip.

Feiten oer it accelerator

Elk wit dat de accelerator accelereert dieltsjes oant 99% fan de snelheid fan it ljocht, mar net folle minsken witte dat it persintaazje is gelyk oan 99,9999991% fan de snelheid fan it ljocht. Dit amazing figuer makket gefoel fanwege de perfekte design en krêftige magnets verhaasten. Wy moatte ek derom wat fan 'e minder bekende feiten.

De oantallen produsearre yn de botsing fan dieltsjes yn fersnelling

It oantal protoanen yn in stel	oant 100 Bln. (1011)
oantal bunches	to 2.808
It oantal passing proton lizzers yn de detektor sône	oant 31 miljoen. twadde sônes 4
It oantal dieltsje collisions op de krusing	to 20
Volume per botsing data	oer 1.5 MB
Hoemannichten dieltsjes Higgs	1 bit elke 2.5 sekonden (by folsleine yntinsiteit fan de bondel en yn oerienstimming mei bepaalde ûnderstellings oer de eigenskippen fan de dieltsjes Higgs)

Sirka 100 miljoen. Streams fan gegevens dy't komme út elk fan de twa wichtichste Detectors kinne yn in kwestje fan sekonden te foltôgjen mear as 100.000 CDs. Yn mar ien moanne it tal skiven hawwe berikt sa'n hichte dat at se lizzen yn 'e steapel, it soe wêze genôch om de moanne. It waard dêrom besletten net te sammelje alle gegevens dy't komme út de Detectors, mar allinnich dyjingen, dy't binne tastien om de gegevens kolleksje systeem, dy't yn feite wurket as in filter foar de gegevens. Der waard besletten om te nimmen mar 100 foarfallen dy't barde op it momint fan de eksploazje. Recorded dizze barren sil nei argyf de data sintrum fan de LHC systeem, dat leit oan de Europeeske Laboratorium voor Deeltje Natuerkunde, dy't is ek it plak fan it accelerator posysje. Der wurdt gebrûk makke fan de foarfallen dy't binne opnommen, en dyjingen dy't fertsjintwurdigje de wittenskiplike mienskip it grutste belang.

aftertreatment

Nei opname hûndert kilobytes fan gegevens wurde ferwurke. Foar dit doel, mear as twa miljoen kompjûters leit yn CERN. It doel fan dy kompjûters is it ferwurkjen fan rauwe gegevens en de foarming fan harren basis, dat sil wêze nuttich foar fierdere analyse. Fierder generated data stream sil jo rjochtsje oan in kompjûter netwurk GRID. Dit online netwurk ferbynt tûzenen kompjûters dy't hjir festige yn ferskillende ynstituten om 'e wrâld, bynt mear as ien hûndert grutte kearnen, dy't lizze op trije kontininten. Alle sokke punten binne ferbûn mei CERN brûkend optyske fezels - Foar maksimale Datenrate.

It praten fan de feiten, is it nedich om op te neamen ek oer de struktuer fan it fysike yndikatoaren. Tunnel accelerator is in ôfwiking fan 1,4% fan de horizontale fleanmasine. Dat waard dien yn it earste plak te setten it grutste part fan 'e accelerator tunnel yn monolithic rock. Dus de djipte fan pleatsing oan 'e tsjinoerstelde kanten binne oars. As wy útgeane fan it marke, dat leit flakby Genêve, de djipte is 50 meter. It tsjinoerstelde diel hat in djipte fan 175 meter.

De nijsgjirrich ding is dat Lunar fazen beynfloedzje de accelerator. It soe lykje as in fiere foarwerp kin hannelje op in ôfstân. Mar it wurdt opmurken dat by in folle moanne, doe't der in surge grûn yn de Genève gebiet, rising troch safolle as 25 sintimeter. Dat hat ynfloed op de lingte fan 'e Collider. Lingte dêrby incremented troch 1 millimeter, en de bondel enerzjy wurdt feroare troch 0,02%. Sûnt de enerzjy fan de bondel kontrôle moat wurde holden oant 0,002%, de ûndersikers moatte rekken hâlden mei dit fenomeen.

