Large Hadron Collider
Large Hadron Collider (LHC) este cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume. Acesta a fost construit de Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN). Este un tunel circular uriaș construit sub pământ. Tunelul are o lungime de 17 mile (27 kilometri) și se află la o adâncime cuprinsă între 50 și 175 de metri sub pământ. Se află sub granița dintre Elveția și Franța. 10.000 de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări diferite au lucrat împreună la realizarea acestui proiect, iar construcția lui a costat 10,4 miliarde de franci elvețieni (10 miliarde de dolari). În prezent, este cea mai mare și mai complicată instalație de cercetare experimentală din lume.
Așa cum îi spune și numele, cercetarea la LHC implică ciocnirea hadronilor. Un hadron este o particulă formată dintr-un număr de quarci ținuți împreună de forța puternică subatomică. Protonii și neutronii sunt exemple de hadroni. În experimentele sale, LHC utilizează în principal coliziunea protonilor. Protonii sunt părți ale atomilor cu o sarcină pozitivă. LHC accelerează acești protoni prin tunel până când aceștia ating aproape viteza luminii. Protoni diferiți sunt direcționați prin tunel în direcții opuse. Atunci când se ciocnesc, aceștia creează condiții similare cu cele din universul timpuriu.
LHC încearcă să studieze particulele elementare și modul în care acestea interacționează. Cercetătorii l-au folosit pentru a învăța despre fizica cuantică și speră să afle mult mai multe despre structura spațiului și a timpului. Observațiile pe care cercetătorii le pot face ne pot ajuta să aflăm cum ar fi putut fi universul la câteva milisecunde după Big Bang.
Harta Marelui Accelerator de Hadroni de la CERN
Cum funcționează
LHC ionizează atomii de hidrogen pentru a obține protoni. Un atom de hidrogen este alcătuit dintr-un singur proton și un singur electron. Atunci când ionizează atomii, îndepărtează un electron pentru a-i conferi o sarcină pozitivă netă. Protonii de hidrogen sunt apoi direcționați prin cerc de către electromagneți. Pentru ca magneții să fie suficient de puternici, trebuie să fie foarte frig. Interiorul tunelului este răcit de heliu lichid. Acesta menține temperatura la puțin peste zero absolut. Protonii se lovesc unii de alții cu o viteză apropiată de cea a luminii și se transformă în energie cu ajutorul E=mc2. Apoi se inversează și creează masă. La locul coliziunii, există patru straturi de detectoare. Explozia trece prin fiecare strat și fiecare detector înregistrează o etapă diferită a reacției.
Atunci când particulele se lovesc între ele, energia lor este convertită în mai multe particule diferite, iar detectoarele sensibile țin evidența bucăților care sunt create. Analizând cu atenție datele detectorului, oamenii de știință pot studia din ce sunt făcute particulele și cum interacționează acestea. Aceasta este singura modalitate de a detecta unele particule, deoarece este nevoie de o energie foarte mare pentru a le crea. Coliziunile de particule ale LHC au energia necesară.
LHC are trei părți principale. Este vorba despre acceleratorul de particule, cele patru detectoare și grila. Acceleratorul creează coliziunea, dar rezultatele nu pot fi observate direct. Detectoarele le transformă în date utilizabile și le trimit către Grid. Rețeaua este o rețea de calculatoare pe care cercetătorii o folosesc pentru a interpreta datele. Există 170 de locații în 36 de țări diferite, care sunt pline de calculatoare desktop obișnuite. Toate aceste computere sunt conectate, iar împreună acționează ca un supercomputer. Grid-ul de la LHC este considerat cel mai puternic supercomputer construit vreodată. Calculatoarele împart puterea de procesare și spațiul de stocare a datelor.
Rețeaua este foarte puternică, dar nu este capabilă să preia decât aproximativ un procent din datele pe care le primește de la detectoare. Limitările sale au motivat încercările de a crea computere cuantice, care ar putea folosi ceea ce ne-a învățat LHC despre mecanica cuantică pentru a crea computere mai rapide.
Oamenii de știință au folosit LHC pentru a găsi bosonul Higgs, o particulă a cărei existență este prezisă de modelul standard.
Unii oameni au crezut că LHC ar putea crea o gaură neagră, ceea ce ar fi foarte periculos. Există două motive pentru a nu fi îngrijorat. Primul este că LHC nu a făcut nimic din ceea ce nu fac razele cosmice care lovesc Pământul în fiecare zi, iar aceste raze nu creează găuri negre. Al doilea motiv este că, chiar dacă LHC ar crea găuri negre, acestea ar fi foarte mici. Cu cât o gaură neagră este mai mică, cu atât viața ei este mai scurtă. Găurile negre foarte mici s-ar evapora înainte de a putea afecta oamenii.
LHC a fost folosit pentru prima dată pe 10 septembrie 2008, dar nu a funcționat din cauza unei defecțiuni la sistemul de răcire. Magneții care ajută la deplasarea particulelor încărcate trebuie să fie reci. Defecțiunea a făcut ca o parte a instalației să se prăbușească. Laboratorul a fost închis pe timp de iarnă, iar acceleratorul nu a fost folosit din nou până în noiembrie 2009. În timp ce era reparat, oamenii de știință au folosit Tevatronul pentru a căuta Bosonul Higgs. Când LHC a fost repornit în noiembrie 2009, a stabilit un nou record de viteză, accelerând protoni la 1,18 TeV (teraelectronvolt, sau trilion de electronvolți). La 30 martie 2010, LHC a creat o coliziune la 3,5 TeV.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este Large Hadron Collider (LHC)?
R: LHC este cel mai mare și mai puternic accelerator de particule din lume. Acesta a fost construit de CERN, Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară, și este un tunel circular uriaș construit în subteran.
Î: Unde este amplasat LHC?
R: LHC este situat chiar sub granița dintre Elveția și Franța, cu un tunel lung de 27 de kilometri și cu o adâncime de 50-175 de metri sub pământ.
Î: Cine a lucrat la acest proiect?
R: 10 000 de oameni de știință și ingineri din peste 100 de țări au lucrat împreună pentru a construi acest proiect.
Î: Cât a costat construcția?
R: Proiectul a costat 10,4 miliarde de franci elvețieni (10 miliarde de dolari).
Î: Ce particule sunt utilizate în experimentele LHC?
R: Experimentele LHC utilizează în principal protoni. Protonii sunt părți încărcate pozitiv ale atomilor care sunt accelerate prin tunel până când ating aproape viteza luminii.
Î: Ce speră oamenii de știință să învețe din utilizarea acestei instalații? R: Oamenii de știință speră să afle mai multe despre fizica cuantică și să înțeleagă cum erau spațiul și timpul la câteva milisecunde după Big Bang.
