რატომ გვჭირდება ჰადრონის კოლაიდერი? დიდი ადრონული კოლაიდერი რა არის კოლაიდერის დანიშნულება.

ფრაზა „დიდი ადრონული კოლაიდერი“ იმდენად ღრმად დაიმკვიდრა მედიაში, რომ ადამიანთა დიდმა რაოდენობამ იცის ამ ინსტალაციის შესახებ, მათ შორის, რომელთა საქმიანობა არანაირად არ არის დაკავშირებული ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკასთან ან ზოგადად მეცნიერებასთან.

მართლაც, ასეთი მასშტაბური და ძვირადღირებული პროექტი მედიის იგნორირებას ვერ დატოვებს - თითქმის 27 კილომეტრის სიგრძის ბეჭდის ინსტალაცია, რომელიც ათეულობით მილიარდი დოლარი დაჯდა, რომლითაც მუშაობს რამდენიმე ათასი მეცნიერი მთელი მსოფლიოდან. კოლაიდერის პოპულარობაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ეგრეთ წოდებულმა „ღვთის ნაწილაკმა“ ანუ ჰიგსის ბოზონმა, რომლის რეკლამა წარმატებით განხორციელდა და რისთვისაც პიტერ ჰიგსმა 2013 წელს მიიღო ნობელის პრემია ფიზიკაში.

უპირველეს ყოვლისა, უნდა აღინიშნოს, რომ დიდი ადრონული კოლაიდერი არ იყო აშენებული ნულიდან, არამედ წარმოიშვა მისი წინამორბედის, დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის (LEP) ადგილზე. 27 კილომეტრიან გვირაბზე მუშაობა 1983 წელს დაიწყო, სადაც მოგვიანებით დაიგეგმა ამაჩქარებლის მოპოვება, რომელიც ელექტრონებსა და პოზიტრონებს შეეჯახება. 1988 წელს რგოლის გვირაბი დაიხურა და მუშები ისე ფრთხილად მიუახლოვდნენ გვირაბს, რომ გვირაბის ორ ბოლოს შორის შეუსაბამობა მხოლოდ 1 სანტიმეტრი იყო.

ამაჩქარებელი მუშაობდა 2000 წლის ბოლომდე, როდესაც მან მიაღწია ენერგიის პიკს 209 გევ. ამის შემდეგ დაიწყო მისი დემონტაჟი. თავისი ფუნქციონირების თერთმეტი წლის განმავლობაში LEP-მა ფიზიკაში მრავალი აღმოჩენა მოიტანა, მათ შორის W და Z ბოზონების აღმოჩენა და მათი შემდგომი კვლევა. ამ კვლევების შედეგებზე დაყრდნობით დაასკვნეს, რომ ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების მექანიზმები მსგავსია, რის შედეგადაც დაიწყო თეორიული მუშაობა ამ ურთიერთქმედების ელექტროსუსტში გაერთიანებაზე.

2001 წელს ელექტრონ-პოზიტრონის ამაჩქარებლის ადგილზე დიდი ადრონული კოლაიდერის მშენებლობა დაიწყო. ახალი ამაჩქარებლის მშენებლობა დასრულდა 2007 წლის ბოლოს. იგი მდებარეობდა LEP-ის ადგილზე - საფრანგეთისა და შვეიცარიის საზღვარზე, ჟენევის ტბის ხეობაში (ჟენევიდან 15 კმ), ასი მეტრის სიღრმეზე. 2008 წლის აგვისტოში დაიწყო კოლაიდერის ტესტები, ხოლო 10 სექტემბერს მოხდა LHC-ის ოფიციალური გაშვება. წინა ამაჩქარებლის მსგავსად, ობიექტის მშენებლობასა და ექსპლუატაციას ხელმძღვანელობს ბირთვული კვლევების ევროპული ორგანიზაცია - CERN.

CERN

ღირს მოკლედ აღვნიშნოთ CERN ორგანიზაციის (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) შესახებ. ეს ორგანიზაცია მოქმედებს როგორც მსოფლიოში უდიდესი ლაბორატორია მაღალი ენერგიის ფიზიკის დარგში. მოიცავს სამი ათას მუდმივ თანამშრომელს და კიდევ რამდენიმე ათასი მკვლევარი და მეცნიერი 80 ქვეყნიდან CERN-ის პროექტებში მონაწილეობს.

ამ დროისთვის პროექტში 22 ქვეყანა მონაწილეობს: ბელგია, დანია, საფრანგეთი, გერმანია, საბერძნეთი, იტალია, ნიდერლანდები, ნორვეგია, შვედეთი, შვეიცარია, დიდი ბრიტანეთი - დამფუძნებლები, ავსტრია, ესპანეთი, პორტუგალია, ფინეთი, პოლონეთი, უნგრეთი. , ჩეხეთი, სლოვაკეთი, ბულგარეთი და რუმინეთი - შეუერთდნენ. თუმცა, როგორც ზემოთ აღინიშნა, ორგანიზაციის მუშაობაში ამა თუ იმ გზით და კერძოდ დიდ ადრონულ კოლაიდერში მონაწილეობს კიდევ რამდენიმე ათეული ქვეყანა.

როგორ მუშაობს დიდი ადრონული კოლაიდერი?

რა არის დიდი ადრონული კოლაიდერი და როგორ მუშაობს ის საზოგადოების ინტერესის მთავარი საკითხებია. მოდით შევხედოთ ამ კითხვებს შემდგომში.

კოლაიდერი - ინგლისურიდან თარგმნილი ნიშნავს "ის, ვინც ეჯახება". ასეთი დაყენების მიზანია ნაწილაკების შეჯახება. ჰადრონული კოლაიდერის შემთხვევაში ნაწილაკებს თამაშობენ ჰადრონები - ნაწილაკები, რომლებიც მონაწილეობენ ძლიერ ურთიერთქმედებებში. ეს არის პროტონები.

პროტონების მიღება

პროტონების გრძელი მოგზაურობა სათავეს იღებს დუოპლაზმატრონიდან - ამაჩქარებლის პირველ საფეხურზე, რომელიც წყალბადს იღებს გაზის სახით. დუოპლაზმატრონი არის გამონადენი კამერა, სადაც ელექტრული გამონადენი ხორციელდება გაზის მეშვეობით. ასე რომ, წყალბადი, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი ელექტრონისა და ერთი პროტონისაგან, კარგავს თავის ელექტრონს. ამ გზით წარმოიქმნება პლაზმა - ნივთიერება, რომელიც შედგება დამუხტული ნაწილაკებისგან - პროტონებისგან. რა თქმა უნდა, ძნელია სუფთა პროტონული პლაზმის მიღება, ამიტომ მიღებული პლაზმა, რომელიც ასევე შეიცავს მოლეკულური იონებისა და ელექტრონების ღრუბელს, იფილტრება პროტონული ღრუბლის იზოლირებისთვის. მაგნიტების გავლენის ქვეშ პროტონული პლაზმა სხივად იშლება.

ნაწილაკების წინასწარი აჩქარება

ახლად წარმოქმნილი პროტონის სხივი იწყებს მოგზაურობას LINAC 2 ხაზოვანი ამაჩქარებლით, რომელიც არის 30 მეტრიანი რგოლი, რომელიც თანმიმდევრულად არის ჩამოკიდებული რამდენიმე ღრუ ცილინდრული ელექტროდებით (გამტარებით). ამაჩქარებლის შიგნით შექმნილი ელექტროსტატიკური ველი ფასდება ისე, რომ ღრუ ცილინდრებს შორის ნაწილაკები ყოველთვის განიცდიან აჩქარების ძალას შემდეგი ელექტროდის მიმართულებით. ამ ეტაპზე პროტონის აჩქარების მექანიზმში მთლიანად ჩაღრმავების გარეშე, ჩვენ მხოლოდ აღვნიშნავთ, რომ LINAC 2-დან გამოსვლისას ფიზიკოსები იღებენ პროტონების სხივს 50 მევ ენერგიით, რომელიც უკვე აღწევს სინათლის სიჩქარის 31%-ს. აღსანიშნავია, რომ ამ შემთხვევაში ნაწილაკების მასა 5%-ით იზრდება.

2019-2020 წლებში იგეგმება LINAC 2-ის LINAC 4-ით ჩანაცვლება, რომელიც პროტონებს 160 მევ-მდე დააჩქარებს.

აღსანიშნავია, რომ კოლაიდერი ასევე აჩქარებს ტყვიის იონებს, რაც შესაძლებელს გახდის კვარკ-გლუონური პლაზმის შესწავლას. ისინი აჩქარებულია LINAC 3-ის რგოლში, LINAC 2-ის მსგავსი. სამომავლოდ ასევე იგეგმება ექსპერიმენტები არგონთან და ქსენონთან.

შემდეგი, პროტონული პაკეტები შედიან პროტონების სინქრონულ გამაძლიერებელში (PSB). იგი შედგება 50 მეტრის დიამეტრის ოთხი გადანაწილებული რგოლისაგან, რომლებშიც განთავსებულია ელექტრომაგნიტური რეზონატორები. მათ მიერ შექმნილ ელექტრომაგნიტურ ველს აქვს მაღალი ინტენსივობა და მასში გამავალი ნაწილაკი აჩქარებას იღებს ველის პოტენციალის სხვაობის შედეგად. ასე რომ, სულ რაღაც 1,2 წამის შემდეგ, ნაწილაკები PSB-ში აჩქარდებიან სინათლის სიჩქარის 91%-მდე და აღწევენ 1,4 გევ ენერგიას, რის შემდეგაც ისინი შედიან პროტონულ სინქროტრონს (PS). PS-ის დიამეტრი 628 მეტრია და აღჭურვილია 27 მაგნიტით, რომლებიც მიმართავენ ნაწილაკების სხივს წრიულ ორბიტაზე. აქ ნაწილაკების პროტონები 26 გევ-ს აღწევს.

პროტონების აჩქარების ბოლო რგოლი არის სუპერ პროტონული სინქროტრონი (SPS), რომლის გარშემოწერილობა 7 კილომეტრს აღწევს. აღჭურვილია 1317 მაგნიტით, SPS აჩქარებს ნაწილაკებს 450 გევ ენერგიამდე. დაახლოებით 20 წუთის შემდეგ პროტონის სხივი შედის მთავარ რგოლში - დიდ ადრონულ კოლაიდერში (LHC).

