0 votes, average: 0,00 out of 50 votes, average: 0,00 out of 50 votes, average: 0,00 out of 50 votes, average: 0,00 out of 50 votes, average: 0,00 out of 5 (0 гласа, средна оценка: 0,00 от максимална 5)
Трябва да сте регистрирани за да оцените
Loading...

ЦЕРН и Големият адронен колайдер

Големият адронен ускорител или Големият адронен колайдер  е най-големият и мощен колайдер (ускорител на частици) в света, който се намира в Европейския център за ядрени изследвания CERN (Centre europeen de recherche nucleaire). Той е предназначен за ускоряване на насрещни снопове протони и тежки йони. Целта на проекта LHC е преди всичко да бъде открит Хигс бозонът — най-важната елементарна частица, предсказана теоретично от стандартния модел (СМ), но все още ненаблюдавана експериментално, а така също и да се търсят физически явления извън рамките на СМ. Планира се да се отдели внимание на изследването на свойствата на W и Z бозоните, на ядрените взаимодействия при свърхвисоки енергии и процесите на раждане и разпад на тежки кварки (b и t).

Ускорителят е предназначен за изследване на реакциите при сблъсък на два потока (лъча) от високоенергетични протони със сумарна енергия, планирана да достигне 14 TeV (14·1012 електронволта, т.е. по 7 TeV за всеки лъч), а така също и на ядра на оловото с енергия 5,5 GeV (5,5·109 електронволта). Колайдерът ускорява лъчите до 99,9999991% от скоростта на светлината, или до 299 792 455 m/s (т.е. само с 3 m/s по-малко от нея).

Разположен е в Европейския център за ядрени изследвания CERN, в тунел с дължина на окръжността 27 km и на дълбочина от 50 до 175 m под френско-швейцарската граница в близост до Женева. Конструкцията съдържа 1624 свръхпроводящи електромагнита, които работят при температура 1,9 K (–271,25 °C). В построяването и експлоатацията му участват повече от 10 000 учени и инженери от 100 страни.

Идеята за проекта LHC се ражда през 1984 г. и е официално одобрена десет години по-късно. Строителството му започва през 2001г., когато е завършен предишният голям ускорител на CERN — електрон-позитронният ускорител LEP (Large Electron-Positron Collider). Големият адронен ускорител е официално открит на 21 октомври 2008г.

Първият тест с ускорителя е извършен на 10 септември 2008. В единия край на тунела е пуснат протонен лъч с дебелина по-малко от човешки косъм и скорост, близка до тази на светлината. На 30 март 2010 година е извършен първият успешен опит с високи енергии, когато са генерирани два протонни лъча, всеки с енергия 3,5 TeV (общо 7 TeV), което поставя началото на изследователската програма. Целта е да се достигнат енергии от 14 TeV.

На 4 юли 2012, говорителите на опитите ATLAS и CMS обявяват, че са открили нова частица с маса 125.3 GeV ± 0.6 GeV, което я прави най-масивната наблюдавана елементарна частица. Новата частица е бозон и е вероятно да е предвидения от Стандартния модел бозон на Хигс. Стандартният модел не предвижда съществуването на други частици, освен бозона на Хигс, и следващите опити в ЦЕРН се очаква да покажат дали новооткритата частица е дълго търсения бозон на Хигс. Учените от ЦЕРН не изключват възможността освен свойствата, предречени от Стандартния модел, новооткритата частица да притежава и други, или пък да не е съвместима с бозона на Хигс, което ще отвори вратите за разработването на физични теории отвъд Стандартния модел.

Европейската организация за ядрени изследвания, съкратено ЕОЯИ или ЦЕРН. Организацията е разположена на границата на Швейцария с Франция, северозападно от Женева. Споразумението за създаването на ЦЕРН е подписано в Париж на 29 юни − 1 юли 1953 г. от представителите на 12 европейски държави. Организацията е основана на 29 септември 1954 г.. Понастоящем броят на страните-членки вече е 20 (съотнесено към 2011 г.). Освен това, някои страни и международни организации имат статут на наблюдатели.

В ЦЕРН постоянно работят приблизително 2500 човека, както и около 8000 физици и инженери от 580 университета и институти, от 85 националности участват в международните експерименти на ЦЕРН и работят там временно. Основната функция на организацията е да осигури поддръжката на няколко ускорителя и друга апаратура, необходими за изследвания в областта на физиката на елементарните частици.

Територията на ЦЕРН се състои от две основни площадки и няколко по-малки. Големият комплекс от сгради включва работни кабинети, лаборатории, производствени помещения, складове, зали за конференции, жилищни помещения, столови. Комплекс е разположен, както на повърхността (старите ускорители Linac, PS), така и под земята на дълбочина около 100 метра (съвременните SPS, LHC).Основната площадка е на територия, намираща се близо до швейцарския град Мейрин (Meyrin), т. нар. обект Meyrin. Друга основна площадка е територията близо до френското градче Превесан-Моен (Prévessin-Moëns) – обект Prévessin. По-малките площадки са разпилени в близките околности по протежение на подземния пръстен, построен за ускорителя LEP.

Годишните вноски на страните участници в ЦЕРН през 2008 г. са в размер на 1075,863 милиона швейцарски франка (около 990 милиона американски долара). World Wide Web стартира първоначално като проект на ЦЕРН, наречен ENQUIRE, иницииран от Тим Бърнърс-Лий през 1989 г.

За да открият най-малките и неуявими частици в ЦЕРН е нужно мощтно оборудване. Има 4 детектора за засичане на частици – The Compact Muon Solenoid (CMS) Той тежи 14.000 тона повече от Айфеловата кула. Това е най бързата и прцизна камаера създавана на земята.

Когато лъчите се сблъскват  в сърцевината на детектора, те създават потоци от суб атомни останки. Милиони елементарни частици. Те съществуват за много малка част от секундата и трябва да ги разпознаем по следите които оставят. За да заснемем сблъсъците вътре тази камера прави 40 милиона отделни снимки всяка секунда с разделителна способност 75 милиона пиксела. Учените се надяват, че тази свръхвисока резолюция ще им разкрие търсеното.

Големият адронен колайдер в ЦЕРН е източник на нови и изключителни резултати във физиката. Статия, публикувана днес 2017г, екипът учени, работещи с детектора LHCb на Големия адронен колайдер обяви откриването на нова система от пет частици, съдържащи чаровни кварки, съобщи phys.org.

Изключителността на това откритие е, че са открити пет нови състояния наведнъж.

Частиците са открити при възбудено състояние – състояние на частиците, при което те има по-висока енергия, отколкото абсолютния им минимум или основно състояние – на една частица, наречена “Омега-си-нула”, Ωc0. Тази Ωc0 е барион, частица с три кварка, съдържаща два “странни” и един “чаровен” кварк. Барионите тежки съставни (не елементарни) частици, сред които са известните ядрени частици неутрон и протон, които изграждат почти цялата материя.

Ωc0 се разпада чрез сблъсък с голямата сила в друг барион, наречен “кси-хиперон-c-plus”, Ξc+ (съдържащ “чаровен”, а “странен” и “горен” кварк) и каон K. Тогава частицата  Ξc+ се разпада на свой ред в протон p, каон K и пион π+.

От анализа на траекториите и загубата на енергия в детектора за всички частици в тази последна конфигурация, екипът на LHCb може да се проследи назад първоначалното събитие – разпада на Ωc0 – – и неговите възбудени състояния. Тези състояния на частиците се именуват според стандартната конвенция, Ωc(3000)0, Ωc(3050)0, Ωc(3066)0, Ωc(3090)0 и  Ωc(3119)0. Числата показват техните маси в мегаелектронволта (MeV), измерени чрез LHCb.

Това откритие стана възможно благодарение на специализираните възможности на детектора LHCb за точно идентифициране на различни видове частици и също благодарение на големия набор от данни, натрупани по време на първото и второто пускане на Големия адронен колайдер. Тези две серии данни позволяват петте възбудени състояния да бъдат идентифицирани с огромно ниво на статистическа значимост – което означава, че откритието не може да е само статистическо отклонение на данните.

Следващата стъпка ще бъде определянето на квантовите числа на тези нови частици – характерни числа, използвани за определяне на свойствата на отделната частица. Това откритие ще допринесе за разбирането на това как трите кварки се обвързват в един барион и се свързват в мултикваркови системи като например тетракварки и пентакварки.

Рекордите Гинес (Guinness World Records) отбелязват 60-тата годишнина от основаването на ЦЕРН, Европейската организация за ядрени изследвания със специално издание на книгата.

По случай този юбилей да си припомним 10 световни рекорди, които Гинес е присъдил на ЦЕРН и Големия адронен колайдер.

1. Големият адронен колайдер (LHC) е най-големият научен инструмент, построен някога. Състои се от 27-километров кръгов тунел под земята на френско-швейцарската граница в близост до Женева Построен е от Европейската организация за ядрени изследвания, като стоежът му започва 1998 г. и завършва септември 2008 г. и има приблизителна цена от 4,6 милиарда швейцарски франка (4,4 милиарда щатски долара).

2. Големият адронен колайдер е и най-големият ускорител на частици, може да сблъска два противоположни снопа протони с изключително високи енергии, а детекторите му да установят резултатите от техните сблъсъци.

3. Големият адронен колайдер е признан от Гинес като най-мощният ускорител, изискващ 120 MW електроенергия и 91 тона течен хелий, за да работи.

4. Протонните лъчи в Големия адронен ускорител могат да се ускорят от магнитите до около една милионна част от един процент от скоростта на светлината. Това означава, че всеки протон ще има около 7 TeV  енергия (7 тера електрон волта), еквивалентни на енергията на седем летящи комара. Заедно, в снопа лъчи, те поставят рекорд за най-високо енергийни частици в ускорител на частици, с енергиен еквивалент на 900 автомобили, движещи с 100 км/ч.

5. За 9 300-те магнити в Големия адронен колайдер са необходими общо 10 080 тона течен азот, за да ги охлади до -193.2 C и още близо 60 тона течен хелий, което ги охлажда допълнително до -271.3 C, което прави LHC най-големият хладилник в света.

6. Големият адронен колайдер е и най-големият вакуумен уред в света. Сноповете частици, които се движат по пръстена на Големия адронен колайдер, трябва да го правят във вакуум, за да се избегнат сблъсъци с газови молекули.

7. Компактният мюонен соленоид (CMS) е един от детекторите с общо предназначение в Големия адронен колайдер. Изграден е около огромен електромагнитен магнит, целият детектор е 21 м, 15 метра широк и 15 м висок и тежи 14 000 тона. Освен работата му по откриването на бозона на Хигс,, той има задача да наблюдава и други аспекти от физиката на високите енергии, включително възможността за допълнителни измерения. В него има повече желязо от Айфеловата кула и се включва в Световните рекорди на Гинес като най-тежкият детектор на частици.

8. В същото време, най-големият свръхпроводящ магнит е тороидалният централен магнит (Barrel), част от детектора Atlas. Състои се от осем магнитни бобини – с дължина 25 м,  5 ​​м ширина и тегло 100 тона. Тестван е за първи път през 2006 г. при експлоатационна температура от -269 ° С и е предназначен да огъне пътеките на частиците, създадени при сблъсъците в Големия адронен колайдер.

9. Едно от първите открития, направени от Големия адронен колайдер стана през ноември 2010 г., когато изследователи от ЦЕРН съобщиха, че са успели да уловят най-голямото засега количество антиводород, 38 атома за около една десета от секундата.

10. На 13 август 2012 учени от Големия адронен колайдер са постигнали най-високата, създадена от човек температура – над 5 000 милиарда K, температура, невиждана от първите мигове след Големия взрив.

В рамките на експеримента ALICE, са ускорени оловни йони до 99 % от скоростта на светлината, за да се създаде кварк-глуонна плазма – екзотично състояние на материята, което се смята, че е изпълвало Вселената малко след Големия взрив.

Сподели