|
Dátum: 2011. február 21. 00:00:00. Forrás : Wikipedia |
A Large Hadron Collider ring (LHC), magyarul Nagy Hadronütköztető Gyűrű, a CERN épülő részecskegyorsítója és ütköztetőgyűrűje, amely a 2000-ben leállított LEP 27 km kerületű alagútját használja fel. Több előgyorsító fokozat után ebben a gyorsítóban fognak végleges 7 TeV-es energiájukra gyorsulni a protonok (illetve időszakonként ólomionok) mindkét körüljárási irányban.
Ezután a protonnyalábok több órán keresztül keringenek majd egymással szemben, és a gyorsító kerületén található detektorok közepén az egymással szemben keringő protonnyalábok pályáját úgy módosítják majd, hogy ott proton–proton ütközések fognak történni. A hivatalos terv szerint 2008. szeptember 10-én kezdi meg a működését a sikeres nyaláb tesztek után. Az ütköző részecskék energiáját az elindítás után fokozatosan növelik, s amikor eléri a végleges, 7 TeV energiát, ez lesz napjaink legnagyobb energiájú gyorsítója.
Az LHC a levegőből
A kísérlet kutatási céljai
Működése során nagyjából 80 állam, 7000 fizikusa, köztük Magyarország 60 fizikusa, fog hozzáférni az LHC-hez. A fizikusok azt remélik, hogy közelebb jutnak a következő kérdések megválaszolásához az LHC kísérleteivel:
- Sérül-e a népszerű Higgs-bozon elmélet, amely magyarázattal szolgálhat az elemi részecskék tömegére? Ha nem, hányféle Higgs-bozon van, és mekkorák a tömegeik?
- Továbbra is összhangban lesz-e a barionok még pontosabban mért tömege a részecskefizika standard modelljével?
- Léteznek-e a jelenleg ismert részecskéknek szuperszimmetrikus („SUSY”) partnerei?
- Miért van több anyag, mint antianyag?
- Léteznek-e extra dimenziók, ahogy a húrelmélet által inspirált modellek jósolják, és „látjuk”-e azokat?
- Milyen természetű az az anyag, amely a világegyetem tömegének 96%-át alkotja, és a jelenlegi csillagászati megfigyelések számára elérhetetlenek (sötét anyag, sötét energia)?
- A gravitáció miért gyengébb nagyságrendekkel, mint a másik három alapvető kölcsönhatás?
A gyorsító elhelyezkedése
A gyorsító egy 27 km kerületű kör alakú föld alatti alagútban helyezkedik el, a felület domborzati viszonyaitól függően 50-150 méter mélyen. A korábbi nagy elektron–pozitron ütköztetőgyűrű (LEP) alagútját hasznosítja újra. A 3 méter átmérőjű alagút négy helyen keresztezi a svájci–francia határt, hosszának legnagyobb része francia területen fekszik. Az ütköztető maga ugyan föld alatt fekszik – mivel így csökkenthetők a területbérleti díjak és a mérést zavaró kozmikus sugárzás – több felszíni épület van amelyek az olyan kiegészítő berendezéseket tartalmazzák, mint a kompresszorok, ventillátorok, vezérlő elektronika és a hűtőtelep.
A gyorsító főbb jellemzői
A gyorsító egy szinkrotron, mely kör alakú pályán gyorsítja fel a részecskéket a fénysebesség közelébe. A részecskék a kerület mentén több csomagban keringenek, a gyorsító ezeket a részecskecsomagokat több óráig keringeti mindkét irányban két olyan csőben, amelyben nagy vákuum van. Az ilyen gyorsítót – amelyben hosszú ideig keringenek a részecskék – nevezzük tárológyűrűnek (storage ring). A gyorsító kerületén négy nagy detektor található, azok középpontjában a részecskenyalábokat pályáját keresztezik lehetővé téve a részecskék ütközését. Kétféle ütközést hoznak létre, egyikben protont ütköztetnek protonnal protononként 7 TeV energiával (azaz az ütközés során 14 TeV energia szabadul fel), másikban ólomatommagot ólomatommaggal 1312 TeV energiával.
Az LHC elhelyezkedése a Svájci-Francia határon
A felgyorsított protonoknak akkora mozgási energiájuk lesz, mint egy repülő szúnyogé, csak sokkalta kisebb tömegen. A teljes kerület mentén – folytonos nyaláb helyett – 2835 protoncsomag fog keringeni mindkét irányban, egyenként nagyjából 1011 darab protonnal, és teljes üzemben 25 ns-onként fogják egymást keresztezni a nyalábok, ilyenkor várható ütközés.