ნაწილაკების აჩქარება და შეჯახება LHC-ში

ამაჩქარებლის რგოლებს შორის გადასვლები ხდება ძლიერი მაგნიტების მიერ შექმნილი ელექტრომაგნიტური ველების მეშვეობით. კოლაიდერის მთავარი რგოლი შედგება ორი პარალელური ხაზისგან, რომლებშიც ნაწილაკები მოძრაობენ წრიული ორბიტაზე საპირისპირო მიმართულებით. დაახლოებით 10000 მაგნიტი პასუხისმგებელია ნაწილაკების წრიული ტრაექტორიის შენარჩუნებაზე და მათ შეჯახების წერტილებისკენ მიმართვაზე, ზოგიერთი მათგანის წონა 27 ტონამდეა. მაგნიტების გადახურების თავიდან ასაცილებლად, გამოიყენება ჰელიუმ-4 წრე, რომლის მეშვეობითაც დაახლოებით 96 ტონა ნივთიერება მიედინება -271,25 ° C (1,9 K) ტემპერატურაზე. პროტონები აღწევენ 6,5 ტევ ენერგიას (ანუ შეჯახების ენერგია არის 13 ტევ), ხოლო მათი სიჩქარე სინათლის სიჩქარეზე 11 კმ/სთ ნაკლებია. ამრიგად, წამში პროტონების სხივი კოლაიდერის დიდ რგოლში 11000-ჯერ გადის. ნაწილაკების შეჯახებამდე ისინი რგოლში 5-დან 24 საათის განმავლობაში ცირკულირებენ.

ნაწილაკების შეჯახება ხდება ძირითადი LHC რგოლის ოთხ წერტილში, სადაც ოთხი დეტექტორია განთავსებული: ATLAS, CMS, ALICE და LHCb.

დიდი ჰადრონული კოლაიდერის დეტექტორები

ATLAS (ტოროიდული LHC აპარატი)

— არის ერთ-ერთი ზოგადი დანიშნულების დეტექტორიდან დიდი ჰადრონის კოლაიდერში (LHC). ის იკვლევს ფიზიკის ფართო სპექტრს, ჰიგსის ბოზონის ძიებიდან დაწყებული ნაწილაკებამდე, რომლებიც შესაძლოა ბნელ მატერიას ქმნიან. მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს იგივე სამეცნიერო მიზნები, როგორც CMS ექსპერიმენტი, ATLAS იყენებს სხვადასხვა ტექნიკურ გადაწყვეტილებებს და მაგნიტური სისტემის განსხვავებულ დიზაინს.

LHC-დან ნაწილაკების სხივები ეჯახება ATLAS დეტექტორის ცენტრში, ქმნიან შემხვედრ ნამსხვრევებს ახალი ნაწილაკების სახით, რომლებიც გამოფრინდებიან შეჯახების წერტილიდან ყველა მიმართულებით. ექვსი განსხვავებული გამოვლენის ქვესისტემა, რომლებიც განლაგებულია ფენებად დარტყმის წერტილის გარშემო, აღრიცხავს ნაწილაკების გზას, იმპულსს და ენერგიას, რაც მათ ინდივიდუალურად იდენტიფიცირების საშუალებას აძლევს. მაგნიტების უზარმაზარი სისტემა ახვევს დამუხტული ნაწილაკების ბილიკებს ისე, რომ მათი იმპულსების გაზომვა შესაძლებელია.

ATLAS დეტექტორში ურთიერთქმედება ქმნის მონაცემთა უზარმაზარ ნაკადს. ამ მონაცემების დასამუშავებლად ATLAS იყენებს მოწინავე „ტრიგერის“ სისტემას, რათა დეტექტორს უთხრას რომელი მოვლენები ჩაიწეროს და რომელი იგნორირება. დახვეწილი მონაცემების შეძენისა და გამოთვლის სისტემები შემდეგ გამოიყენება ჩაწერილი შეჯახების მოვლენების გასაანალიზებლად.

დეტექტორის სიმაღლეა 46 მეტრი და სიგანე 25 მეტრი, ხოლო მისი მასა 7000 ტონაა. ეს პარამეტრები ATLAS-ს აქცევს ნაწილაკების უდიდეს დეტექტორად, რომელიც ოდესმე აშენებულა. იგი მდებარეობს გვირაბში 100 მ სიღრმეზე CERN-ის მთავარ ადგილთან ახლოს, შვეიცარიის სოფელ მეირინთან. ინსტალაცია შედგება 4 ძირითადი კომპონენტისგან:

• შიდა დეტექტორს აქვს ცილინდრული ფორმა, შიდა რგოლი განლაგებულია გამავალი ნაწილაკების სხივის ღერძიდან სულ რამდენიმე სანტიმეტრში, ხოლო გარე რგოლს აქვს დიამეტრი 2,1 მეტრი და სიგრძე 6,2 მეტრი. იგი შედგება სამი განსხვავებული სენსორული სისტემისგან, რომლებიც ჩაეფლო მაგნიტურ ველში. შიდა დეტექტორი ზომავს პროტონ-პროტონის ყოველი შეჯახებისას წარმოქმნილი ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკების მიმართულებას, იმპულსს და მუხტს. შიდა დეტექტორის ძირითადი ელემენტებია: Pixel Detector, Semi-conductor Tracker (SCT) და Transition radiation tracker (TRT).

• კალორიმეტრები ზომავენ ენერგიას, რომელსაც ნაწილაკი კარგავს დეტექტორში გავლისას. ის შთანთქავს შეჯახების დროს წარმოქმნილ ნაწილაკებს, რითაც აღრიცხავს მათ ენერგიას. კალორიმეტრები შედგება მაღალი სიმკვრივის "შთამნთქმელი" მასალის - ტყვიისგან - მონაცვლეობით "აქტიური გარემოს" - თხევადი არგონის ფენებისგან. ელექტრომაგნიტური კალორიმეტრები ზომავენ ელექტრონებისა და ფოტონების ენერგიას მატერიასთან ურთიერთქმედებისას. ჰადრონის კალორიმეტრები ზომავენ ჰადრონების ენერგიას ატომის ბირთვებთან ურთიერთობისას. კალორიმეტრებს შეუძლიათ შეაჩერონ ყველაზე ცნობილი ნაწილაკები, გარდა მიონებისა და ნეიტრინოებისა.

LAR (თხევადი არგონის კალორიმეტრი) - ATLAS კალორიმეტრი

• მიონის სპექტრომეტრი შედგება 4000 ინდივიდუალური მიონის კამერისგან, რომლებიც იყენებენ ოთხ განსხვავებულ ტექნოლოგიას მიონების იდენტიფიცირებისთვის და მათი იმპულსის გასაზომად. მუონები, როგორც წესი, გადიან შიდა დეტექტორსა და კალორიმეტრს, რაც მოითხოვს მიონის სპექტრომეტრს.

• ATLAS-ის მაგნიტური სისტემა ახვევს ნაწილაკებს დეტექტორული სისტემების სხვადასხვა ფენების გარშემო, რაც აადვილებს ნაწილაკების კვალს.

ATLAS ექსპერიმენტში (2012 წლის თებერვალი) მონაწილეობს 3000-ზე მეტი მეცნიერი 174 ინსტიტუტიდან 38 ქვეყანაში.

CMS (კომპაქტური მუონის სოლენოიდი)

— არის ზოგადი დანიშნულების დეტექტორი დიდ ადრონულ კოლაიდერზე (LHC). ATLAS-ის მსგავსად, მას აქვს ფართო ფიზიკის პროგრამა, დაწყებული სტანდარტული მოდელის (მათ შორის ჰიგსის ბოზონის) შესწავლიდან დაწყებული ნაწილაკების ძიებამდე, რომლებიც შეიძლება შეადგენენ ბნელ მატერიას. მიუხედავად იმისა, რომ მას აქვს იგივე სამეცნიერო მიზნები, როგორც ATLAS ექსპერიმენტი, CMS იყენებს სხვადასხვა ტექნიკურ გადაწყვეტილებებს და მაგნიტური სისტემის განსხვავებულ დიზაინს.

CMS დეტექტორი აგებულია უზარმაზარი სოლენოიდის მაგნიტის გარშემო. ეს არის ზეგამტარი კაბელის ცილინდრული ხვეული, რომელიც წარმოქმნის 4 ტესლას ველს, დედამიწის მაგნიტურ ველს დაახლოებით 100000-ჯერ აღემატება. ველი შემოიფარგლება ფოლადის „უღლით“, რომელიც დეტექტორის ყველაზე მასიური კომპონენტია, რომელიც 14000 ტონას იწონის. სრული დეტექტორის სიგრძე 21 მ, სიგანე 15 მ და სიმაღლე 15 მ. ინსტალაცია შედგება 4 ძირითადი კომპონენტისგან:

• სოლენოიდის მაგნიტი მსოფლიოში ყველაზე დიდი მაგნიტია და ემსახურება დარტყმის წერტილიდან გამოსხივებული დამუხტული ნაწილაკების ტრაექტორიის მოხვევას. ტრაექტორიის დამახინჯება შესაძლებელს ხდის განასხვავოს დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები (რადგან ისინი საპირისპირო მიმართულებით იღუნებიან), ასევე იმპულსის გაზომვა, რომლის სიდიდე დამოკიდებულია ტრაექტორიის გამრუდებაზე. სოლენოიდის უზარმაზარი ზომა საშუალებას აძლევს ტრეკერს და კალორიმეტრებს განლაგდეს კოჭის შიგნით.
• Silicon Tracker - შედგება 75 მილიონი ინდივიდუალური ელექტრონული სენსორისგან, რომლებიც განლაგებულია კონცენტრირებულ ფენებად. როდესაც დამუხტული ნაწილაკი დაფრინავს ტრეკერის ფენებში, ის ენერგიის ნაწილს გადასცემს თითოეულ ფენას; ნაწილაკების შეჯახების ამ წერტილების სხვადასხვა ფენებთან გაერთიანება საშუალებას გვაძლევს შემდგომ განვსაზღვროთ მისი ტრაექტორია.
• კალორიმეტრები - ელექტრონული და ჰადრონული, იხილეთ ATLAS კალორიმეტრები.
• ქვე-დეტექტორები - საშუალებას გაძლევთ აღმოაჩინოთ მიონები. ისინი წარმოდგენილია 1400 მიონური კამერით, რომლებიც განლაგებულია კოჭის გარეთ ფენებში, მონაცვლეობით "უღლის" ლითონის ფირფიტებით.

CMS ექსპერიმენტი არის ერთ-ერთი უდიდესი საერთაშორისო სამეცნიერო კვლევა ისტორიაში, რომელშიც მონაწილეობს 4300 ადამიანი: ნაწილაკების ფიზიკოსები, ინჟინრები და ტექნიკოსები, სტუდენტები და დამხმარე პერსონალი 182 ინსტიტუტიდან, 42 ქვეყნიდან (2014 წლის თებერვალი).

ალისა (დიდი იონთა კოლაიდერის ექსპერიმენტი)

— არის მძიმე იონის დეტექტორი დიდი ადრონული კოლაიდერის (LHC) რგოლებზე. იგი შექმნილია ძლიერ ურთიერთქმედების მატერიის ფიზიკის შესასწავლად ექსტრემალურ ენერგიის სიმკვრივეებში, სადაც წარმოიქმნება მატერიის ფაზა, რომელსაც ეწოდება კვარკ-გლუონური პლაზმა.