Ek nijsgjirrich is dat de Collider tunnel hat de foarm fan in octagon stee fan in sirkel, as in soad binne. Angelen foarme fan koarte stikken te brekken. Se wurde regele fêste Detectors en it systeem dat beheart it versnelde dieltsje beam.

bouwurk

Hadron Collider, de lansearring fan hokker ferbûn is mei in soad fan 'e details en de opwining fan wittenskippers - in Amazing apparaat. Alle accelerator bestiet út twa ringen. Lytse ring neamd proton synchrotron of, te brûken ôfkoartings - PS. Large ring - Super Proton Synchrotron, of SPS. Tegearre de twa ringen tastean de disperse diel oant 99,9% de ljochtsnelheid. Sa Collider nimt ta en de enerzjy fan de protoanen, tanimmende harren totale enerzjy fan 16 kear. Ek lit de dieltsjes gearfoegje mei inoar likernôch 30 Mill. Tiid / s. foar 10 oeren. 4 grutte Detectors wurdt krije op syn heechst 100 terabytes fan digitale gegevens per sekonde. Untfang gegevens fanwege yndividuele faktoaren. Bygelyks, se kinne detect elemintêre dieltsjes, dy't hawwe in negative elektryske lading, en hawwe in heal-spin. Sûnt dy dieltsjes binne ynstabyl, dan rjochtsje harren detection ûnmooglik is mooglik te spoaren allinne harren enerzjy wurde ynfoege, op in bepaalde hoeke oan 'e beam as. Dy stap hjit in earste trigger nivo. Dizze stap wurdt folge troch mear as 100 bysûndere data kaarten, dy't wurde yntegrearre yn de logika útfiering. Dit diel wurdt karakterisearre yn dat yn ûntfangst fan gegevens is in seleksje fan mear as 100 tysyach data blokken yn ien sekonde. Dan, dizze gegevens wurde brûkt foar de analyze, dy't ûntstiet mei help fan in hegere-nivo meganisme.

Sikh Systemen, oarsom, krije ynformaasje fan alle detektor flow. Software detector aktyf yn it netwurk. Dêr sil in grut tal kompjûters te ferwurkjen lettere gegevens blokken, de trochsneed tiid tusken de blokken fan - 10 microseconds. Programma 's sille moatte meitsje in skaaimerk fan dieltsjes, oerienkomme mei de orizjinele punt. It resultaat is in samling gegevens foarme besteande út ympuls, enerzjy, en oare paad dy't ûntstie yn ien evenemint.

accelerator parts

Alle accelerator kinne ûnderferdield wurde yn 5 wichtichste dielen:

1) it elektron-positron accelerator Collider. It diel is sa'n 7 tysyach magnets mei superconducting eigenskippen. Mei harren bart troch it annular rjochting fan de bondel tunnel. En ek hja rjochtsje in beam yn ien stream waans breedte nimt ôf oan 'e breedte fan ien hier.

2) Compact muon solenoid. Dit detektor is ûntwurpen foar algemiene doel. Yn sa'n detektor binne sykjen nei nije ferskynsels en, bygelyks, sykje foar de Higgs dieltsje.

3) Detector LHCb. De betsjutting fan dit apparaat is te sykjen nei kwarks en de dieltsjes it ferset tsjin har - antiquarks.

4) De toroidal ynstallaasje Atlas. Dit detektor is ûntwurpen foar fixatie fan de muons.

5) Alice. Dit detektor vangt colliding lead ioanen, en proton-proton collisions.

Swierrichheden mei de LHC

Nettsjinsteande it feit dat de oanwêzigens fan hege technology elimineert de mooglikheid fan flaters yn 'e praktyk is alles oars. Tidens in fertraging, en ek de falen tiid fan de accelerator gearkomste. Ik moat sizze dat dit ûnferwachte sitewaasje wie net. It apparaat befettet in soad nuânses en freget sa'n presyzje dat wittenskippers ferwachtsje ferlykbere resultaten. Bygelyks, ien fan 'e problemen dy't tsjinoer de wittenskippers ûnder lansearring - de wegering fan de magneet, dy't him rjochte balken fan de protoanen fuortendaliks foar de oanfarring. Dit earnstich ûngelok waard feroarsake troch de ferneatiging fan de berch as gefolch fan it ferlies fan superconducting magneet.

Dit probleem ûntstienen yn 2007. Om't dêrfan, it startskot fan de Collider útsteld ferskate kearen, en yn juny de lansearring barde, hast in jier Collider noch begûn.

De lêste lansearring fan it Collider wie suksesfol, it gearbringt protte terabytes fan gegevens.

Hadron Collider, de lansearring fan dat barde op 5 april 2015, mei sukses wurket. Yn de moanne balken sille jeien om 'e ring, stadichoan tanimmende macht. De doelstellings foar de stúdzje as sadanich, nee. botsing energie balken wurdt ferhege. De wearde fan de lift fan 7 oant 13 TeV TeV. Dy stiging sil tastean om te sjen nije kânsen yn 'e botsing fan dieltsjes.

Yn 2013 en 2014. wiene serieus technyske ynspeksjes tunnels, accelerators, Detectors en oare apparatuer. It resultaat wie 18 Kalman enkelit magnets wurde superconducting funksje. Dêrby moat opmurken wurde dat it totale oantal fan harren is 1232 stikken. Lykwols, de oare magneten hawwe net gien ûngemurken. Oars wy ferfange it systeem fan beskerming tsjin koeling del, Put ferbettere. Ek ferbettere de koelend systeem fan magneten. Dat kinne se te bliuwen by lege temperatueren, mei maksimum macht.

As alles goed giet, de folgjende lansearring fan de accelerator sil plakfine pas nei trije jier. Troch dizze perioade wurde ynroastere PLANNED wurk te ferbetterjen, it technysk ûndersyk fan de Collider.

Dêrby moat opmurken wurde dat de reparaasje kostet in penny, sûnder sjoen de kosten. Hadron Collider, lykas fan 2010 hat in wearde gelyk oan 7,5 Bln. Euro. Dizze figuer toant it hiele projekt op it earste plak yn de list fan de meast djoere projekten yn de skiednis fan de wittenskip.

resinte nijs

Hadron Collider, de lansearring fan dat barde nei it skoft, wie suksesfol. Nijsgjirrige gegevens waarden sammele. Bygelyks, bewiis waard presintearre dat it moderne idee fan it korrekte dieltsjes. Dat is mooglik makke tanksij de goede wurking fan de CMS- en LHCb Detectors. Dy Detectors decay BS fongen troch twa meson, dat is Direct bewiis houlikstrou moderne teoryen.

It is de muoite wurdich freget de fraach, hoe is it bewiis fan dizze teory. Ien manier - dit is de ynname fan nije dieltsjes. Dat is, as in oanriding sil nije elemintêre dieltsjes, wat betsjut dat de moderne teory moat wurde.

Wittenskippers rjochte oandacht op it dieltsje omdat it kin sjen litte, of op syn minst iepenje de doar yn 'e rjochting fan supersymmetry. Dit is in goed begjin foar fierdere stúdzje en wurk yn it Sintrum foar Wittenskiplik Undersyk yn Genêve.

Wat is de folgjende?

Nei besite oan barre folgjende modernisearring fan it Collider wurdt tasked mei fierdere stúdzje fan dieltsjes. Yn it bysûnder, dan sil it nedich wêze om te learen mear oer it Higgs boson. Nettsjinsteande it feit dat foar dizze ûntdekking waard bekroane mei de Nobelpriis, net allegear fan syn eigenskippen folslein begrepen en bewiisd. Dêrom, wittenskippers hawwe in lang en dreech wurk oan 'e stúdzje fan dit Amazing dieltsjes.

Dêrneist moatte jo trochgean oan it wurk te bewizen of weerlezen de teory fan supersymmetry. Hoewol't it liket in bytsje fantastysk, mar it hat in rjocht om te bestean. Net tinke dat alle omtinken wurdt jûn allinnich nei it earste nûmer fan belang foar elk projekt hat syn eigen team fan wittenskippers dy't wurkje op dit mêd.

Fansels, dit is net alle taken dy't moatte oanpakt wurde oan wittenskippers. Mei eltse nije terabyte fan ynformaasje krigen in list fan fragen aloan oanfolle, en harren antwurden kinne opsocht wurde troch de jierren hinne.