Az LHC egyedülálló mérnöki kihívást jelent egyedülálló biztonsági előírásokkal. Üzemelése alatt a mágnesekben tárolt összes energia 10 GJ lesz, a nyalábok összenergiája pedig 725 MJ. A nyalábenergia jellemzésére álljon itt két adat. Ha nyalábnak csak egy egész kicsi része a falnak ütközne, akkor megszűnne a szupravezetés a mágnesekben, tehát a nyalábvezető mágneseknek szabályozásának nagyon fontos szerepük van. Amikor pedig pár órai keringés után a nyalábot kivezetik a gyorsítóból, annak energiája egész jelentős robbanással ér fel.
A proton energiájának és sebességének összefüggése. Jól látható, hogy a feszültséglökések hatására elsősorban az energia növekszik, a sebesség GeV felett már alig, fénysebességhez közelít.
Az LHC, mint ionütköztető
Az LHC fizikai programja főként a proton–proton ütközéseken alapul. Rövidebb időre azonban – tipikusan évente egy hónapban – nehézion-ütközések is szerepelnek a programban. Bár könnyebb elemekkel is dolgoznak majd, az alapterv az ólomionokkal (Pb) dolgozik. Ez lehetővé teszi majd a jelenleg a relativisztikus nehézion ütköztetőnél (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, BNL) folyamatban lévő program továbbfejlesztését.
A CMS szimulált eseménye, talán ilyennek fogjuk „látni” a Higgs-bozont. Az LHC-ben jóval több nyom lesz az egyes eseményeknél, mint annak idején a LEP-nél. Ott ugyanis elemi részecskéket ütköztettünk, itt pedig kvarkokból álló fotonokat fogunk.
Detektorok
A részecskegyorsító kerületén 4 nagy részecskedetektor helyezkedik el. Két nagyobb általános célú detektor a CMS és az ATLAS. A másik kettő, az LHCb és az ALICE kisebb és speciálisabb feladatot lát el. Magyarország legnagyobb létszámmal a CMS kísérletben vesz részt, de az ALICE-ban, az ATLAS-ban valamint az LHCb-ben is vesznek részt magyarok.
Az LHC CMS detektorának építése
Számítástechnikai háttér
Évente körülbelül 10-15 petabájt adat tárolására lesz szükség, ezek azok az adatok, amelyeket az LHC detektorok programja „érdekesnek talál”. Várhatóan átlagosan minden tízbilliomodik (tíz a tizenharmadikon) érdekes eseményben fog Higgs-részecske keletkezni.
A nagy mennyiségű adat tárolására és feldolgozására a CERN fejleszti a Grid saját változatát, amely LCG (LHC Computing Grid) névre hallgat, és az adatok több helyen történő tárolását és elemzését szolgálja. A Központi Fizikai Kutató Intézete (KFKI RMKI) 2002 óta rajta van az LCG-n. A Grid tulajdonképpen egy csomó összekapcsolt számítógép, melyeknek a processzoridejét a Grid rendszer közel optimálisan használja ki, ezzel sokkal gyorsabb számítást téve lehetővé, mintha a gépek külön-külön dolgoznának.
Van jó témaötleted? Írj nekünk egy vendégcikket!
Kapcsolódó olvasnivalók
A kommunista szombat
Ez egy rövid történet. A hír is kurta: 1919. április 12-ére (történetesen egy szombati napra) virradó éjszaka Moszkvában, a Kazanyi pályaudvar rendező pályaudvarán 15 vasúti munkás 10 óra munkával megjavított 3 gőzmozdonyt. Moszkvában a 9 nagy pályaudvar az irányról van elnevezve, ezért van Jaroszlavi, Rigai, Rjazanyi, Kijevi, Kurszki, stb. pályaudvar is.
Állandók-e a fizikai állandók?
Valóban állandók-e azok a fizikai állandók, amelyek alapvető szerepet játszanak világunk leírásában? Időről-időre szinte valamennyi állandóval kapcsolatban felmerül ez a kérdés. Legújabban a proton/elektron tömegarány változását mutatták mérésekkel. A változás, ha valóban létezik, természetesen kicsi és lassú, mindössze 0,002% 12 milliárd év alatt.
A gyufa története
A gyufa (régiesen gyújtó) egyik végén gyúlékony anyaggal bevont, dörzsölésre könnyen gyulladó, tűzgyújtásra vagy hőadásra használt éghető (fa)pálcika. Két legfontosabb változata a csak a speciális dörzsfelületen meggyulladó biztonsági gyufa vagy svédgyufa, illetve a gyakorlatilag bármely érdes felületen tűzre kapó, mindenen gyulladó gyufa.
Kapcsolódó doksik
- UV-sugárzás mérése a Cern-i tanulmányúton
2012, 5 oldal - A lucerna betegségei
2011, 87 oldal
Megmutatjuk, hogyan lehet hatékonyan tanulni az iskolában, illetve otthon. Áttekintjük, hogy milyen a jó jegyzet tartalmi, terjedelmi és formai szempontok szerint egyaránt. Végül pedig tippeket adunk a vizsga előtti tanulással kapcsolatban, hogy ne feltétlenül kelljen beleőszülni a felkészülésbe.