დღევანდელ სამყაროში ყველა ჩვეულებრივი მატერია ატომებისგან შედგება. თითოეული ატომი შეიცავს პროტონებისა და ნეიტრონების ბირთვს (გარდა წყალბადისა, რომელსაც არ აქვს ნეიტრონები), რომელიც გარშემორტყმულია ელექტრონების ღრუბლით. პროტონები და ნეიტრონები, თავის მხრივ, შედგება კვარკებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სხვა ნაწილაკებთან, რომლებსაც გლუონები ეწოდება. იზოლირებულად არცერთი კვარკი არ ყოფილა დაფიქსირებული: კვარკები, ისევე როგორც გლუონები, როგორც ჩანს, მუდმივად არიან შეკრულნი ერთმანეთთან და შემოიფარგლებიან შემადგენელ ნაწილაკებში, როგორიცაა პროტონები და ნეიტრონები. ამას ჰქვია ჩაკეტვა.

LHC-ში შეჯახებები ქმნის 100000-ჯერ უფრო ცხელ ტემპერატურას, ვიდრე მზის ცენტრში. კოლაიდერი იძლევა ტყვიის იონებს შორის შეჯახების საშუალებას, აღადგენს მსგავს პირობებს, რაც მოხდა მაშინვე დიდი აფეთქების შემდეგ. ამ ექსტრემალურ პირობებში პროტონები და ნეიტრონები „დნება“ და ათავისუფლებს კვარკებს გლუონებთან კავშირისგან. ეს არის კვარკ-გლუონური პლაზმა.

ALICE ექსპერიმენტში გამოიყენება ALICE დეტექტორი, რომელიც იწონის 10000 ტონას, არის 26 მ სიგრძის, 16 მ სიმაღლისა და 16 მ სიგანის. მოწყობილობა შედგება კომპონენტების სამი ძირითადი კომპლექტისაგან: თვალთვალის მოწყობილობები, კალორიმეტრები და ნაწილაკების იდენტიფიკატორი დეტექტორები. ის ასევე დაყოფილია 18 მოდულად. დეტექტორი მდებარეობს გვირაბში 56 მ სიღრმეზე, საფრანგეთში, სოფელ სენ-დენი-პუილის მახლობლად.

ექსპერიმენტში მონაწილეობს 1000-ზე მეტი მეცნიერი 100-ზე მეტი ფიზიკის ინსტიტუტიდან 30 ქვეყანაში.

LHCb (დიდი ადრონული კოლაიდერის სილამაზის ექსპერიმენტი)

ექსპერიმენტი იკვლევს მცირე განსხვავებებს მატერიასა და ანტიმატერიას შორის ნაწილაკების ტიპის შესწავლით, რომელსაც ეწოდება სილამაზის კვარკი ან b კვარკი.

ნაცვლად იმისა, რომ მთელი შეჯახების წერტილი დახურული დეტექტორით შემოიფარგლოს, როგორიცაა ATLAS და CMS, LHCb ექსპერიმენტი იყენებს ქვედეტექტორების სერიას, რათა აღმოაჩინოს უპირატესად წინა ნაწილაკები - ისინი, რომლებიც შეჯახების შედეგად ერთი მიმართულებით იყო მიმართული. პირველი ქვედეტექტორი დამონტაჟებულია შეჯახების წერტილთან ახლოს, დანარჩენები კი ერთმანეთის მიყოლებით 20 მეტრის მანძილზე.

LHC ქმნის სხვადასხვა ტიპის კვარკების დიდ სიმრავლეს, სანამ ისინი სწრაფად დაიშლება სხვა ფორმებად. b კვარკების დასაჭერად შეიქმნა რთული მოძრავი თვალთვალის დეტექტორები LHCb-სთვის, რომლებიც მდებარეობს კოლაიდერის მეშვეობით ნაწილაკების სხივის მოძრაობასთან ახლოს.

5600 ტონიანი LHCb დეტექტორი შედგება პირდაპირი სპექტრომეტრისა და ბრტყელი დეტექტორებისგან. მისი სიგრძეა 21 მეტრი, სიმაღლე 10 მეტრი და სიგანე 13 მეტრი და მდებარეობს მიწისქვეშეთში 100 მეტრზე. LHCb ექსპერიმენტში (2013 წლის ოქტომბერი) ჩართულია დაახლოებით 700 მეცნიერი 66 სხვადასხვა ინსტიტუტიდან და უნივერსიტეტიდან.

სხვა ექსპერიმენტები კოლაიდერზე

გარდა ზემოაღნიშნული ექსპერიმენტებისა დიდ ადრონულ კოლაიდერზე, არსებობს კიდევ ორი ​​ექსპერიმენტი ინსტალაციებით:

• LHCf (დიდი ადრონული კოლაიდერი წინ)— სწავლობს ნაწილაკების სხივების შეჯახების შემდეგ წინ გადაყრილ ნაწილაკებს. ისინი კოსმოსური სხივების სიმულაციას ახდენენ, რასაც მეცნიერები ექსპერიმენტის ფარგლებში სწავლობენ. კოსმოსური სხივები არის ბუნებრივად დამუხტული ნაწილაკები გარე კოსმოსიდან, რომლებიც მუდმივად ბომბავს დედამიწის ატმოსფეროს. ისინი ეჯახებიან ბირთვებს ზედა ატმოსფეროში, რაც იწვევს ნაწილაკების კასკადს, რომელიც აღწევს მიწის დონეს. იმის შესწავლა, თუ როგორ წარმოიქმნება LHC-ის შიგნით შეჯახებები ნაწილაკების ასეთ კასკადებს, დაეხმარება ფიზიკოსებს ინტერპრეტაციაში და დაკალიბრონ ფართომასშტაბიანი კოსმოსური სხივების ექსპერიმენტები, რომლებიც შეიძლება გაგრძელდეს ათასობით კილომეტრზე.

LHCf შედგება ორი დეტექტორისგან, რომლებიც განლაგებულია LHC-ის გასწვრივ, 140 მეტრის დაშორებით ATLAS ზემოქმედების წერტილის ორივე მხარეს. ორი დეტექტორიდან თითოეული იწონის მხოლოდ 40 კილოგრამს და ზომებია 30 სმ სიგრძისა, 80 სმ სიმაღლისა და 10 სმ სიგანის. LHCf ექსპერიმენტში მონაწილეობს 30 მეცნიერი 9 ინსტიტუტიდან 5 ქვეყანაში (2012 წლის ნოემბერი).

• TOTEM (საერთო ჯვარედინი განყოფილება, ელასტიური გაფანტვა და დიფრაქციული დისოციაცია)- ექსპერიმენტი კოლაიდერზე ყველაზე ხანგრძლივ ინსტალაციაზე. მისი მისიაა თავად პროტონების შესწავლა, დაბალი კუთხით შეჯახებისას წარმოქმნილი პროტონების ზუსტად გაზომვით. ეს რეგიონი ცნობილია როგორც "წინ" მიმართულება და მიუწვდომელია სხვა LHC ექსპერიმენტებისთვის. TOTEM დეტექტორები ვრცელდება თითქმის ნახევარ კილომეტრზე CMS ურთიერთქმედების წერტილის გარშემო. TOTEM-ს აქვს თითქმის 3000 კგ აღჭურვილობა, მათ შორის ოთხი ბირთვული ტელესკოპი, ასევე 26 რომაული ქოთნის დეტექტორი. ეს უკანასკნელი ტიპი საშუალებას აძლევს დეტექტორებს განლაგდეს რაც შეიძლება ახლოს ნაწილაკების სხივთან. TOTEM ექსპერიმენტი მოიცავს დაახლოებით 100 მეცნიერს 8 ქვეყნის 16 ინსტიტუტიდან (2014 წლის აგვისტო).

რატომ არის საჭირო დიდი ადრონული კოლაიდერი?

უდიდესი საერთაშორისო სამეცნიერო ინსტალაცია იკვლევს ფიზიკური პრობლემების ფართო სპექტრს:

• ტოპ კვარკების შესწავლა. ეს ნაწილაკი არა მხოლოდ უმძიმესი კვარკია, არამედ უმძიმესი ელემენტარული ნაწილაკიც. ზედა კვარკის თვისებების შესწავლას ასევე აქვს აზრი, რადგან ის კვლევის ინსტრუმენტია.
• ჰიგსის ბოზონის ძიება და შესწავლა. მიუხედავად იმისა, რომ CERN ამტკიცებს, რომ ჰიგსის ბოზონი უკვე აღმოაჩინეს (2012 წელს), მისი ბუნების შესახებ ძალიან ცოტაა ცნობილი და შემდგომმა კვლევამ შეიძლება მეტი სიცხადე მოუტანოს მისი მოქმედების მექანიზმს.

• კვარკ-გლუონური პლაზმის შესწავლა. როდესაც ტყვიის ბირთვები დიდი სიჩქარით ეჯახება, კოლაიდერში წარმოიქმნება . მისმა კვლევამ შეიძლება მოიტანოს სასარგებლო შედეგები როგორც ბირთვული ფიზიკისთვის (ძლიერი ურთიერთქმედებების თეორიის გაუმჯობესება) და ასტროფიზიკისთვის (სამყაროს შესწავლა მისი არსებობის პირველ წუთებში).
• სუპერსიმეტრიის ძიება. ეს კვლევა მიზნად ისახავს უარყოს ან დაამტკიცოს „სუპერსიმეტრია“, თეორია, რომ ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს ჰყავს უფრო მძიმე პარტნიორი, რომელსაც „ზენაწილაკი“ ეწოდება.
• ფოტონ-ფოტონისა და ფოტონ-ადრონის შეჯახების შესწავლა. ეს გააუმჯობესებს ამგვარი შეჯახების პროცესების მექანიზმების გაგებას.
• ეგზოტიკური თეორიების ტესტირება. დავალებების ამ კატეგორიაში შედის ყველაზე არატრადიციული - "ეგზოტიკური", მაგალითად, პარალელური სამყაროების ძებნა მინი შავი ხვრელების შექმნით.

გარდა ამ ამოცანებისა, არსებობს მრავალი სხვა, რომელთა გადაწყვეტა ასევე საშუალებას მისცემს კაცობრიობას უკეთეს დონეზე გაიგოს ბუნება და ჩვენს გარშემო არსებული სამყარო, რაც თავის მხრივ გახსნის შესაძლებლობებს ახალი ტექნოლოგიების შექმნისთვის.

