APA ITU CERN PARTICLE ACCELERATOR?

Send

Bagaimana jika kita dapat melihat asas-asas asas yang mendasari Alam Semesta? Tidak menjadi masalah! Apa yang anda perlukan adalah pemecut zarah besar, kemudahan bawah tanah yang cukup besar untuk melintasi sempadan antara dua negara, dan kemampuan untuk mempercepat zarah ke titik di mana mereka saling memusnahkan - melepaskan tenaga dan jisim yang kemudian dapat anda perhatikan dengan satu siri monitor khas.

Seperti nasib, kemudahan seperti itu sudah ada, dan dikenal sebagai CERN Large Hardron Collider (LHC), juga dikenal sebagai CERN Particle Accelerator. Berukuran kira-kira 27 kilometer dalam lilitan dan terletak jauh di bawah permukaan berhampiran Geneva, Switzerland, ia adalah pemecut zarah terbesar di dunia. Dan sejak CERN membalikkan suis, LHC telah menjelaskan beberapa misteri alam semesta yang lebih mendalam.

Tujuan:

Collider, menurut definisi, adalah jenis pemecut zarah yang bergantung pada dua rasuk zarah yang diarahkan. Zarah-zarah dipercepat dalam instrumen ini menjadi tenaga kinetik yang sangat tinggi dan kemudian dibuat bertembung antara satu sama lain. Hasil sampingan dari perlanggaran ini kemudian dianalisis oleh saintis untuk memastikan struktur dunia subatomik dan undang-undang yang mengaturnya.

Tujuan collider adalah untuk mensimulasikan jenis perlanggaran tenaga tinggi untuk menghasilkan produk sampingan zarah yang sebaliknya tidak akan wujud di alam semula jadi. Lebih-lebih lagi, jenis produk sampingan zarah ini merosot setelah jangka masa yang sangat singkat, dan sukar untuk dikaji dalam keadaan normal.

Istilah hadron merujuk kepada partikel komposit yang terdiri daripada quark yang dipegang bersama oleh kekuatan nuklear yang kuat, salah satu daripada empat daya yang mengatur interaksi zarah (yang lain adalah kekuatan nuklear, elektromagnetisme dan graviti yang lemah). Hadron yang paling terkenal ialah baryon - proton dan neutron - tetapi juga merangkumi meson dan zarah tidak stabil yang terdiri daripada satu quark dan satu antiquark.

Reka bentuk:

LHC beroperasi dengan mempercepat dua pancaran "hadron" - sama ada proton atau ion plumbum - dalam arah yang berlawanan di sekitar alat bulatnya. Hadron kemudian bertabrakan setelah mereka mencapai tahap tenaga yang sangat tinggi, dan zarah-zarah yang dihasilkan dianalisis dan dikaji. Ia adalah pemecut tenaga tinggi terbesar di dunia, berukuran 27 km (17 mi) pada lilitan dan pada kedalaman 50 hingga 175 m (164 hingga 574 kaki).

Terowong yang menempatkan collider selebar 3.8 meter (12 kaki), dan sebelumnya digunakan untuk menempatkan Large Electron-Positron Collider (yang beroperasi antara 1989 dan 2000). Terowong ini mengandungi dua garis balok selari bersebelahan yang bersilang pada empat titik, masing-masing mengandungi rasuk yang bergerak dalam arah yang berlawanan di sekitar gelang. Rasuk dikendalikan oleh 1,232 magnet dipol sementara 392 magnet quadrupole digunakan untuk memastikan rasuk tetap fokus.

Kira-kira 10,000 magnet superkonduktor digunakan secara total, yang disimpan pada suhu operasi -271,25 ° C (-456,25 ° F) - yang hanya menghindarkan sifar mutlak - dengan kira-kira 96 tan helium cair-4. Ini juga menjadikan LHC sebagai kemudahan kriogenik terbesar di dunia.

Semasa melakukan perlanggaran proton, prosesnya dimulakan dengan pecutan zarah linear (LINAC 2). Setelah LINAC 2 meningkatkan tenaga proton, zarah-zarah ini kemudian disuntikkan ke dalam Proton Synchrotron Booster (PSB), yang mempercepatnya ke kelajuan tinggi.

