Lielais hadronu pretkūļu paātrinātājs
Lielais hadronu paātrinātājs (LHC) ir pasaulē lielākais un jaudīgākais daļiņu paātrinātājs. To uzbūvēja Eiropas Kodolpētniecības organizācija (CERN). Tas ir milzīgs apaļš tunelis, kas izbūvēts pazemē. Tuneļa garums ir 17 jūdzes (27 kilometri), un tas atrodas 50 līdz 175 metru dziļumā zem zemes. Tas atrodas zem Šveices un Francijas robežas. Šī projekta īstenošanā kopā strādāja 10 000 zinātnieku un inženieru no vairāk nekā 100 dažādām valstīm, un tā būvniecība izmaksāja 10,4 miljardus Šveices franku (10 miljardus ASV dolāru). Tagad tā ir lielākā un sarežģītākā eksperimentālā pētniecības iekārta pasaulē.
Kā norāda tā nosaukums, pētījumi LHC ir saistīti ar hadronu sadursmēm. Hadrons ir daļiņa, kas sastāv no vairākiem kvarkiem, kurus kopā satur subatomāri spēcīgais spēks. Protoni un neitroni ir hadronu piemēri. LHC eksperimentos galvenokārt izmanto protonu sadursmes. Protoni ir atomu daļas ar pozitīvu lādiņu. LHC šos protonus paātrina caur tuneli, līdz tie sasniedz gandrīz gaismas ātrumu. Dažādi protoni caur tuneli tiek virzīti pretējos virzienos. Kad tie saduras, tie rada apstākļus, kas līdzīgi agrīnā Visuma apstākļiem.
LHC mēģina pētīt elementārdaļiņas un to mijiedarbības veidus. Pētnieki to ir izmantojuši, lai uzzinātu vairāk par kvantu fiziku, un viņi cer uzzināt daudz vairāk par telpas un laika struktūru. Novērojumi, ko pētnieki spēj veikt, var palīdzēt mums uzzināt, kāds varētu būt bijis Visums milisekundes pēc lielā sprādziena.
Lielā hadronu paātrinātāja karte CERN
Kā tas darbojas
LHC jonizē ūdeņraža atomus, lai iegūtu to protonus. Ūdeņraža atomu veido tikai viens protons un viens elektrons. Jonizējot atomu, tiek atņemts viens elektrons, lai atoms iegūtu pozitīvu neto lādiņu. Pēc tam ūdeņraža protonus caur apli virza elektromagnēti. Lai magnēti būtu pietiekami spēcīgi, tam jābūt ļoti aukstam. Tuneļa iekšpusi atdzesē ar šķidro hēliju. Tie uztur temperatūru nedaudz virs absolūtās nulles. Protoni cits citu satriec ar ātrumu, kas ir tuvu gaismas ātrumam, un pārvēršas enerģijā, izmantojot E=mc2. Pēc tam tas mainās un rada masu. Sadursmes vietā ir četri detektoru slāņi. Sprādziens iet cauri katram slānim, un katrs detektors reģistrē atšķirīgu reakcijas posmu.
Daļiņām saduroties, to enerģija pārvēršas daudzās dažādās daļiņās, un jutīgi detektori seko līdzi radītajām daļiņām. Rūpīgi aplūkojot detektoru datus, zinātnieki var izpētīt, no kā daļiņas sastāv un kā tās mijiedarbojas. Tas ir vienīgais veids, kā atklāt dažas daļiņas, jo, lai tās radītu, ir vajadzīga ļoti liela enerģija. LHC daļiņu sadursmēm ir vajadzīgā enerģija.