დიდი ადრონული კოლაიდერის პრაქტიკული სარგებელი და ფუნდამენტური მეცნიერება

უპირველეს ყოვლისა, უნდა აღინიშნოს, რომ საბაზისო კვლევა ხელს უწყობს საბაზისო მეცნიერებას. გამოყენებითი მეცნიერება ეხება ამ ცოდნის გამოყენებას. საზოგადოების სეგმენტი, რომელმაც არ იცის ფუნდამენტური მეცნიერების სარგებელი, ხშირად არ აღიქვამს ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენას ან კვარკ-გლუონური პლაზმის შექმნას, როგორც რაღაც მნიშვნელოვანს. ასეთი კვლევების კავშირი ჩვეულებრივი ადამიანის ცხოვრებასთან აშკარა არ არის. მოდით შევხედოთ მოკლე მაგალითს ბირთვული ენერგიის შესახებ:

1896 წელს ფრანგმა ფიზიკოსმა ანტუან ანრი ბეკერელმა აღმოაჩინა რადიოაქტიურობის ფენომენი. დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ კაცობრიობა მალე არ გადავიდოდა მის სამრეწველო გამოყენებაზე. ისტორიაში პირველი ბირთვული რეაქტორის გაშვებამდე სულ რაღაც ხუთი წლით ადრე, დიდმა ფიზიკოსმა ერნესტ რეზერფორდმა, რომელმაც რეალურად აღმოაჩინა ატომის ბირთვი 1911 წელს, თქვა, რომ ატომური ენერგია ვერასოდეს იპოვის თავის გამოყენებას. ექსპერტებმა შეძლეს გადახედონ თავიანთი დამოკიდებულება ატომის ბირთვში შემავალი ენერგიის მიმართ 1939 წელს, როდესაც გერმანელმა მეცნიერებმა ლიზ მეიტნერმა და ოტო ჰანმა აღმოაჩინეს, რომ ურანის ბირთვები, ნეიტრონებით დასხივებისას, ორ ნაწილად იყოფა და გამოიყოფა უზარმაზარი ენერგია - ბირთვული. ენერგია.

და მხოლოდ ფუნდამენტური კვლევის სერიის ამ ბოლო რგოლის შემდეგ გამოჩნდა გამოყენებითი მეცნიერება, რომელმაც ამ აღმოჩენების საფუძველზე გამოიგონა მოწყობილობა ბირთვული ენერგიის წარმოებისთვის - ატომური რეაქტორი. აღმოჩენის მასშტაბები შეიძლება შეფასდეს ბირთვული რეაქტორების მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგიის წილის დათვალიერებით. ასე, მაგალითად, უკრაინაში ატომური ელექტროსადგურები ელექტროენერგიის გამომუშავების 56%-ს შეადგენს, ხოლო საფრანგეთში - 76%-ს.

ყველა ახალი ტექნოლოგია ეფუძნება გარკვეულ ფუნდამენტურ ცოდნას. აქ არის კიდევ რამდენიმე მოკლე მაგალითი:

• 1895 წელს ვილჰელმ კონრად რენტგენმა შენიშნა, რომ რენტგენის სხივების ზემოქმედებისას ფოტოგრაფიული ფირფიტა ბნელდება. დღეს რენტგენოგრაფია მედიცინაში ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამოკვლევაა, რომელიც საშუალებას იძლევა შეისწავლოს შინაგანი ორგანოების მდგომარეობა და აღმოაჩინოს ინფექციები და შეშუპებები.
• 1915 წელს ალბერტ აინშტაინმა შესთავაზა საკუთარი. დღეს ეს თეორია გათვალისწინებულია GPS თანამგზავრების მუშაობისას, რომლებიც განსაზღვრავენ ობიექტის მდებარეობას რამდენიმე მეტრის სიზუსტით. GPS გამოიყენება ფიჭურ კომუნიკაციებში, კარტოგრაფიაში, ტრანსპორტის მონიტორინგში, მაგრამ პირველ რიგში ნავიგაციაში. თანამგზავრის შეცდომა, რომელიც არ ითვალისწინებს ზოგად ფარდობითობას, გაშვების მომენტიდან დღეში 10 კილომეტრით გაიზრდებოდა! და თუ ფეხით მოსიარულეს შეუძლია გამოიყენოს თავისი გონება და ქაღალდის რუკა, მაშინ ავიაკომპანიის პილოტები აღმოჩნდებიან რთულ სიტუაციაში, რადგან შეუძლებელია ღრუბლებით ნავიგაცია.

თუ დღეს LHC-ში გაკეთებული აღმოჩენების პრაქტიკული გამოყენება ჯერ კიდევ არ არის ნაპოვნი, ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მეცნიერები „ტყუილად აჭიანურებენ კოლაიდერს“. მოგეხსენებათ, გონივრული ადამიანი ყოველთვის აპირებს მიიღოს მაქსიმალური პრაქტიკული გამოყენება არსებული ცოდნიდან და ამიტომ LHC-ში კვლევის პროცესში დაგროვილი ბუნების შესახებ ცოდნა აუცილებლად იპოვის თავის გამოყენებას, ადრე თუ გვიან. როგორც ზემოთ უკვე აჩვენა, კავშირი ფუნდამენტურ აღმოჩენებსა და მათ გამოყენებას ტექნოლოგიებს შორის შეიძლება ზოგჯერ საერთოდ არ იყოს აშკარა.

და ბოლოს, ავღნიშნოთ ე.წ. არაპირდაპირი აღმოჩენები, რომლებიც არ არის დასახული კვლევის საწყის მიზნებად. ისინი საკმაოდ ხშირად ხდება, რადგან ფუნდამენტური აღმოჩენის გაკეთება ჩვეულებრივ მოითხოვს ახალი ტექნოლოგიების დანერგვას და გამოყენებას. ამრიგად, ოპტიკის განვითარებამ ბიძგი მიიღო ფუნდამენტური კოსმოსური კვლევის შედეგად, რომელიც დაფუძნებულია ასტრონომების მიერ ტელესკოპის საშუალებით დაკვირვებებზე. CERN-ის შემთხვევაში ასე გაჩნდა ყველგან გავრცელებული ტექნოლოგია - ინტერნეტი, პროექტი, რომელიც ტიმ ბერნერს-ლის მიერ შემოთავაზებული 1989 წელს CERN-ის ორგანიზაციის მონაცემების მოძიებაში გაადვილებისთვის იყო.

ამაჩქარებლის შექმნის ისტორია, რომელსაც დღეს დიდი ადრონული კოლაიდერის სახელით ვიცნობთ, 2007 წლიდან იწყება. თავდაპირველად, ამაჩქარებლების ქრონოლოგია დაიწყო ციკლოტრონით. მოწყობილობა იყო პატარა მოწყობილობა, რომელიც ადვილად ჯდებოდა მაგიდაზე. შემდეგ ამაჩქარებლების ისტორიამ სწრაფად დაიწყო განვითარება. გამოჩნდა სინქროფაზოტრონი და სინქროტრონი.

ისტორიაში, ალბათ, ყველაზე საინტერესო პერიოდი იყო 1956 წლიდან 1957 წლამდე. იმ დღეებში საბჭოთა მეცნიერება, კერძოდ, ფიზიკა არ ჩამორჩებოდა თავის უცხოელ ძმებს. მრავალწლიანი გამოცდილების გამოყენებით, საბჭოთა ფიზიკოსმა, სახელად ვლადიმირ ვეკსლერმა, მიაღწია გარღვევას მეცნიერებაში. მან შექმნა იმ დროს ყველაზე ძლიერი სინქროფაზოტრონი. მისი მოქმედი სიმძლავრე იყო 10 გიგაელექტრონვოლტი (10 მილიარდი ელექტრონვოლტი). ამ აღმოჩენის შემდეგ შეიქმნა ამაჩქარებლების სერიოზული ნიმუშები: დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერი, შვეიცარიული ამაჩქარებელი, გერმანიაში, აშშ-ში. მათ ყველას ერთი საერთო მიზანი ჰქონდა - კვარკების ფუნდამენტური ნაწილაკების შესწავლა.

დიდი ადრონული კოლაიდერი, პირველ რიგში, იტალიელი ფიზიკოსის ძალისხმევის წყალობით შეიქმნა. მისი სახელია კარლო რუბია, ნობელის პრემიის ლაურეატი. თავისი კარიერის განმავლობაში რუბია მუშაობდა დირექტორად ევროპის ბირთვული კვლევების ორგანიზაციაში. გადაწყდა კვლევითი ცენტრის ადგილზე ჰადრონული კოლაიდერის აშენება და გაშვება.

სად არის ჰადრონის კოლაიდერი?

კოლაიდერი მდებარეობს შვეიცარიისა და საფრანგეთის საზღვარზე. მისი გარშემოწერილობა 27 კილომეტრია, რის გამოც მას დიდს უწოდებენ. ამაჩქარებლის რგოლი სიღრმეში 50-დან 175 მეტრამდე მიდის. კოლაიდერს აქვს 1232 მაგნიტი. ისინი სუპერგამტარები არიან, რაც ნიშნავს, რომ მათგან შეიძლება წარმოიქმნას აჩქარების მაქსიმალური ველი, რადგან ასეთ მაგნიტებში პრაქტიკულად არ არის ენერგიის მოხმარება. თითოეული მაგნიტის საერთო წონაა 3,5 ტონა, სიგრძით 14,3 მეტრი.

ნებისმიერი ფიზიკური ობიექტის მსგავსად, დიდი ადრონული კოლაიდერი წარმოქმნის სითბოს. ამიტომ ის მუდმივად უნდა გაცივდეს. ამის მისაღწევად, ტემპერატურა შენარჩუნებულია 1.7 K-ზე 12 მილიონი ლიტრი თხევადი აზოტის გამოყენებით. გარდა ამისა, გაციებისთვის გამოიყენება 700 ათასი ლიტრი და რაც მთავარია, ნორმალურ ატმოსფერულ წნევაზე ათჯერ დაბალია წნევა.

ტემპერატურა 1,7 კ ცელსიუსის შკალით არის -271 გრადუსი. ეს ტემპერატურა თითქმის მიახლოებულია იმ მინიმალურ შესაძლო ზღვართან, რაც შეიძლება ჰქონდეს ფიზიკურ სხეულს.

არანაკლებ საინტერესოა გვირაბის შიდა მხარე. არის ნიობიუმ-ტიტანის კაბელები სუპერგამტარი შესაძლებლობებით. მათი სიგრძე 7600 კილომეტრია. კაბელების საერთო წონა 1200 ტონაა. კაბელის შიგნით არის 6300 მავთულის ნაქსოვი, რომელთა საერთო მანძილი 1,5 მილიარდი კილომეტრია. ეს სიგრძე უდრის 10 ასტრონომიულ ერთეულს. მაგალითად, უდრის 10 ასეთ ერთეულს.

თუ მის გეოგრაფიულ მდებარეობაზე ვისაუბრებთ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კოლაიდერის რგოლები დევს ქალაქებს შორის სენ-ჟენისა და ფორნი-ვოლტერს შორის, რომლებიც მდებარეობს საფრანგეთის მხარეს, ასევე მეირინსა და ვესურატს შორის - შვეიცარიის მხარეს. პატარა რგოლი სახელად PS გადის საზღვრის დიამეტრის გასწვრივ.

არსებობის აზრი

იმისათვის, რომ უპასუხოთ კითხვას "რისთვის არის ჰადრონის კოლაიდერი", თქვენ უნდა მიმართოთ მეცნიერებს. ბევრი მეცნიერი ამბობს, რომ ეს არის უდიდესი გამოგონება მეცნიერების მთელ ისტორიაში და რომ მის გარეშე მეცნიერებას, როგორც ჩვენ დღეს ვიცით, უბრალოდ აზრი არ აქვს. დიდი ადრონული კოლაიდერის არსებობა და გაშვება საინტერესოა, რადგან როდესაც ნაწილაკები ეჯახებიან ჰადრონულ კოლაიდერს, ხდება აფეთქება. ყველა უმცირესი ნაწილაკი იფანტება სხვადასხვა მიმართულებით. იქმნება ახალი ნაწილაკები, რომლებსაც შეუძლიათ ახსნან ბევრი რამის არსებობა და მნიშვნელობა.

