CERN PARçACIK HIZLANDIRICISI NEDIR?

Send

Ya Evrenin dayandığı temel yapı taşlarını gözlemlemek mümkün olsaydı? Problem değil! İhtiyacınız olan tek şey büyük bir parçacık hızlandırıcısı, iki ülke arasındaki sınırı geçecek kadar büyük bir yeraltı tesisi ve parçacıkları birbirlerini yok edecekleri noktaya hızlandırabilme - daha sonra bir seri ile gözlemleyebileceğiniz enerji ve kütleyi serbest bırakma özel monitörlerin.

Şansın sahip olacağı gibi, böyle bir tesis zaten var ve CERN Parçacık Hızlandırıcı olarak da bilinen CERN Büyük Hardron Çarpıştırıcısı (LHC) olarak biliniyor. Yaklaşık 27 kilometre çevre ölçüsünde ve İsviçre'nin Cenevre yakınlarındaki yüzeyin derinliklerinde yer alan, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısıdır. Ve CERN anahtarı çevirdiğinden, LHC Evrenin daha derin gizemlerine ciddi bir ışık tuttu.

Amaç:

Çarpıştırıcılar, tanımı gereği, yönlendirilmiş iki parçacık demetine dayanan bir parçacık hızlandırıcı türüdür. Parçacıklar bu cihazlarda çok yüksek kinetik enerjilere hızlandırılır ve daha sonra birbirleriyle çarpışmak üzere yapılır. Bu çarpışmaların yan ürünleri daha sonra atomaltı dünyanın yapısını ve onu yöneten yasaları belirlemek için bilim adamları tarafından analiz edilir.

Çarpıştırıcıların amacı, başka türlü doğada bulunmayacak parçacık yan ürünleri üretmek için yüksek enerjili çarpışma türlerini simüle etmektir. Dahası, bu tür parçacık yan ürünleri çok kısa bir süre sonra bozunur ve normal şartlar altında çalışmak zor ya da neredeyse imkansızdır.

Hadron terimi, güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulan kuarklardan oluşan, partikül etkileşimini yöneten dört kuvvetten biri olan (diğerleri zayıf nükleer kuvvet, elektromanyetizma ve yerçekimi) kompozit parçacıkları ifade eder. En iyi bilinen hadronlar baryonlardır - protonlar ve nötronlar - fakat aynı zamanda bir kuark ve bir antiquarktan oluşan mezonlar ve kararsız parçacıkları içerir.

Tasarım:

LHC, proton veya kurşun iyonları olmak üzere iki “hadron” ışını dairesel aparatının zıt yönlerinde hızlanarak çalışır. Hadronlar çok yüksek enerji seviyelerine ulaştıktan sonra çarpışırlar ve ortaya çıkan parçacıklar analiz edilir ve incelenir. 27 km (17 mi) çapında ve 50 ila 175 m (164 ila 574 ft) derinlikte dünyanın en büyük yüksek enerjili hızlandırıcısıdır.

Çarpıştırıcıyı barındıran tünel 3.8 metre (12 ft) genişliğindedir ve daha önce Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (1989 ve 2000 arasında çalışan) için kullanılıyordu. Bu tünel, her biri halka etrafında zıt yönlerde hareket eden bir ışın içeren dört noktada kesişen iki bitişik paralel ışın çizgisi içerir. Işın 1.232 dipol mıknatıs tarafından kontrol edilirken, ışınları odaklanmış tutmak için 392 dörtlü mıknatıs kullanılır.

Toplamda yaklaşık 10.000 süper iletken mıknatıs kullanılır, bunlar -271.25 ° C (-456.25 ° F) çalışma sıcaklığında tutulur - bu sadece mutlak sıfırdan utangaçtır - yaklaşık 96 ton sıvı helyum-4. Bu aynı zamanda LHC'yi dünyanın en büyük kriyojenik tesisi haline getirir.

Proton çarpışmaları yapılırken, işlem doğrusal parçacık hızlandırıcısı (LINAC 2) ile başlar. LINAC 2 protonların enerjisini arttırdıktan sonra, bu parçacıklar Proton Synchrotron Booster (PSB) içine enjekte edilir, bu da onları yüksek hızlara hızlandırır.