LHC ir trīs galvenās daļas. Tas ir daļiņu paātrinātājs, četri detektori un režģis. Paātrinātājs rada sadursmi, bet rezultātus nevar tieši novērot. Detektori pārvērš tos izmantojamos datos un nosūta tos uz Grid. Grid ir datortīkls, ko pētnieki izmanto datu interpretācijai. Tīklā ir 170 vietas 36 dažādās valstīs, kurās ir parastie galddatori. Visi šie datori ir savienoti, un kopā tie darbojas kā superdators. LHC Grid tiek uzskatīts par visjaudīgāko superdatoru, kāds jebkad būvēts. Datori kopīgi izmanto skaitļošanas jaudu un datu glabāšanas vietu.
Režģis ir ļoti jaudīgs, taču tas spēj uztvert tikai aptuveni vienu procentu no datiem, ko tas saņem no detektoriem. Tās ierobežojumi ir motivējuši mēģinājumus radīt kvantu datorus, kas varētu izmantot LHC iegūto informāciju par kvantu mehāniku, lai radītu ātrākus datorus.
Zinātnieki izmantoja LHC, lai atrastu Higsa bozonu - daļiņu, kuras pastāvēšanu paredz standarta modelis.
Daži cilvēki domāja, ka LHC varētu radīt melno caurumu, kas būtu ļoti bīstami. Ir divi iemesli, kāpēc nevajadzētu uztraukties. Pirmais ir tas, ka LHC nav izdarījis neko tādu, ko neizdara kosmiskie stari, kas katru dienu krīt uz Zemes, un šie stari nerada melnos caurumus. Otrais iemesls ir tas, ka, pat ja LHC radītu melnos caurumus, tie būtu ļoti mazi. Jo mazāks ir melnais caurums, jo īsāks ir tā mūžs. Ļoti mazi melnie caurumi izgarotu, pirms tie varētu kaitēt cilvēkiem.
LHC pirmo reizi tika izmantots 2008. gada 10. septembrī, taču tas nedarbojās, jo salūza dzesēšanas sistēma. Magnētiem, kas palīdz pārvietot lādētās daļiņas, jābūt aukstiem. Šī kļūme izraisīja iekārtas daļas sabrukumu. Laboratorija tika slēgta uz ziemu, un paātrinātājs atkal tika izmantots tikai 2009. gada novembrī. Kamēr tas tika remontēts, zinātnieki izmantoja Tevatronu, lai meklētu Higsa bozonu. Kad 2009. gada novembrī LHC atkal iedarbināja, tas uzstādīja jaunu ātruma rekordu, paātrinot protonus līdz 1,18 TeV (teraelektronvoltu jeb triljonu elektronvoltu). 2010. gada 30. martā LHC radīja sadursmi ar 3,5 TeV.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Lielais hadronu paātrinātājs (LHC)?
A: LHC ir pasaulē lielākais un jaudīgākais daļiņu paātrinātājs. To ir uzbūvējusi Eiropas Kodolpētniecības organizācija CERN, un tas ir milzīgs apaļš tunelis, kas izbūvēts pazemē.
J: Kur atrodas LHC?
A: LHC atrodas tieši zem Šveices un Francijas robežas, 27 kilometrus garais tunelis atrodas 50-175 metrus zem zemes.
J: Kas strādāja pie projekta?
A: Lai izveidotu šo projektu, kopā strādāja 10 000 zinātnieku un inženieru no vairāk nekā 100 valstīm.
J: Cik izmaksāja tā būvniecība?
A: Projekts izmaksāja 10,4 miljardus Šveices franku (10 miljardus ASV dolāru).
J: Kādas daļiņas tiek izmantotas LHC eksperimentos?
A: LHC eksperimentos galvenokārt tiek izmantoti protoni. Protoni ir pozitīvi uzlādētas atomu daļas, kas tiek paātrinātas caur tuneli, līdz sasniedz gandrīz gaismas ātrumu.
J: Ko zinātnieki cer uzzināt, izmantojot šo iekārtu? A: Zinātnieki cer uzzināt vairāk par kvantu fiziku un gūt ieskatu par to, kāda bija telpa un laiks milisekundes pēc Lielā sprādziena.