პირველი, რისი პოვნაც მეცნიერებმა სცადეს ამ ჩამოვარდნილ ნაწილაკებში, იყო ფიზიკოსის პიტერ ჰიგსის თეორიულად ნაწინასწარმეტყველები ელემენტარული ნაწილაკი, სახელწოდებით ეს საოცარი ნაწილაკი ინფორმაციის მატარებელია, ითვლება. მას ასევე ხშირად უწოდებენ "ღვთის ნაწილაკს". მისი აღმოჩენა მეცნიერებს უფრო დააახლოებს სამყაროს გაგებასთან. აღსანიშნავია, რომ 2012 წელს, 4 ივლისს, ჰადრონის კოლაიდერი (მისი გაშვება ნაწილობრივ წარმატებული იყო) დაეხმარა მსგავსი ნაწილაკების აღმოჩენას. დღეს მეცნიერები მის უფრო დეტალურად შესწავლას ცდილობენ.

Რამდენ ხანს...

რა თქმა უნდა, მაშინვე ჩნდება კითხვა: რატომ სწავლობდნენ მეცნიერები ამ ნაწილაკებს ამდენი ხნის განმავლობაში? თუ მოწყობილობა გაქვთ, შეგიძლიათ მისი გაშვება და ყოველ ჯერზე მეტი და მეტი მონაცემების აღება. ფაქტია, რომ ჰადრონის კოლაიდერის მართვა ძვირადღირებული წინადადებაა. ერთი გაშვება ბევრი ფული ღირს. მაგალითად, წლიური ენერგიის მოხმარება არის 800 მილიონი კვტ/სთ. ამ რაოდენობის ენერგიას მოიხმარს ქალაქი, რომლის მოსახლეობა დაახლოებით 100 ათასი ადამიანია, საშუალო სტანდარტებით. და ეს არ მოიცავს ტექნიკურ ხარჯებს. კიდევ ერთი მიზეზი ის არის, რომ ჰადრონის კოლაიდერში აფეთქება, რომელიც ხდება პროტონების შეჯახებისას, დაკავშირებულია დიდი რაოდენობით მონაცემების მიღებასთან: კომპიუტერები კითხულობენ იმდენ ინფორმაციას, რომ დამუშავებას დიდი დრო სჭირდება. მიუხედავად იმისა, რომ კომპიუტერების ძალა, რომლებიც ინფორმაციას იღებენ, დღევანდელი სტანდარტებითაც კი დიდია.

შემდეგი მიზეზი არანაკლებ ცნობილია.ამ მიმართულებით კოლაიდერთან მომუშავე მეცნიერები დარწმუნებულნი არიან, რომ მთელი სამყაროს ხილული სპექტრი მხოლოდ 4%-ს შეადგენს. ვარაუდობენ, რომ დანარჩენი ბნელი მატერია და ბნელი ენერგიაა. ისინი ცდილობენ ექსპერიმენტულად დაამტკიცონ, რომ ეს თეორია სწორია.

ადრონული კოლაიდერი: მომხრე ან წინააღმდეგ

ბნელი მატერიის წამოყენებულმა თეორიამ ეჭვქვეშ დააყენა ჰადრონის კოლაიდერის უსაფრთხოება. გაჩნდა კითხვა: "ადრონული კოლაიდერი: მომხრე თუ წინააღმდეგ?" მან ბევრი მეცნიერი შეაშფოთა. მსოფლიოს ყველა დიდი გონება იყოფა ორ კატეგორიად. „ოპონენტებმა“ წამოაყენეს საინტერესო თეორია, რომ თუ ასეთი მატერია არსებობს, მაშინ მას უნდა ჰქონდეს საპირისპირო ნაწილაკი. და როცა ნაწილაკები ამაჩქარებელში ეჯახებიან, ბნელი ნაწილი ჩნდება. არსებობდა იმის რისკი, რომ ბნელი ნაწილი და ის ნაწილი, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, შეჯახებოდა. მაშინ ამან შეიძლება გამოიწვიოს მთელი სამყაროს სიკვდილი. თუმცა ჰადრონული კოლაიდერის პირველი გაშვების შემდეგ ეს თეორია ნაწილობრივ დაირღვა.

შემდეგი მნიშვნელობით მოდის სამყაროს აფეთქება, უფრო სწორად, დაბადება. ითვლება, რომ შეჯახების დროს შესაძლებელია დაკვირვება, თუ როგორ იქცეოდა სამყარო არსებობის პირველ წამებში. როგორ გამოიყურებოდა იგი დიდი აფეთქების შემდეგ. ითვლება, რომ ნაწილაკების შეჯახების პროცესი ძალიან ჰგავს იმას, რაც მოხდა სამყაროს დასაწყისში.

კიდევ ერთი თანაბრად ფანტასტიკური იდეა, რომელსაც მეცნიერები ამოწმებენ, არის ეგზოტიკური მოდელები. წარმოუდგენლად გამოიყურება, მაგრამ არსებობს თეორია, რომელიც ვარაუდობს, რომ არსებობს სხვა განზომილებები და სამყაროები ჩვენნაირი ადამიანებით. და უცნაურად საკმარისია, ამაჩქარებელს აქაც შეუძლია დახმარება.

მარტივად რომ ვთქვათ, ამაჩქარებლის დანიშნულებაა გაიგოს რა არის სამყარო, როგორ შეიქმნა იგი და დაამტკიცოს ან უარყოს ყველა არსებული თეორია ნაწილაკებისა და მასთან დაკავშირებული ფენომენების შესახებ. რა თქმა უნდა, ამას წლები დასჭირდება, მაგრამ ყოველი გაშვებისას ჩნდება ახალი აღმოჩენები, რომლებიც რევოლუციას ახდენენ მეცნიერების სამყაროში.

ფაქტები ამაჩქარებლის შესახებ

ყველამ იცის, რომ ამაჩქარებელი აჩქარებს ნაწილაკებს სინათლის სიჩქარის 99%-მდე, მაგრამ ბევრმა არ იცის, რომ პროცენტი არის სინათლის სიჩქარის 99,9999991%. ამ გასაოცარ ფიგურას აზრი აქვს სრულყოფილი დიზაინისა და ძლიერი აჩქარების მაგნიტების წყალობით. ასევე აღსანიშნავია რამდენიმე ნაკლებად ცნობილი ფაქტი.

დაახლოებით 100 მილიონი მონაცემთა ნაკადი, რომელიც მოდის თითოეული ორი მთავარი დეტექტორიდან, შეუძლია შეავსოს 100000-ზე მეტი CD-ROM რამდენიმე წამში. სულ რაღაც ერთ თვეში დისკების რაოდენობა ისეთ სიმაღლეს მიაღწევდა, რომ თუ დაწყობილი იქნებოდა, საკმარისი იქნებოდა მთვარემდე მისასვლელად. ამიტომ, გადაწყდა, რომ შეგროვებულიყო არა ყველა ის მონაცემი, რომელიც მოდის დეტექტორებიდან, არამედ მხოლოდ ის, რისი გამოყენებაც დაშვებული იქნება მონაცემთა შეგროვების სისტემის მიერ, რომელიც ფაქტობრივად მოქმედებს როგორც ფილტრი მიღებული მონაცემებისთვის. გადაწყდა აფეთქების მომენტში მომხდარი მხოლოდ 100 მოვლენის ჩაწერა. ეს მოვლენები ჩაიწერება დიდი ჰადრონული კოლაიდერის კომპიუტერული ცენტრის არქივში, რომელიც მდებარეობს ევროპის ნაწილაკების ფიზიკის ლაბორატორიაში, რომელიც ასევე არის ამაჩქარებლის ადგილმდებარეობა. ჩაიწერება არა ის მოვლენები, რომლებიც ჩაიწერა, არამედ ის, რაც ყველაზე მეტად აინტერესებს სამეცნიერო საზოგადოებას.

შემდგომი დამუშავება

ჩაწერის შემდეგ ასობით კილობაიტი მონაცემი დამუშავდება. ამ მიზნით CERN-ში განთავსებული ორი ათასზე მეტი კომპიუტერი გამოიყენება. ამ კომპიუტერების ამოცანაა პირველადი მონაცემების დამუშავება და მისგან მონაცემთა ბაზის შექმნა, რომელიც მოსახერხებელი იქნება შემდგომი ანალიზისთვის. შემდეგი, გენერირებული მონაცემთა ნაკადი გაიგზავნება GRID კომპიუტერულ ქსელში. ეს ინტერნეტ ქსელი აერთიანებს ათასობით კომპიუტერს, რომელიც მდებარეობს მსოფლიოს სხვადასხვა ინსტიტუტში და აკავშირებს ასზე მეტ დიდ ცენტრს, რომლებიც მდებარეობს სამ კონტინენტზე. ყველა ასეთი ცენტრი დაკავშირებულია CERN-თან ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის გამოყენებით მონაცემთა გადაცემის მაქსიმალური სიჩქარისთვის.

ფაქტებზე საუბრისას უნდა აღვნიშნოთ სტრუქტურის ფიზიკური მაჩვენებლებიც. ამაჩქარებლის გვირაბი ჰორიზონტალური სიბრტყიდან გადახრილია 1,4%-ით. ეს გაკეთდა ძირითადად იმისთვის, რომ ამაჩქარებლის გვირაბის უმეტესი ნაწილი მონოლითურ კლდეში მოთავსებულიყო. ამრიგად, მოპირდაპირე მხარეს განლაგების სიღრმე განსხვავებულია. თუ ჩავთვლით ტბის მხრიდან, რომელიც ჟენევასთან ახლოს მდებარეობს, მაშინ სიღრმე 50 მეტრი იქნება. მოპირდაპირე ნაწილის სიღრმე 175 მეტრია.

საინტერესო ის არის, რომ მთვარის ფაზები მოქმედებს ამაჩქარებელზე. როგორც ჩანს, როგორ შეუძლია ასეთ შორეულ ობიექტს გავლენა მოახდინოს ასეთ მანძილზე. თუმცა, დაფიქსირდა, რომ სავსე მთვარის დროს, როდესაც მოქცევა ხდება, ჟენევის ტერიტორიაზე მიწა 25 სანტიმეტრით იზრდება. ეს გავლენას ახდენს კოლაიდერის სიგრძეზე. სიგრძე ამით იზრდება 1 მილიმეტრით, ხოლო სხივის ენერგია ასევე იცვლება 0,02%-ით. ვინაიდან სხივის ენერგია უნდა იყოს კონტროლირებადი 0,002%-მდე, მკვლევარებმა უნდა გაითვალისწინონ ეს ფენომენი.

საინტერესოა ისიც, რომ კოლაიდერის გვირაბს აქვს რვაკუთხედის ფორმა და არა წრის, როგორც ბევრს წარმოუდგენია. კუთხეები იქმნება მოკლე მონაკვეთებით. ისინი შეიცავს დამონტაჟებულ დეტექტორებს, ასევე სისტემას, რომელიც აკონტროლებს აჩქარებული ნაწილაკების სხივს.

