Astazi despre: Large Hadron Collider(LHC)
Large Hadron Collider (engleză pentru „Mare Accelerator de Hadroni”; pe scurt LHC) este un accelerator de particule, construit la Centrul European de Cercetări Nucleare CERN, între Munții Alpi și Munții Jura, lângă Geneva.
Construcția a fost finalizată în mai 2008 și a costat peste trei miliarde de lire sterline. Are o formă de cerc cu circumferința de 27 km, situat la 100 m sub pământ. LHC este considerat cel mai performant accelerator de particule din lume. Scopul LHC este de a explora validitatea și limitările Modelului Standard, modelul teoretic de bază din domeniul fizicii particulelor. Teoretic, acceleratorul ar trebui să confirme existența bosonului Higgs, acoperind elemente lipsă ale Modelului Standard și explicând felul în care particulele elementare capătă anumite proprietăți, cum ar fi masa.
Acceleratorul a fost pus în funcțiune la 10 septembrie 2008. A fost construit în colaborare cu peste opt sute de fizicieni din peste optzeci și cinci de țări precum și în parteneriat cu sute de universități și laboratoare importante. După greutăți tehnice importante a fost repus în funcțiune în noiembrie 2009.
Deși în mass-media au fost exprimate unele temeri referitoare la siguranța experimentului, în comunitatea științifică există un consens despre coliziunile de particule efectuate de LHC, în sensul că ele nu prezintă niciun pericol pentru om/omenire.
Proiectarea
LHC este cel mai mare accelerator de particule din lume, și cel care atinge cele mai mari energii.[1][2] Coliderul se află într-un tunel circular, cu o circumferință de 27 km, aflat la o adâncime între 50–175 m sub pământ.
Tunelul, învelit într-un strat de 3,8 m grosime de beton, construit între 1983 și 1988, a fost folosit anterior ca gazdă pentru Large Electron-Positron Collider.[3] El trece granița dintre Elveția și Franța în patru puncte, o parte mai mare din el aflându-se pe teritoriul Franței. Clădirile de la suprafață adăpostesc echipamente auxiliare, cum ar fi compresoare, echipamente de ventilație, electronica de control și uzine de refrigerare.
Tunelul e compus din două țevi inelare adiacente separate care se intersectează în patru puncte, fiecare țeavă conținând o conductă de protoni. Aceștia se deplasează în tunel în direcții contrare. Aproximativ 1.232 dipoli magnetici păstrează fluxurile pe calea lor circulară, și 392 cuadripoli magnetici sunt utilizați pentru a păstra fluxurile focalizate, pentru a maximiza șansele de interacțiune între particule în cele patru puncte de intersecție a celor două fluxuri. În total sunt instalați peste 1.600 magneți supraconductori, majoritatea cântărind peste 27 tone. Pentru a păstra magneții la temperatura lor de operare de 1,9 K sunt necesare aproximativ 96 tone de heliu lichid, făcând din LHC cea mai mare uzină criogenică la temperatura heliului lichid.
O dată sau de două ori pe zi, în timp ce protonii sunt accelerați de la 450 GeV până la cel mult 7 TeV, câmpurile magnetice ale dipolilor electromagnetici supraconductori sunt mărite de la 0,54 la 8,3 tesla (T). Protonii pot ajunge fiecare până la o energie de 7 TeV, energia totală de coliziune ajungând astfel până la 14 TeV (2,2 μJ). La acest nivel de energie protonii au un factor Lorentz de aproximativ 7.500 și se deplasează cu viteze de 99,999999% din viteza luminii. Durează mai puțin de 90 μs ca un proton să efectueze o tură în jurul inelului principal – viteza sa unghiulară putând atinge 11.000 revoluții pe secundă. Fluxurile nu sunt continue, protonii fiind adunați în 2.808 grupuri sau pachete, astfel încât interacțiunile între două fluxuri să aibă loc la intervale discrete niciodată mai scurte de 25 ns. Totuși, operarea se face cu mai puține grupuri decât era inițial stabilit, intervalul între grupurile de protoni fiind de cel puțin 75 ns.[4]
Înainte de a fi injectate în acceleratorul principal, particulele sunt pregătite de o serie de sisteme care le măresc succesiv energia. Primul sistem este acceleratorul liniar de particule LINAC 2 care generează protoni de 50 MeV, accelerator care alimentează Proton Synchrotron Booster (PSB). Acolo, protonii sunt accelerați până la energii de 1,4 GeV și injectați în Sincrotronul de Protoni (în engleză Proton Synchrotron, PS), unde sunt accelerați până la 26 GeV. În cele din urmă Super Sincrotronul de Protoni (în engleză Super Proton Synchrotron, SPS) este utilizat pentru a crește energia protonilor până la 450 GeV înainte de a fi în final injectați (timp de 20 de minute) în inelul principal. Aici grupurile de protoni sunt acumulate, accelerate (pe o perioadă de 20 minute) până la energia lor maximă, de 7 TeV, și în cele din urmă sunt stocați (păstrați în această stare) timp de 10–24 ore, timp în care au loc coliziunile în cele patru puncte de intersecție.[5]
LHC va fi folosit și pentru a ciocni ioni grei de plumb (Pb) cu o energie de coliziune de 1.150 TeV. Ionii de Pb vor fi accelerați de acceleratorul liniar LINAC 3, iar Inelul Injector de energie joasă (în engleză Low-Energy Injector Ring, LEIR) va fi folosit ca unitate de stocare și răcire a ionilor. Ionii vor fi apoi accelerați de către PS și SPS înainte de a fi injectați în inelul LHC, unde vor atinge o energie de 2,76 TeV pe nucleon.
Detectoare
LHC dispune de șase detectoare; acestea se află sub pământ, în excavații din dreptul punctelor de intersecție ale sale. Două dintre ele, Experimentul ATLAS și Compact Muon Solenoid (CMS), sunt detectoare de particule mari și au roluri generice.[2] A Large Ion Collider Experiment (ALICE) și LHCb au roluri mai specifice, iar ultimele două, TOTEM și LHCf, sunt mult mai mici și sunt folosite pentru cercetări foarte specializate. Sumarul BBC al principalelor detectoare este după cum urmează:[6]
- ATLAS – unul dintre cele două detectoare generice. ATLAS va fi folosit pentru a căuta semne pentru găsirea de informații noi, inclusiv originile masei sau dimensiuni superioare.
- CMS – celălalt detector generic, ca și ATLAS, caută bosonul Higgs și alte indicii cu privire la natura materiei întunecate.
- ALICE – studiază starea de agregare a materiei numită plasmă quark-gluon, care a existat la scurt timp după Big Bang.
- LHCb – La Big Bang au fost create cantități egale de materie și antimaterie. LHCb va încerca să investigheze ce s-a întâmplat cu antimateria acum dispărută.
Securitatea coliziunilor de particule
Experimentele ce vor fi rulate la Large Hadron Collider au declanșat temeri în rândul populației că ciocnirile de particule ar putea crea și fenomene periculoase, cum ar fi găuri negre microscopice și materie stranie care ar pune în pericol Pământul.[19][20] Două analize de siguranță cerute de CERN au examinat aceste temeri și au concluzionat că experimentele de la LHC nu prezintă niciun pericol și că nu există niciun motiv de îngrijorare,[21][22][23] o concluzie susținută și de American Physical Society, a doua organizație de fizicieni din lume ca număr de membri.[24]
Probleme operaționale
Dimensiunile LHC cer o ambiție inginerească excepțională de a rezolva problemele operaționale unice datorate energiilor uriașe stocate în magneți și în fluxurile de protoni.[5][25] În timpul funcționării, energia totală stocată în magneții superconductori este de ordinul a 10 GJ (echivalent cu 2,4 t de TNT), iar energia totală transportată de cele două fluxuri atinge 724 MJ (aproximativ jumătate din energia descărcată printr-un fulger).[26]
Pierderea unei zecimi de milionimi din energia fluxului (1 / 107) este de ajuns pentru a supraîncălzi un magnet superconductor, iar sistemele de absorbție a fluxului trebuie să absoarbă 362 MJ pentru fiecare din cele două fluxuri, o energie echivalentă cu arderea a opt kilograme de petrol. Aceste energii imense sunt și mai impresionante dacă se ia în considerație și cât de puțină materie le transportă: în condiții normale de funcționare (2.808 grupuri pe flux, conținând 1,15×1011 protoni pe grup), țevile conțin numai 1,0×10−9 grame de hidrogen, care, în condiții normale de presiune și temperatură, ar umple volumul unui grăunte de nisip fin.
În cultura populară
Large Hadron Collider a apărut în Îngeri și demoni de Dan Brown, unde era legat de crearea de antimaterie periculoasă la LHC și utilizată ca armă împotriva Vaticanului. CERN a publicat o pagină intitulată „Fapt sau ficțiune?” (în engleză “Fact or Fiction?") care discută acuratețea prezentării din carte a LHC, CERN, și a fizicii particulelor în general.[34] Filmul realizat după carte are imagini filmate chiar la CERN, la unul din experimentele de la LHC; regizorul, Ron Howard, s-a consultat cu experții CERN încercând să facă elementele științifice din poveste mai exacte.[35]
„Large Hadron Rap”, un clip muzical realizat de angajata CERN Katherine McAlpine[36] a depășit trei milioane de accesări pe YouTube la 15 septembrie 2008.[37][38][39]
BBC Radio 4 a marcat momentul pornirii LHC la 10 septembrie 2008 cu „Ziua Big Bang”.[40] Acest eveniment a inclus un episod radio al serialului TV Torchwood, cu o acțiune care implica LHC, episod intitulat „Lost Souls” (în română Suflete pierdute).[41] Directorul de comunicare al CERN, James Gillies, a comentat: „CERN din realitate nu prea seamănă cu cel din episodul de Torchwood al lui Joseph Lidster.”[42]
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Anunțuri ZdV Premium
În categoria Jurnalism cetatenesc