Mereka kemudian disuntikkan ke Proton Synchrotron (PS), dan kemudian ke Super Proton Synchrtron (SPS), di mana mereka dipercepat sebelum disuntikkan ke pemecut utama. Sesampai di sana, tandan proton terkumpul dan dipercepat ke tenaga puncaknya dalam jangka masa 20 minit. Terakhir, mereka beredar untuk jangka waktu 5 hingga 24 jam, di mana waktu perlanggaran berlaku di empat titik persimpangan.

Dalam jangka masa berjalan yang lebih pendek, perlanggaran ion berat (biasanya ion plumbum) disertakan dalam program. Ion plumbum pertama kali dipercepat oleh pemecut linier LINAC 3, dan Cincin Ion Tenaga Rendah (LEIR) digunakan sebagai unit penyimpanan ion dan penyejuk. Ion kemudian dipercepat lagi oleh PS dan SPS sebelum disuntikkan ke gelang LHC.

Semasa proton dan ion plumbum dilanggar, tujuh alat pengesan digunakan untuk mengimbas produk sampingannya. Ini termasuk eksperimen A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) dan Compact Muon Solenoid (CMS), yang merupakan kedua-dua alat pengesan tujuan umum yang direka untuk melihat pelbagai jenis zarah subatom.

Kemudian ada pengesan A Large Ion Collider Experiment (ALICE) dan Large Hadron Collider (LHCb) yang lebih khusus. Walaupun ALICE adalah alat pengesan ion berat yang mengkaji bahan berinteraksi kuat pada ketumpatan tenaga yang melampau, LHCb mencatatkan kerosakan zarah dan percubaan untuk menyaring b dan anti-b quark dari produk peluruhannya.

Kemudian terdapat tiga alat pengesan kecil dan sangat khusus - eksperimen TOTal Elastic and diffractive Measurement (TOTEM), yang mengukur proses keratan rentas total, hamburan elastik, dan proses difraksi; Monopole & Exotics Detector (MoEDAL), yang mencari monopol magnetik atau zarah bermuatan stabil (pseudo-); dan Large Hadron Collider maju (LHCf) yang memantau astropartikel (aka sinar kosmik).

Sejarah Operasi:

CERN, singkatan dari Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (atau Majlis Eropah untuk Penyelidikan Nuklear dalam Bahasa Inggeris) ditubuhkan pada 29 September 1954, oleh dua belas negara penandatangan Eropah Barat. Tujuan utama majlis ini adalah untuk mengawasi penciptaan makmal fizik zarah di Geneva di mana kajian nuklear akan dilakukan.

Sejurus selepas penciptaannya, makmal melampaui ini dan mula melakukan penyelidikan fizik bertenaga tinggi juga. Ia juga berkembang hingga meliputi dua puluh negara anggota Eropah: Perancis, Switzerland, Jerman, Belgia, Belanda, Denmark, Norway, Sweden, Finland, Sepanyol, Portugal, Yunani, Itali, UK, Poland, Hungaria, Republik Czech, Slovakia , Bulgaria dan Israel.

Pembinaan LHC telah diluluskan pada tahun 1995 dan pada mulanya dimaksudkan untuk diselesaikan pada tahun 2005. Walau bagaimanapun, kenaikan kos, pemotongan anggaran, dan pelbagai kesukaran kejuruteraan mendorong tarikh selesai hingga April 2007. LHC pertama kali beroperasi dalam talian pada 10 September 2008, tetapi ujian awal ditangguhkan selama 14 bulan berikutan kemalangan yang menyebabkan kerosakan besar pada banyak komponen utama collider (seperti magnet superkonduktor).

Pada 20 November 2009, LHC dibawa kembali dalam talian dan Larian Pertama dijalankan dari 2010 hingga 2013. Semasa larian ini, ia bertembung dengan dua rasuk zarah proton dan inti plumbum bertentangan dengan tenaga 4 teraelectronvolts (4 TeV) dan 2.76 TeV per nukleon, masing-masing. Tujuan utama LHC adalah untuk mencipta keadaan selepas Big Bang ketika perlanggaran antara zarah bertenaga tinggi sedang berlaku.