სტრუქტურა

ადრონული კოლაიდერი, რომლის გაშვება მოიცავს უამრავ ნაწილს და მეცნიერთა შორის დიდ მღელვარებას, საოცარი მოწყობილობაა. მთელი ამაჩქარებელი შედგება ორი რგოლისგან. პატარა რგოლს ეწოდება პროტონული სინქროტრონი ან, მისი აბრევიატურა რომ გამოვიყენოთ, PS. დიდი რგოლი არის სუპერ პროტონული სინქროტრონი, ან SPS. ორი რგოლი ერთად საშუალებას აძლევს ნაწილებს აჩქარდეს სინათლის სიჩქარის 99,9%-მდე. ამავდროულად, კოლაიდერი ასევე ზრდის პროტონების ენერგიას, ზრდის მათ მთლიან ენერგიას 16-ჯერ. ის ასევე საშუალებას აძლევს ნაწილაკებს ერთმანეთს შეეჯახონ დაახლოებით 30 მილიონი ჯერ/წმ. 10 საათის განმავლობაში. 4 მთავარი დეტექტორი აწარმოებს მინიმუმ 100 ტერაბაიტ ციფრულ მონაცემს წამში. მონაცემების მიღება განისაზღვრება ინდივიდუალური ფაქტორებით. მაგალითად, მათ შეუძლიათ აღმოაჩინონ ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი ელექტრული მუხტი და ასევე აქვთ ნახევრად სპინი. ვინაიდან ეს ნაწილაკები არასტაბილურია, მათი პირდაპირი გამოვლენა შეუძლებელია; შესაძლებელია მხოლოდ მათი ენერგიის აღმოჩენა, რომელიც გამოიყოფა სხივის ღერძის მიმართ გარკვეული კუთხით. ამ ეტაპს ეწოდება პირველი გაშვების დონე. ამ ეტაპს აკონტროლებს 100-ზე მეტი მონაცემთა დამუშავების სპეციალური დაფა, რომლებსაც აქვთ ჩაშენებული განხორციელების ლოგიკა. ნაშრომის ეს ნაწილი ხასიათდება იმით, რომ მონაცემების მოპოვების პერიოდში წამში ირჩევა 100 ათასზე მეტი მონაცემთა ბლოკი. შემდეგ ეს მონაცემები გამოყენებული იქნება ანალიზისთვის, რაც ხდება უფრო მაღალი დონის მექანიზმის გამოყენებით.

პირიქით, მომდევნო დონეზე სისტემები იღებენ ინფორმაციას ყველა დეტექტორის ძაფიდან. დეტექტორის პროგრამა მუშაობს ქსელში. იქ ის გამოიყენებს კომპიუტერების დიდ რაოდენობას მონაცემთა შემდგომი ბლოკების დასამუშავებლად, ბლოკებს შორის საშუალო დროა 10 მიკროწამი. პროგრამებს მოუწევთ შექმნან ნაწილაკების ნიშნები ორიგინალური წერტილების შესაბამისი. შედეგი იქნება მონაცემების გენერირებული ნაკრები, რომელიც შედგება იმპულსისგან, ენერგიისგან, ტრაექტორიისგან და სხვაგან, რომლებიც წარმოიშვა ერთი მოვლენის დროს.

ამაჩქარებლის ნაწილები

მთელი ამაჩქარებელი შეიძლება დაიყოს 5 ძირითად ნაწილად:

1)ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის ამაჩქარებელი. ნაწილი შედგება დაახლოებით 7 ათასი მაგნიტისაგან ზეგამტარი თვისებებით. მათი დახმარებით, სხივი მიმართულია წრიული გვირაბით. ისინი ასევე აკონცენტრირებენ სხივს ერთ ნაკადში, რომლის სიგანე მცირდება ერთი თმის სიგანემდე.

2) კომპაქტური მიონის სოლენოიდი. ეს არის ზოგადი დანიშნულების დეტექტორი. ასეთი დეტექტორი გამოიყენება ახალი ფენომენების მოსაძებნად და, მაგალითად, ჰიგსის ნაწილაკების მოსაძებნად.

3) LHCb დეტექტორი. ამ მოწყობილობის მნიშვნელობა არის კვარკების და მათი საპირისპირო ნაწილაკების - ანტიკვარკების ძიება.

4) ტოროიდული ინსტალაცია ATLAS. ეს დეტექტორი შექმნილია მიონების გამოსავლენად.

5) ალისა. ეს დეტექტორი იჭერს ტყვიის იონების შეჯახებას და პროტონ-პროტონების შეჯახებას.

პრობლემები ჰადრონული კოლაიდერის გაშვებისას

იმისდა მიუხედავად, რომ მაღალი ტექნოლოგიების არსებობა გამორიცხავს შეცდომების შესაძლებლობას, პრაქტიკაში ყველაფერი განსხვავებულია. ამაჩქარებლის აწყობისას მოხდა შეფერხებები და ჩავარდნები. უნდა ითქვას, რომ ეს სიტუაცია მოულოდნელი არ ყოფილა. მოწყობილობა იმდენ ნიუანსს შეიცავს და ისეთ სიზუსტეს მოითხოვს, რომ მეცნიერები მსგავს შედეგებს ელოდნენ. მაგალითად, ერთ-ერთი პრობლემა, რომელიც მეცნიერებს შეექმნათ გაშვების დროს, იყო მაგნიტის უკმარისობა, რომელიც ფოკუსირებდა პროტონული სხივების შეჯახებამდე. ეს სერიოზული ავარია გამოწვეული იყო სამაგრის ნაწილის განადგურებით მაგნიტის მიერ ზეგამტარობის დაკარგვის გამო.

ეს პრობლემა 2007 წელს გაჩნდა. ამის გამო კოლაიდერის გაშვება რამდენჯერმე გადაიდო და მხოლოდ ივნისში მოხდა გაშვება, თითქმის ერთი წლის შემდეგ კოლაიდერი გაუშვეს.

კოლაიდერის უახლესი გაშვება წარმატებით დასრულდა, შეაგროვა მრავალი ტერაბაიტი მონაცემები.

2015 წლის 5 აპრილს გაშვებული ჰადრონული კოლაიდერი წარმატებით მუშაობს. ერთი თვის განმავლობაში, სხივები გადაადგილდება რგოლის გარშემო, თანდათან გაზრდის მათ ძალას. შესწავლას როგორც ასეთი მიზანი არ აქვს. სხივის შეჯახების ენერგია გაიზრდება. მნიშვნელობა გაიზრდება 7 ტევ-დან 13 ტევ-მდე. ასეთი ზრდა საშუალებას მოგვცემს დავინახოთ ახალი შესაძლებლობები ნაწილაკების შეჯახებაში.

2013 და 2014 წლებში ჩატარდა გვირაბების, ამაჩქარებლების, დეტექტორების და სხვა აღჭურვილობის სერიოზული ტექნიკური დათვალიერება. შედეგი იყო 18 ბიპოლარული მაგნიტი სუპერგამტარი ფუნქციით. აღსანიშნავია, რომ მათი საერთო რაოდენობა 1232 ცალია. თუმცა, დარჩენილი მაგნიტები შეუმჩნეველი არ დარჩენიათ. დანარჩენში შეიცვალა გაგრილების დაცვის სისტემები და დამონტაჟდა გაუმჯობესებული. გაუმჯობესებულია მაგნიტური გაგრილების სისტემაც. ეს საშუალებას აძლევს მათ დარჩეს დაბალ ტემპერატურაზე მაქსიმალური სიმძლავრით.

თუ ყველაფერი კარგად წავა, ამაჩქარებლის შემდეგი გაშვება მხოლოდ სამ წელიწადში მოხდება. ამ პერიოდის შემდეგ დაგეგმილია გეგმიური სამუშაოები კოლაიდერის გასაუმჯობესებლად და ტექნიკური დათვალიერებისთვის.

უნდა აღინიშნოს, რომ რემონტი ღირს საკმაოდ პენი, ღირებულების გათვალისწინების გარეშე. 2010 წლის მონაცემებით, ჰადრონის კოლაიდერის ღირებულება 7,5 მილიარდ ევროს შეადგენს. ეს მაჩვენებელი მთელ პროექტს პირველ ადგილზე აყენებს მეცნიერების ისტორიაში ყველაზე ძვირადღირებული პროექტების სიაში.

დიდ ადრონულ კოლაიდერს უწოდეს ან "განკითხვის დღის მანქანა" ან სამყაროს საიდუმლოების გასაღები, მაგრამ მისი მნიშვნელობა ეჭვს არ იწვევს.

როგორც ერთხელ თქვა ცნობილმა ბრიტანელმა მოაზროვნემ ბერტრანდ რასელმა: „ფილოსოფია არის ის, რაც იცი, ფილოსოფია არის ის, რაც არ იცი“. როგორც ჩანს, ჭეშმარიტი მეცნიერული ცოდნა დიდი ხანია განცალკევებულია მისი წარმოშობისგან, რაც შეიძლება მოიძებნოს ძველი საბერძნეთის ფილოსოფიურ კვლევაში, მაგრამ ეს მთლად ასე არ არის.

მთელი მეოცე საუკუნის განმავლობაში მეცნიერები ცდილობდნენ მეცნიერებაში ეპოვათ პასუხი სამყაროს სტრუქტურის შესახებ. ეს პროცესი ცხოვრების მნიშვნელობის ძიებას ჰგავდა: თეორიების, ვარაუდების და თუნდაც გიჟური იდეების უზარმაზარი რაოდენობა. რა დასკვნამდე მივიდნენ მეცნიერები 21-ე საუკუნის დასაწყისში?

მთელი სამყარო შედგება ელემენტარული ნაწილაკები, რომელიც წარმოადგენს ყველაფრის საბოლოო ფორმებს, ანუ იმას, რაც არ შეიძლება დაიყოს პატარა ელემენტებად. მათ შორისაა პროტონები, ელექტრონები, ნეიტრონები და ა.შ. ეს ნაწილაკები ერთმანეთთან მუდმივ ურთიერთქმედებაში არიან. ჩვენი საუკუნის დასაწყისში იგი გამოიხატა 4 ფუნდამენტურ ტიპში: გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი და სუსტი. პირველი აღწერილია ფარდობითობის ზოგადი თეორიით, დანარჩენი სამი გაერთიანებულია სტანდარტული მოდელის (კვანტური თეორიის) ფარგლებში. ასევე ვარაუდობდნენ, რომ იყო კიდევ ერთი ურთიერთქმედება, რომელსაც მოგვიანებით ჰიგსის ველი ეწოდა.