Daha sonra Proton Synchrotron'a (PS) ve daha sonra ana hızlandırıcıya enjekte edilmeden önce daha da hızlandıkları Süper Proton Senkrtronuna (SPS) enjekte edilirler. Orada proton salkımları biriktirilir ve 20 dakikalık bir sürede pik enerjilerine hızlandırılır. Son olarak, dört kavşak noktasında çarpışmaların meydana geldiği 5 ila 24 saatlik bir süre boyunca dolaşırlar.

Daha kısa çalışma periyotları sırasında ağır iyon çarpışmaları (tipik olarak kurşun iyonları) programa dahil edilir. Kurşun iyonları ilk önce doğrusal hızlandırıcı LINAC 3 ile hızlandırılır ve Düşük Enerji İyon Halkası (LEIR) bir iyon depolama ve soğutucu ünitesi olarak kullanılır. İyonlar daha sonra LHC halkasına enjekte edilmeden önce PS ve SPS tarafından daha da hızlandırılır.

Protonlar ve kurşun iyonları çarpışırken, yan ürünlerini taramak için yedi dedektör kullanılır. Bunlara A Toroidal LHC Cihazları (ATLAS) deneyi ve her ikisi de birçok farklı tipte atomaltı parçacıkları görmek için tasarlanmış genel amaçlı dedektörler olan Kompakt Muon Solenoid (CMS) dahildir.

Daha spesifik A Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi (ALICE) ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı güzellik (LHCb) dedektörleri var. ALICE, aşırı enerji yoğunluklarında güçlü etkileşime giren maddeleri inceleyen bir ağır iyon detektörü iken, LHCb parçacıkların bozulmasını kaydeder ve bozulmalarının ürünlerinden b ve anti-b kuarkları filtrelemeye çalışır.

Daha sonra üç küçük ve son derece uzmanlaşmış dedektör var - toplam kesiti, elastik saçılımı ve kırınım süreçlerini ölçen TOTal Elastik ve kırınım kesiti Ölçümü (TOTEM) deneyi; manyetik monopolleri veya masif (yalancı) kararlı yüklü parçacıkları araştıran Monopole ve Exotics Detector (MoEDAL); ve astropartikülleri (kozmik ışınlar) izleyen büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHCf).

Operasyon Tarihi:

Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (veya Avrupa Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi) anlamına gelen CERN, 29 Eylül 1954'te on iki batı Avrupa imzası ülkesi tarafından kuruldu. Konseyin temel amacı Cenevre'de nükleer çalışmaların yapılacağı bir parçacık fiziği laboratuvarının oluşturulmasını denetlemekti.

Yaratılışından kısa bir süre sonra laboratuvar bunun ötesine geçti ve yüksek enerjili fizik araştırmalarını da yapmaya başladı. Yirmi Avrupa üye ülkesini de içerecek şekilde büyüdü: Fransa, İsviçre, Almanya, Belçika, Hollanda, Danimarka, Norveç, İsveç, Finlandiya, İspanya, Portekiz, Yunanistan, İtalya, İngiltere, Polonya, Macaristan, Çek Cumhuriyeti, Slovakya , Bulgaristan ve İsrail.

LHC'nin inşası 1995 yılında onaylanmış ve başlangıçta 2005 yılına kadar tamamlanması amaçlanmıştır. Bununla birlikte, maliyet aşımları, bütçe kesintileri ve çeşitli mühendislik zorlukları tamamlanma tarihini 2007 yılının Nisan ayına kadar itmiştir. LHC ilk kez 10 Eylül 2008'de çevrimiçi oldu, ancak çarpışmanın anahtar bileşenlerinin çoğunda (süper iletken mıknatıslar gibi) büyük hasara neden olan bir kazadan sonra ilk test 14 ay ertelendi.

20 Kasım 2009'da LHC tekrar çevrimiçi hale getirildi ve İlk Çalışması 2010'dan 2013'e kadar sürdü. Bu çalışma sırasında, 4 teraelektronvolt (4 TeV) ve 2,76 TeV enerjisinde iki karşıt proton ve kurşun çekirdeği çarpıştı. sırasıyla nükleon. LHC'nin temel amacı, yüksek enerjili parçacıklar arasındaki çarpışmalar meydana geldiğinde, Big Bang'den hemen sonra koşulları yeniden yaratmaktır.

