Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) είναι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Κατασκευάστηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN). Πρόκειται για μια γιγαντιαία κυκλική σήραγγα που είναι χτισμένη υπόγεια. Η σήραγγα έχει μήκος 27 χιλιόμετρα (17 μίλια) και βρίσκεται μεταξύ 50 και 175 μέτρων κάτω από το έδαφος. Βρίσκεται κάτω από τα σύνορα της Ελβετίας και της Γαλλίας. 10.000 επιστήμονες και μηχανικοί από περισσότερες από 100 διαφορετικές χώρες συνεργάστηκαν για την κατασκευή αυτού του έργου και η κατασκευή του κόστισε 10,4 δισεκατομμύρια ελβετικά φράγκα (10 δισεκατομμύρια δολάρια). Σήμερα είναι η μεγαλύτερη και πιο περίπλοκη πειραματική ερευνητική εγκατάσταση στον κόσμο.

Όπως δηλώνει και το όνομά του, η έρευνα στον LHC περιλαμβάνει τη σύγκρουση αδρονίων. Ένα αδρον είναι ένα σωματίδιο που αποτελείται από έναν αριθμό κουάρκ που συγκρατούνται μεταξύ τους από την υποατομική ισχυρή δύναμη. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι παραδείγματα αδρονίων. Ο LHC χρησιμοποιεί κυρίως τη σύγκρουση πρωτονίων στα πειράματά του. Τα πρωτόνια είναι μέρη των ατόμων με θετικό φορτίο. Ο LHC επιταχύνει αυτά τα πρωτόνια μέσω της σήραγγας μέχρι να φτάσουν σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Διαφορετικά πρωτόνια κατευθύνονται μέσα από τη σήραγγα προς αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν συγκρούονται, δημιουργούν συνθήκες παρόμοιες με το πρώιμο σύμπαν.

Ο LHC προσπαθεί να μελετήσει τα στοιχειώδη σωματίδια και τους τρόπους με τους οποίους αλληλεπιδρούν. Οι ερευνητές τον έχουν χρησιμοποιήσει για να μάθουν για την κβαντική φυσική και ελπίζουν να μάθουν πολύ περισσότερα για τη δομή του χώρου και του χρόνου. Οι παρατηρήσεις που μπορούν να κάνουν οι ερευνητές μπορούν να μας βοηθήσουν να μάθουμε πώς μπορεί να ήταν το σύμπαν μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη μεγάλη έκρηξη.

Χάρτης του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERNZoom
Χάρτης του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN

Πώς λειτουργεί

Ο LHC ιονίζει άτομα υδρογόνου για να πάρει τα πρωτόνια τους. Ένα άτομο υδρογόνου αποτελείται μόνο από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Όταν ιονίζουν τα άτομα, αφαιρούν το ένα ηλεκτρόνιο για να τους δώσουν καθαρό θετικό φορτίο. Τα πρωτόνια του υδρογόνου κατευθύνονται στη συνέχεια μέσω του κύκλου από ηλεκτρομαγνήτες. Προκειμένου οι μαγνήτες να είναι αρκετά ισχυροί, πρέπει να είναι πολύ κρύο. Το εσωτερικό της σήραγγας ψύχεται από υγρό ήλιο. Διατηρούν τη θερμοκρασία λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα πρωτόνια χτυπούν το ένα το άλλο με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός και μετατρέπονται σε ενέργεια χρησιμοποιώντας το E=mc2. Στη συνέχεια αντιστρέφεται και δημιουργεί μάζα. Στο σημείο της σύγκρουσης υπάρχουν τέσσερα στρώματα ανιχνευτών. Η έκρηξη διέρχεται από κάθε στρώμα και κάθε ανιχνευτής καταγράφει ένα διαφορετικό στάδιο της αντίδρασης.

Όταν τα σωματίδια προσκρούουν το ένα στο άλλο, η ενέργειά τους μετατρέπεται σε πολλά διαφορετικά σωματίδια και ευαίσθητοι ανιχνευτές παρακολουθούν τα κομμάτια που δημιουργούνται. Εξετάζοντας προσεκτικά τα δεδομένα των ανιχνευτών, οι επιστήμονες μπορούν να μελετήσουν από τι αποτελούνται τα σωματίδια και πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος για την ανίχνευση ορισμένων σωματιδίων, επειδή απαιτείται πολύ υψηλή ενέργεια για τη δημιουργία τους. Οι συγκρούσεις σωματιδίων του LHC διαθέτουν την απαιτούμενη ενέργεια.