თანდათან ჩნდება იდეა ყველა ფუნდამენტური ურთიერთქმედების გაერთიანების ფარგლებში " ყველაფრის თეორია", რომელიც თავდაპირველად ხუმრობად აღიქმებოდა, მაგრამ სწრაფად გადაიზარდა მძლავრ სამეცნიერო მიმართულებად. რატომ არის ეს საჭირო? Ეს მარტივია! იმის გაგების გარეშე, თუ როგორ მუშაობს სამყარო, ჩვენ ჭიანჭველებივით ვართ ხელოვნურ ბუდეში - ჩვენს შესაძლებლობებს ვერ გადავაბიჯებთ. ადამიანურ ცოდნას არ შეუძლია (კარგად ან Ნახვამდისარ შეიძლება, თუ ოპტიმისტი ხარ) დაფარავს მსოფლიოს მთელ სტრუქტურას.

განიხილება ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი თეორია, რომელიც ამტკიცებს, რომ „ყველაფერს მოიცავს“. სიმების თეორია. ეს გულისხმობს, რომ მთელი სამყარო და ჩვენი ცხოვრება მრავალგანზომილებიანია. მიუხედავად განვითარებული თეორიული ნაწილისა და ისეთი ცნობილი ფიზიკოსების მხარდაჭერისა, როგორებიც არიან ბრაიან გრინი და სტივენ ჰოკინგი, მას არ აქვს ექსპერიმენტული დადასტურება.

მეცნიერები, ათწლეულების შემდეგ, დაიღალნენ ტრიბუნებიდან მაუწყებლობით და გადაწყვიტეს აეშენებინათ ისეთი რამ, რაც ერთხელ და სამუდამოდ უნდა გამოეხატა. ამ მიზნით შეიქმნა მსოფლიოში ყველაზე დიდი ექსპერიმენტული ინსტალაცია - დიდი ადრონული კოლაიდერი (LHC).

"კოლაიდერისკენ!"

რა არის კოლაიდერი? სამეცნიერო თვალსაზრისით, ეს არის დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებელი, რომელიც შექმნილია ელემენტარული ნაწილაკების დასაჩქარებლად მათი ურთიერთქმედების შემდგომი გაგებისთვის. არამეცნიერული თვალსაზრისით, ეს არის დიდი არენა (ან ქვიშის ყუთი, თუ გირჩევნიათ), რომელშიც მეცნიერები იბრძვიან თავიანთი თეორიების დასადასტურებლად.

ელემენტარული ნაწილაკების შეჯახების იდეა და იმის დანახვა, რაც ხდება, პირველად ამერიკელი ფიზიკოსის დონალდ უილიამ კერსტისგან 1956 წელს გაჩნდა. მან შესთავაზა, რომ ამის წყალობით მეცნიერები შეძლებდნენ სამყაროს საიდუმლოებების შეღწევას. როგორც ჩანს, რისი ბრალია პროტონების ორი სხივის შეჯახება, რომელთა საერთო ენერგია მილიონჯერ მეტია, ვიდრე თერმობირთვული შერწყმა? დრო იყო შესაფერისი: ცივი ომი, შეიარაღების რბოლა და ეს ყველაფერი.

LHC-ის შექმნის ისტორია

Brücke-Osteuropa / wikimedia.org
(CC0 1.0)

დამუხტული ნაწილაკების წარმოებისა და შესწავლის ამაჩქარებლის შექმნის იდეა გაჩნდა 1920-იანი წლების დასაწყისში, მაგრამ პირველი პროტოტიპები შეიქმნა მხოლოდ 1930-იანი წლების დასაწყისში. თავდაპირველად ისინი იყვნენ მაღალი ძაბვის ხაზოვანი ამაჩქარებლები, ანუ დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობდნენ სწორი ხაზით. ბეჭდის ვერსია დაინერგა 1931 წელს შეერთებულ შტატებში, რის შემდეგაც მსგავსი მოწყობილობები დაიწყო რიგ განვითარებულ ქვეყანაში - დიდ ბრიტანეთში, შვეიცარიასა და სსრკ-ში. მათ მიიღეს სახელი ციკლოტრონები, და შემდგომში დაიწყო აქტიურად გამოყენება ბირთვული იარაღის შესაქმნელად.

უნდა აღინიშნოს, რომ ნაწილაკების ამაჩქარებლის აგების ღირებულება წარმოუდგენლად მაღალია. ევროპამ, რომელსაც ცივი ომის დროს უმთავრესი როლი არ ეთამაშა, მის შექმნას ანდო ბირთვული კვლევის ევროპული ორგანიზაცია (რუსულად ხშირად იკითხება როგორც CERN), რომელმაც მოგვიანებით აიღო LHC-ის მშენებლობა.

CERN შეიქმნა აშშ-სა და სსრკ-ში ბირთვული კვლევების შესახებ გლობალური შეშფოთების ფონზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ზოგადი განადგურება. ამიტომ მეცნიერებმა გადაწყვიტეს გააერთიანონ ძალები და მშვიდობიანი მიმართულებით წარმართონ ისინი. 1954 წელს ცერნმა მიიღო ოფიციალური დაბადება.

1983 წელს CERN-ის ეგიდით აღმოაჩინეს W და Z ბოზონები, რის შემდეგაც ჰიგსის ბოზონების აღმოჩენის საკითხი მხოლოდ დროის საკითხი გახდა. იმავე წელს დაიწყო მუშაობა დიდი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერის (LEPC) მშენებლობაზე, რომელმაც პირველადი როლი ითამაშა აღმოჩენილი ბოზონების კვლევაში. თუმცა, მაშინაც კი გაირკვა, რომ შექმნილი მოწყობილობის სიმძლავრე მალე არასაკმარისი აღმოჩნდებოდა. და 1984 წელს მიღებულ იქნა გადაწყვეტილება LHC-ის აშენების შესახებ, BEPK-ის დემონტაჟისთანავე. ეს არის ის, რაც მოხდა 2000 წელს.

LHC-ის მშენებლობას, რომელიც 2001 წელს დაიწყო, ხელი შეუწყო იმ ფაქტს, რომ იგი მიმდინარეობდა ყოფილი BEPK-ის ადგილზე, ჟენევის ტბის ხეობაში. დაფინანსების საკითხებთან დაკავშირებით (1995 წელს ღირებულება შეფასდა 2,6 მილიარდ შვეიცარიულ ფრანკად, 2001 წლისთვის 4,6 მილიარდს გადააჭარბა, 2009 წელს შეადგინა 6 მილიარდი დოლარი).

ამ დროისთვის, LHC მდებარეობს გვირაბში, რომლის გარშემოწერილობა 26,7 კილომეტრია და გადის ორი ევროპული ქვეყნის - საფრანგეთისა და შვეიცარიის ტერიტორიებზე. გვირაბის სიღრმე 50-დან 175 მეტრამდე მერყეობს. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ ამაჩქარებელში პროტონების შეჯახების ენერგია აღწევს 14 ტერაელექტრონვოლტს, რაც 20-ჯერ აღემატება BEPK-ის გამოყენებით მიღწეულ შედეგებს.

”ცნობისმოყვარეობა არ არის მანკიერება, მაგრამ ეს არის დიდი ამაზრზენი რამ.”

CERN-ის კოლაიდერის 27-კილომეტრიანი გვირაბი ჟენევასთან ახლოს მიწისქვეშ 100 მეტრში მდებარეობს. აქ იქნება უზარმაზარი სუპერგამტარი ელექტრომაგნიტები. მარჯვნივ არის სატრანსპორტო მანქანები. ჯუჰანსონი / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)

რატომ არის საჭირო ადამიანის მიერ შექმნილი „განკითხვის დღის მანქანა“? მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ დაინახონ სამყარო ისე, როგორც ეს იყო დიდი აფეთქების შემდეგ, ანუ მატერიის წარმოქმნის მომენტში.

მიზნებირაც მეცნიერებმა დაადგინეს LHC-ის მშენებლობის დროს:

1. სტანდარტული მოდელის დადასტურება ან უარყოფა „ყველაფრის თეორიის“ შემდგომი შექმნის მიზნით.
2. ჰიგსის ბოზონის, როგორც მეხუთე ფუნდამენტური ძალის ნაწილაკის არსებობის დადასტურება. თეორიული კვლევის მიხედვით, მან გავლენა უნდა მოახდინოს ელექტრულ და სუსტ ურთიერთქმედებებზე, არღვევს მათ სიმეტრიას.
3. კვარკების შესწავლა, რომლებიც წარმოადგენენ ფუნდამენტურ ნაწილაკს, რომელიც 20 ათასჯერ მცირეა მათგან შემდგარ პროტონებზე.
4. ბნელი მატერიის მიღება და შესწავლა, რომელიც ქმნის სამყაროს უმეტეს ნაწილს.

ეს შორს არის იმ ერთადერთი მიზნებისგან, რომლებიც მეცნიერებმა დაავალეს LHC-ს, მაგრამ დანარჩენი უფრო დაკავშირებულია ან წმინდა თეორიულია.

რას მიაღწიეთ?

უდავოდ, ყველაზე დიდი და მნიშვნელოვანი მიღწევა იყო არსებობის ოფიციალური დადასტურება ჰიგსის ბოზონი. მეხუთე ურთიერთქმედების (ჰიგსის ველის) აღმოჩენა, რომელიც, მეცნიერთა აზრით, გავლენას ახდენს მასის შეძენაზე ყველა ელემენტარული ნაწილაკების მიერ. ითვლება, რომ როდესაც სიმეტრია ირღვევა ჰიგსის ველის სხვა ველებზე გავლენის დროს, W და Z ბოზონები მასიური ხდება. ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენა იმდენად მნიშვნელოვანია, რომ უამრავმა მეცნიერმა მათ დაარქვა სახელი „ღვთის ნაწილაკები“.

კვარკები გაერთიანებულია ნაწილაკებად (პროტონები, ნეიტრონები და სხვა), რომლებსაც ე.წ ჰადრონები. სწორედ ისინი აჩქარებენ და ეჯახებიან LHC-ს, აქედან მომდინარეობს მისი სახელი. კოლაიდერის მუშაობის დროს დადასტურდა, რომ კვარკის ჰადრონისგან გამოყოფა უბრალოდ შეუძლებელია. თუ თქვენ ცდილობთ ამის გაკეთებას, თქვენ უბრალოდ ამოიღებთ სხვა ტიპის ელემენტარულ ნაწილაკს, მაგალითად, პროტონს - მეზონი. იმისდა მიუხედავად, რომ ეს არის მხოლოდ ერთი ჰადრონიდან და არ შეიცავს რაიმე ახალს, კვარკების ურთიერთქმედების შემდგომი შესწავლა მცირე ნაბიჯებით უნდა განხორციელდეს. სამყაროს ფუნქციონირების ფუნდამენტური კანონების შესწავლისას, აჩქარება საშიშია.

მიუხედავად იმისა, რომ თავად კვარკები არ იქნა აღმოჩენილი LHC-ის გამოყენების დროს, მათი არსებობა გარკვეულ მომენტამდე აღიქმებოდა, როგორც მათემატიკური აბსტრაქცია. პირველი ასეთი ნაწილაკები 1968 წელს აღმოაჩინეს, მაგრამ მხოლოდ 1995 წელს ოფიციალურად დადასტურდა "ჭეშმარიტი კვარკის" არსებობა. ექსპერიმენტული შედეგები დასტურდება მათი რეპროდუცირების უნარით. ამიტომ, LHC-ის მიერ მსგავსი შედეგის მიღწევა აღიქმება არა გამეორებად, არამედ მათი არსებობის გამაძლიერებელ მტკიცებულებად! მიუხედავად იმისა, რომ კვარკების რეალობის პრობლემა არსად არ გამქრალა, რადგან ისინი უბრალოდ არიან არ შეიძლება არჩეულიჰადრონებისგან.