Büyük Keşifler:

İlk Çalışması sırasında LHC keşifleri, 4 Temmuz 2012'de ilan edilen Higgs Boson olduğu düşünülen bir parçacığı içeriyordu. Diğer parçacıklara kütle veren bu parçacık, Standart fizik Modelinin önemli bir parçasıdır. . Yüksek kütlesi ve zor doğası nedeniyle, bu parçacığın varlığı sadece teoriye dayanıyordu ve daha önce hiç gözlemlenmemişti.

Higgs Boson'un keşfi ve LHC'nin devam eden operasyonu da araştırmacıların fiziği Standart Modelin ötesinde araştırmasına izin verdi. Bu süpersimetri teorisi ile ilgili testleri de içermektedir. Sonuçlar, belirli parçacık çürümesinin bazı süpersimetri formlarının öngördüğünden daha az yaygın olduğunu, ancak yine de süpersimetri teorisinin diğer versiyonlarının tahminleriyle eşleşebileceğini göstermektedir.

Mayıs 2011'de LHC'de kuark gluon plazmanın (teorik olarak kara deliklerin yanı sıra en yoğun madde) oluştuğu bildirilmiştir. 19 Kasım 2014'te LHCb deneyi, her ikisi de bir dip, bir aşağı ve bir garip kuarktan oluşan iki yeni ağır atom altı parçacığın keşfedildiğini duyurdu. LHCb işbirliği ayrıca ilk çalışma sırasında çok sayıda egzotik hadron, muhtemelen pentakarklar veya tetrakarklar gözlemlemiştir.

2015 yılından bu yana, LHC İkinci Koşusunu yürütmektedir. O zamanlar, Higgs Bozonunun tespitini doğrulamaya ve süpersimetri teorisine ve daha yüksek enerji seviyelerinde egzotik parçacıkların varlığına dair daha fazla araştırma yapmaya adanmıştır.

Önümüzdeki yıllarda, LHC'nin azalan getirilerden muzdarip olmamasını sağlamak için bir dizi yükseltme yapılması planlanmaktadır. 2017-18'de LHC'nin çarpışma enerjisini 14 TeV'a çıkaracak bir yükseltme yapması planlanıyor. Ek olarak, 2022'den sonra, ATLAS dedektörü, Yüksek Parlaklık LHC olarak bilinen nadir süreçleri algılama olasılığını artırmak için tasarlanmış bir yükseltme alacaktır.

LHC Hızlandırıcı Araştırma Programı (LARP) olarak bilinen işbirlikçi araştırma çabası şu anda LHC'nin nasıl daha da geliştirilebileceği konusunda araştırmalar yürütmektedir. Bunların başında ışın akımındaki artışlar ve iki yüksek parlaklık etkileşimli bölgenin ve ATLAS ve CMS dedektörlerinin modifikasyonu gelir.

LHC'nin şimdi ve nihayet gücü kapattıkları gün arasında ne keşfedeceğini kim bilebilir? Şansla, uzayın ve zamanın derin yapısını, kuantum mekaniğinin ve genel göreliliğin kesişimini, madde ve antimadde arasındaki ilişkiyi ve “Karanlık Madde” nin varlığını içerebilecek Evrenin daha derin gizemlerine daha fazla ışık tutacaktır. ”.

CERN ve LHC for Space Magazine hakkında birçok makale yazdık. İşte Higgs Bozonu Nedir ?, Hype Makinesi, CERN Verileri Yeni Bir Parçacık Göstermediğinde, BICEP2 Tekrar Başlıyor? Araştırmacılar Higgs Boson Keşfini Şüphe Ediyorlar, İki Yeni Atomaltı Parçacığı Bulundu, Yeni Bir Parçacık Duyurulacak mı ?, Fizikçiler Belki de Belki Doğanın 5. Keşfinin Olası Keşfini Onaylıyorlar.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, LHC Ana Sayfasına bakın ve işte CERN web sitesine bir bağlantı.

Astronomi Cast de konuyla ilgili bazı bölümler var. Dinle, Bölüm 69: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve Higgs Bozonunu Arayış ve Bölüm 392: Standart Model - Giriş.

Kaynaklar: