Wielki Zderzacz Hadronów
Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) jest największym i najpotężniejszym akceleratorem cząstek na świecie. Został zbudowany przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN). Jest to gigantyczny okrągły tunel zbudowany pod ziemią. Długość tunelu wynosi 17 mil (27 kilometrów), a jego głębokość od 50 do 175 metrów pod ziemią. Znajduje się pod granicą Szwajcarii i Francji. Przy realizacji tego projektu współpracowało 10 000 naukowców i inżynierów z ponad 100 różnych krajów, a jego budowa kosztowała 10,4 mld franków szwajcarskich (10 mld dolarów). Jest to obecnie największy i najbardziej skomplikowany eksperymentalny obiekt badawczy na świecie.
Jak sama nazwa wskazuje, badania w LHC dotyczą kolizji hadronów. Hadron jest cząstką, która składa się z wielu kwarków trzymanych razem przez subatomową silną siłę. Protony i neutrony są przykładami hadronów. LHC wykorzystuje w swoich eksperymentach przede wszystkim zderzanie się protonów. Protony są częściami atomów o ładunku dodatnim. LHC przyspiesza te protony przez tunel, aż osiągną prawie prędkość światła. Różne protony są kierowane przez tunel w przeciwnych kierunkach. Kiedy zderzają się, stwarzają warunki podobne do tego, jakie panują we wczesnym wszechświecie.
LHC próbuje badać cząsteczki elementarne i sposoby ich oddziaływania. Naukowcy użyli go do poznania fizyki kwantowej i mają nadzieję dowiedzieć się znacznie więcej o strukturze przestrzeni i czasu. Obserwacje, które badacze są w stanie zrobić, mogą pomóc nam dowiedzieć się, jak mógł wyglądać wszechświat w ciągu milisekund od wielkiego wybuchu.
Mapa Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN-ie
Jak to działa?
LHC jonizuje atomy wodoru, aby uzyskać ich protony. Atom wodoru składa się tylko z jednego protonu i jednego elektronu. Kiedy jonizują atomy, usuwają one jeden elektron, aby nadać mu dodatni ładunek netto. Protony wodoru są następnie kierowane przez elektromagnesy przez okrąg. Aby magnesy były wystarczająco silne, musi być bardzo zimno. Wnętrze tunelu jest chłodzone ciekłym helem. Utrzymują one temperaturę tuż powyżej zera absolutnego. Protony uderzają w siebie z prędkością zbliżoną do prędkości światła i zamieniają na energię używając E=mc2. Następnie odwracają się i tworzą masę. W miejscu zderzenia znajdują się cztery warstwy detektorów. Wybuch przechodzi przez każdą warstwę, a każdy detektor rejestruje inny etap reakcji.
Kiedy cząsteczki uderzają w siebie, ich energia jest zamieniana na wiele różnych cząsteczek, a czułe detektory śledzą tworzenie się cząsteczek. Przyglądając się uważnie danym z detektora, naukowcy mogą badać, z czego zbudowane są te cząstki i w jaki sposób oddziałują one na siebie. Jest to jedyny sposób na wykrycie niektórych cząstek, ponieważ do ich wytworzenia potrzebna jest bardzo duża energia. Zderzenia cząsteczek LHC posiadają potrzebną energię.
LHC ma do tego trzy główne części. Jest tam akcelerator cząsteczek, cztery detektory i Siatka. Akcelerator powoduje zderzenie, ale nie można bezpośrednio obserwować wyników. Detektory przekształcają go w użyteczne dane i wysyłają do Siatki. Siatka jest siecią komputerową, której badacze używają do interpretacji danych. Istnieje 170 lokalizacji w 36 różnych krajach, które są wypełnione zwykłymi komputerami stacjonarnymi. Wszystkie te komputery są połączone i razem działają jako superkomputer. LHC's Grid jest uważany za najpotężniejszy superkomputer, jaki kiedykolwiek zbudowano. Komputery te mają wspólną moc obliczeniową i miejsce do przechowywania danych.
Siatka jest bardzo potężna, ale jest w stanie przyjąć tylko około jednego procenta danych, które otrzymuje z detektorów. Jej ograniczenia zmotywowały próby stworzenia komputerów kwantowych, które mogłyby wykorzystać to, czego LHC nauczyło nas o mechanice kwantowej do stworzenia szybszych komputerów.
Naukowcy wykorzystali LHC do znalezienia bozonu Higgsa, cząstki, której istnienie przewiduje Model Standardowy.
Niektórzy uważali, że LHC może stworzyć czarną dziurę, co byłoby bardzo niebezpieczne. Są dwa powody, by się nie martwić. Pierwszym jest to, że LHC nie zrobiło nic, czego nie robią promienie kosmiczne, które codziennie uderzają w Ziemię, a te promienie nie tworzą czarnych dziur. Drugim powodem jest to, że nawet gdyby LHC zrobiła czarne dziury, byłyby one bardzo małe. Im mniejsza jest czarna dziura, tym krótsze jest jej życie. Bardzo małe czarne dziurki wyparowałyby, zanim mogłyby skrzywdzić ludzi.
LHC został po raz pierwszy użyty 10 września 2008 r., ale nie działał, ponieważ zepsuł się system chłodzenia. Magnesy, które pomagają w przemieszczaniu naładowanych cząstek, muszą być zimne. Awaria spowodowała zawalenie się części obiektu. Laboratorium zostało zamknięte na zimę, a zderzak został ponownie użyty dopiero w listopadzie 2009 roku. Podczas jego naprawy naukowcy wykorzystali Tewatron do poszukiwania Bosona Higgsa. Po ponownym uruchomieniu LHC w listopadzie 2009 r. ustanowił on nowy rekord prędkości, przyspieszając protony do 1,18 TeV (teraelektronowolt, czyli bilion elektronowolt). W dniu 30 marca 2010 r. LHC utworzyło kolizję na poziomie 3,5 TeV.
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC)?
O: LHC jest największym i najpotężniejszym akceleratorem cząstek na świecie. Został zbudowany przez CERN, Europejską Organizację Badań Jądrowych, i jest gigantycznym okrągłym tunelem zbudowanym pod ziemią.
P: Gdzie znajduje się LHC?
O: LHC znajduje się tuż pod granicą szwajcarsko-francuską, w tunelu o długości 27 kilometrów i 50-175 metrów pod ziemią.
P: Kto pracował nad projektem?
O: Przy realizacji tego projektu współpracowało 10 000 naukowców i inżynierów z ponad 100 krajów.
P: Ile kosztowała budowa?
O: Projekt kosztował 10,4 miliarda franków szwajcarskich (10 miliardów dolarów).
P: Jakie cząstki są wykorzystywane w eksperymentach LHC?
O: W eksperymentach LHC wykorzystuje się głównie protony. Protony to dodatnio naładowane części atomów, które są przyspieszane w tunelu, aż osiągną prawie prędkość światła.
P: Czego naukowcy mają nadzieję nauczyć się dzięki wykorzystaniu tego obiektu? O: Naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się więcej o fizyce kwantowej i uzyskać wgląd w to, jak wyglądała przestrzeń i czas milisekundy po Wielkim Wybuchu.