Რა არის შენი გეგმები?

Hans G / flickr.com (CC BY-SA 2.0)

„ყველაფრის თეორიის“ შექმნის მთავარი ამოცანა გადაწყვეტილი არ არის, მაგრამ მიმდინარეობს მისი გამოვლინების შესაძლო ვარიანტების თეორიული შესწავლა. ამ დრომდე ფარდობითობის ზოგადი თეორიისა და სტანდარტული მოდელის შერწყმის ერთ-ერთი პრობლემა რჩება მათი მოქმედების განსხვავებულ ფარგლებს და ამიტომ მეორე არ ითვალისწინებს პირველის თავისებურებებს. აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია სტანდარტული მოდელის მიღმა გასვლა და ზღვარზე მიღწევა ახალი ფიზიკა.

სუპერსიმეტრია -მეცნიერები თვლიან, რომ ის აკავშირებს ბოზონურ და ფერმიონულ კვანტურ ველებს, იმდენად, რომ ისინი ერთმანეთში გადაიქცევიან. სწორედ ასეთი სახის კონვერტაცია სცილდება სტანდარტულ მოდელს, რადგან არსებობს თეორია, რომ კვანტური ველების სიმეტრიული რუქა ეფუძნება გრავიტონები. ისინი, შესაბამისად, შეიძლება იყოს გრავიტაციის ელემენტარული ნაწილაკი.

მადალა ბოზონი- ჰიპოთეზა მადალას ბოზონის არსებობის შესახებ ვარაუდობს, რომ არსებობს სხვა ველი. მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ჰიგსის ბოზონი ურთიერთქმედებს ცნობილ ნაწილაკებთან და მატერიასთან, მაშინ მადალას ბოზონი ურთიერთქმედებს ბნელი მატერია. მიუხედავად იმისა, რომ იგი იკავებს სამყაროს უმეტეს ნაწილს, მისი არსებობა არ შედის სტანდარტულ მოდელში.

მიკროსკოპული შავი ხვრელი - LHC-ის ერთ-ერთი კვლევაა შავი ხვრელის შექმნა. დიახ, დიახ, ზუსტად ის შავი, ყოვლისმომცველი რეგიონი კოსმოსში. საბედნიეროდ, ამ მიმართულებით მნიშვნელოვანი მიღწევები არ ყოფილა.

დღეს დიდი ადრონული კოლაიდერი არის მრავალფუნქციური კვლევითი ცენტრი, რომლის ნამუშევრებზე დაყრდნობით იქმნება და ექსპერიმენტულად დადასტურებული თეორიები, რომლებიც დაგვეხმარება უკეთ გავიგოთ სამყაროს სტრუქტურა. ხშირად არის კრიტიკის ტალღები მრავალი მიმდინარე კვლევის გარშემო, რომლებიც სახიფათოა, მათ შორის სტივენ ჰოკინგისგან, მაგრამ თამაში ნამდვილად ღირს სანთლად. ჩვენ არ შეგვიძლია ვიცუროთ შავ ოკეანეში, რომელსაც სამყარო ჰქვია, კაპიტანთან ერთად, რომელსაც არც რუკა აქვს, არც კომპასი და არც ჩვენ გარშემო არსებული სამყაროს ძირითადი ცოდნა.

თუ შეცდომას იპოვით, გთხოვთ, მონიშნეთ ტექსტის ნაწილი და დააწკაპუნეთ Ctrl+Enter.

ალბათ მთელმა მსოფლიომ იცის ევროპის ყველაზე გრანდიოზული სამეცნიერო ნაგებობა - დიდი ადრონული კოლაიდერი, რომელიც შვეიცარიის ქალაქ ჟენევასთან აშენდა.

მის გაშვებამდე მრავალი პანიკური ჭორი გავრცელდა მსოფლიოს მოახლოებული აღსასრულის შესახებ და რომ ინსტალაცია გამოუსწორებელ ზიანს მიაყენებდა შვეიცარიის გარემოს. თუმცა, გადის წლები, კოლაიდერი მუშაობს, მაგრამ სამყარო იგივე რჩება. რატომ აშენდა ასეთი უზარმაზარი და ძვირადღირებული სტრუქტურა? მოდი გავარკვიოთ.

რა არის დიდი ადრონული კოლაიდერი?

არაფერია მისტიკური დიდი ადრონული კოლაიდერის, ანუ LHC-ის დიზაინში. ეს არის მხოლოდ დამუხტული ელემენტარული ნაწილაკების ამაჩქარებელი, რომელიც აუცილებელია მძიმე ნაწილაკების დასაჩქარებლად და სხვა ნაწილაკებთან შეჯახებისას წარმოქმნილი პროდუქტების შესასწავლად.

მსოფლიოში ათზე მეტი მსგავსი ინსტალაციაა, მათ შორის რუსული ამაჩქარებლები დუბნაში მოსკოვისა და ნოვოსიბირსკის მახლობლად. LHC პირველად 2008 წელს ამოქმედდა, მაგრამ უბედური შემთხვევის გამო, რომელიც მალევე მოხდა, იგი მუშაობდა დიდი ხნის განმავლობაში დაბალი ენერგიით და მხოლოდ 2015 წლიდან გახდა შესაძლებელი ინსტალაციის ექსპლუატაცია მისი საპროექტო სიმძლავრით.

თითქმის ყველა მსგავსი დანადგარის მსგავსად, LHC არის გვირაბი, რომელიც დაგებულია რგოლის სახით. იგი მდებარეობს საფრანგეთისა და შვეიცარიის საზღვარზე დაახლოებით 100 მეტრის სიღრმეზე. მკაცრად რომ ვთქვათ, LHC სისტემა მოიცავს ორ ერთეულს, ერთი მცირე დიამეტრის და მეორე უფრო დიდი დიამეტრის. დიდი გვირაბის სიგრძე აღემატება დღეს არსებული ყველა სხვა ამაჩქარებლის ზომას და 25,5 კილომეტრია, რის გამოც კოლაიდერმა მიიღო სახელი Big.

რატომ აშენდა კოლაიდერი?

თანამედროვე ფიზიკოსებმა შეძლეს თეორიული მოდელის შემუშავება, რომელიც აერთიანებს არსებული ოთხი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებიდან სამს და სახელწოდებით სტანდარტული მოდელი (SM). თუმცა, ის ჯერ არ შეიძლება ჩაითვალოს სამყაროს სტრუქტურის ყოვლისმომცველ თეორიად, რადგან ტერიტორია, რომელსაც მეცნიერები უწოდებენ კვანტური გრავიტაციის თეორიას და რომელიც აღწერს გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას, პრაქტიკულად შეუსწავლელია. მასში წამყვანი როლი, თეორიის მიხედვით, უნდა შეასრულოს ნაწილაკების მასის წარმოქმნის მექანიზმმა, რომელსაც ჰიგსის ბოზონი ეწოდება.


მეცნიერები მთელ მსოფლიოში იმედოვნებენ, რომ LHC-ში ჩატარებული კვლევები შესაძლებელს გახდის ჰიგსის ბოზონის თვისებების ექსპერიმენტულად შესწავლას. გარდა ამისა, კვარკების შესწავლა საკმაოდ საინტერესოა - ასე ჰქვია ელემენტარულ ნაწილაკებს, რომლებიც ქმნიან ჰადრონებს (მათ გამო კოლაიდერს ჰადრონული ეწოდება).

როგორ მუშაობს LHC?

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, LHC არის მრგვალი გვირაბი, რომელიც შედგება ძირითადი და დამხმარე რგოლებისგან. გვირაბის კედლები შედგება მრავალი ძლიერი ელექტრომაგნიტისაგან, რომლებიც წარმოქმნიან ველს, რომელიც აჩქარებს მიკრონაწილაკებს. საწყისი აჩქარება ხდება დამხმარე გვირაბში, მაგრამ ნაწილაკები საჭირო სიჩქარეს იძენენ მთავარ რგოლში, რის შემდეგაც მათკენ მიმავალი ნაწილაკები ეჯახებიან და მათი შეჯახების შედეგი აღირიცხება უაღრესად მგრძნობიარე ინსტრუმენტებით.

მრავალი ექსპერიმენტის შედეგად, 2012 წლის ივლისში, CERN-ის (ბირთვული კვლევების ევროპული საბჭოს) ხელმძღვანელობამ გამოაცხადა, რომ ექსპერიმენტებმა აღმოაჩინეს ჰიგსის ბოზონი. ამჟამად ამ ფენომენის შესწავლა გრძელდება, რადგან მისი მრავალი თვისება განსხვავდება თეორიულად ნაწინასწარმეტყველებისაგან.

რატომ სჭირდება ხალხს BAC?

LHC-ის მშენებლობის ხარჯებმა, სხვადასხვა წყაროების მიხედვით, 6 მილიარდ აშშ დოლარზე მეტი შეადგინა. თანხა გაცილებით შთამბეჭდავი ხდება, თუ გახსოვთ ინსტალაციის ექსპლუატაციის წლიური ხარჯები. რატომ გჭირდებათ ასეთი მნიშვნელოვანი ხარჯების გაწევა, რა სარგებელს მოუტანს კოლაიდერი უბრალო ადამიანებს?

LHC-ში დაგეგმილმა და უკვე მიმდინარე კვლევებმა შეიძლება მომავალში ადამიანებს მისცეს წვდომა იაფ ენერგიაზე, რომელიც შეიძლება მიღებულ იქნას სიტყვასიტყვით ჰაერიდან. ეს იქნება ალბათ ყველაზე ამბიციური სამეცნიერო და ტექნოლოგიური რევოლუცია კაცობრიობის ისტორიაში. გარდა ამისა, ჰიგსის ბოზონის მექანიზმის გააზრებით, ადამიანებმა შეიძლება მოიპოვონ ძალაუფლება ძალაზე, რომელიც ხალხის მიერ სრულიად უკონტროლო რჩება - გრავიტაციაზე.


რა თქმა უნდა, აღმოჩენები, რომლებიც გაკეთდება დიდი ადრონული კოლაიდერის დახმარებით, არ მოგვცემს საშუალებას დავეუფლოთ მატერიის ენერგიად გადაქცევის ტექნოლოგიას ან ხვალვე შევქმნათ ანტიგრავიტაციული თვითმფრინავი - პრაქტიკული შედეგები მოსალოდნელია მხოლოდ შორეულ მომავალში. . თუმცა, ექსპერიმენტები საშუალებას მოგვცემს გადავდგათ კიდევ რამდენიმე პატარა ნაბიჯი სამყაროს სტრუქტურის არსის გასაგებად.