Ο LHC αποτελείται από τρία κύρια μέρη. Υπάρχει ο επιταχυντής σωματιδίων, οι τέσσερις ανιχνευτές και το πλέγμα. Ο επιταχυντής δημιουργεί τη σύγκρουση, αλλά τα αποτελέσματα δεν μπορούν να παρατηρηθούν άμεσα. Οι ανιχνευτές τα μετατρέπουν σε αξιοποιήσιμα δεδομένα και τα στέλνουν στο Grid. Το πλέγμα είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που χρησιμοποιούν οι ερευνητές για να ερμηνεύσουν τα δεδομένα. Υπάρχουν 170 τοποθεσίες σε 36 διαφορετικές χώρες, οι οποίες είναι γεμάτες με κανονικούς επιτραπέζιους υπολογιστές. Όλοι αυτοί οι υπολογιστές είναι συνδεδεμένοι και μαζί λειτουργούν ως υπερυπολογιστής. Το Grid του LHC θεωρείται ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής που έχει κατασκευαστεί ποτέ. Οι υπολογιστές μοιράζονται την επεξεργαστική ισχύ και το χώρο αποθήκευσης δεδομένων.

Το πλέγμα είναι πολύ ισχυρό, αλλά είναι σε θέση να λάβει μόνο το ένα τοις εκατό των δεδομένων που λαμβάνει από τους ανιχνευτές. Οι περιορισμοί του αποτέλεσαν κίνητρο για προσπάθειες δημιουργίας κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν όσα μας δίδαξε ο LHC για την κβαντομηχανική προκειμένου να κατασκευάσουν ταχύτερους υπολογιστές.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον LHC για να βρουν το μποζόνιο Higgs, ένα σωματίδιο που προβλέπεται ότι υπάρχει σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο.

Κάποιοι πίστευαν ότι ο LHC θα μπορούσε να δημιουργήσει μια μαύρη τρύπα, η οποία θα ήταν πολύ επικίνδυνη. Υπάρχουν δύο λόγοι για να μην ανησυχούμε. Ο πρώτος είναι ότι ο LHC δεν έκανε κάτι που δεν κάνουν οι κοσμικές ακτίνες που χτυπούν τη Γη κάθε μέρα, και αυτές οι ακτίνες δεν δημιουργούν μαύρες τρύπες. Ο δεύτερος λόγος είναι ότι ακόμη και αν ο LHC δημιουργούσε μαύρες τρύπες, αυτές θα ήταν πολύ μικρές. Όσο μικρότερη είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής της. Οι πολύ μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θα εξατμίζονταν πριν μπορέσουν να βλάψουν τους ανθρώπους.

Ο LHC χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στις 10 Σεπτεμβρίου 2008, αλλά δεν λειτούργησε επειδή χάλασε το σύστημα ψύξης. Οι μαγνήτες που βοηθούν στη μετακίνηση των φορτισμένων σωματιδίων πρέπει να είναι κρύοι. Η βλάβη προκάλεσε την κατάρρευση μέρους της εγκατάστασης. Το εργαστήριο έκλεισε για το χειμώνα και ο επιταχυντής δεν χρησιμοποιήθηκε ξανά μέχρι το Νοέμβριο του 2009. Ενώ επισκευαζόταν, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το Tevatron για να αναζητήσουν το μποζόνιο Higgs. Όταν ο LHC επανεκκίνησε τον Νοέμβριο του 2009, σημείωσε νέο ρεκόρ ταχύτητας επιταχύνοντας πρωτόνια σε 1,18 TeV (teraelectronvolt, ή τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ). Στις 30 Μαρτίου 2010, ο LHC δημιούργησε μια σύγκρουση στα 3,5 TeV.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC);


Α: Ο LHC είναι ο μεγαλύτερος και ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο. Κατασκευάστηκε από το CERN, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών, και είναι μια γιγαντιαία κυκλική σήραγγα χτισμένη υπόγεια.

Q: Πού βρίσκεται ο LHC;


Α: Ο LHC βρίσκεται ακριβώς κάτω από τα σύνορα Ελβετίας-Γαλλίας, με μια σήραγγα μήκους 27 χιλιομέτρων και 50-175 μέτρων κάτω από το έδαφος.

Q: Ποιοι εργάστηκαν στο έργο;


Α: 10 000 επιστήμονες και μηχανικοί από περισσότερες από 100 χώρες εργάστηκαν μαζί για την κατασκευή αυτού του έργου.

Q: Πόσο κόστισε η κατασκευή του;


Α: Το έργο κόστισε 10,4 δισεκατομμύρια ελβετικά φράγκα (10 δισεκατομμύρια δολάρια).

Ερ: Ποια σωματίδια χρησιμοποιούνται στα πειράματα του LHC;


Α: Τα πειράματα του LHC χρησιμοποιούν κυρίως πρωτόνια. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα μέρη των ατόμων που επιταχύνονται μέσω της σήραγγας μέχρι να φτάσουν σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.
Ερ: Τι ελπίζουν οι επιστήμονες να μάθουν από τη χρήση αυτής της εγκατάστασης; Α: Οι επιστήμονες ελπίζουν να μάθουν περισσότερα για την κβαντική φυσική και να κατανοήσουν πώς ήταν ο χώρος και ο χρόνος χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3