Penemuan Utama:

Semasa Larian Pertama, penemuan LHC termasuk zarah yang dianggap sebagai Higgs Boson yang telah lama dicari, yang diumumkan pada 4 Julai 2012. Zarah ini, yang memberikan jisim zarah lain, adalah bahagian penting dalam Model Fizik Standard . Kerana jisimnya yang tinggi dan sukar difahami, kewujudan zarah ini hanya berdasarkan teori dan tidak pernah diperhatikan sebelumnya.

Penemuan Higgs Boson dan operasi LHC yang berterusan juga telah membolehkan para penyelidik menyiasat fizik di luar Model Piawai. Ini termasuk ujian mengenai teori supersimetri. Hasil kajian menunjukkan bahawa jenis peluruhan partikel tertentu kurang biasa daripada beberapa bentuk ramalan supersimetri, tetapi masih dapat menandingi ramalan teori supersimetri versi lain.

Pada bulan Mei 2011, dilaporkan bahawa plasma quark-gluon (secara teorinya, bahan paling padat selain lubang hitam) telah dibuat di LHC. Pada 19 November 2014, eksperimen LHCb mengumumkan penemuan dua zarah subatomik berat baru, yang kedua-duanya adalah baryon yang terdiri dari satu bawah, satu bawah, dan satu quark aneh. Kerjasama LHCb juga memerhatikan beberapa hadron eksotik pada jangka pertama, mungkin pentaquark atau tetraquark.

Sejak 2015, LHC telah menjalankan Larian Kedua. Pada masa itu, ia telah didedikasikan untuk mengesahkan pengesanan Higgs Boson, dan membuat penyelidikan lebih lanjut mengenai teori supersimetri dan kewujudan zarah eksotik pada tahap tenaga yang lebih tinggi.

Pada tahun-tahun mendatang, LHC dijadualkan untuk satu siri peningkatan untuk memastikan bahawa ia tidak mengalami pulangan yang berkurang. Pada 2017-18, LHC dijadualkan untuk menjalani peningkatan yang akan meningkatkan tenaga perlanggarannya menjadi 14 TeV. Di samping itu, setelah tahun 2022, pengesan ATLAS akan menerima peningkatan yang dirancang untuk meningkatkan kemungkinan ia mengesan proses yang jarang berlaku, yang dikenali sebagai High Luminosity LHC.

Usaha penyelidikan kolaboratif yang dikenal sebagai LHC Accelerator Research Programme (LARP) kini sedang melakukan penyelidikan bagaimana meningkatkan LHC lebih jauh. Terutama di antaranya adalah peningkatan arus rasuk dan pengubahsuaian dua kawasan interaksi bercahaya tinggi, dan pengesan ATLAS dan CMS.

Siapa yang tahu apa yang akan dijumpai oleh LHC antara sekarang dan ketika mereka akhirnya mematikan kuasa? Dengan keberuntungan, ia akan menjelaskan lebih banyak misteri alam semesta yang lebih dalam, yang meliputi struktur ruang dan waktu yang mendalam, persimpangan mekanik kuantum dan relativiti umum, hubungan antara jirim dan antimateri, dan adanya "Dark Matter" ".

Kami telah menulis banyak artikel mengenai CERN dan LHC untuk Space Magazine. Inilah Apa Higgs Boson ?, Mesin Hype Mengempis Setelah Data CERN Tidak Menunjukkan Partikel Baru, BICEP2 Lagi? Penyelidik Menempatkan Higgs Boson Discovery dalam Keraguan, Dua Zarah Subatomik Baru Ditemui, Adakah Zarah Baru Akan Diumumkan ?, Ahli Fizik Mungkin, Mungkin Mungkin, Mengesahkan Kemungkinan Penemuan Kekuatan Alam Ke-5.

Sekiranya anda mahukan lebih banyak maklumat mengenai Large Hadron Collider, lihat Laman Utama LHC, dan berikut adalah pautan ke laman web CERN.

Astronomy Cast juga mempunyai beberapa episod mengenai perkara ini. Dengarkan di sini, Episode 69: The Large Hadron Collider and The Search for the Higgs Boson dan Episode 392: The Standard Model - Pengenalan.

Sumber: