Einige Fakten über den Large Hadron Collider, wie und warum er geschaffen wurde, wozu er dient und welche potenziellen Gefahren er für die Menschheit birgt.

1. Der Bau des LHC oder Large Hadron Collider wurde bereits 1984 konzipiert und begann erst 2001. Fünf Jahre später, im Jahr 2006, wurde dank der Bemühungen von mehr als 10.000 Ingenieuren und Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern mit dem Bau begonnen Der Large Hadron Collider wurde fertiggestellt.

2. Der LHC ist die größte Experimentieranlage der Welt.

3. Warum also der Large Hadron Collider?
Aufgrund seiner beträchtlichen Größe wurde es als groß bezeichnet: Die Länge des Hauptrings, entlang dessen Partikel getrieben werden, beträgt etwa 27 km.
Hadronisch – da die Anlage Hadronen (Teilchen, die aus Quarks bestehen) beschleunigt.
Collider – durch in die entgegengesetzte Richtung beschleunigte Teilchenstrahlen, die an bestimmten Punkten miteinander kollidieren.

4. Wozu dient der Large Hadron Collider? Der LHC ist ein hochmodernes Forschungszentrum, in dem Wissenschaftler Experimente mit Atomen durchführen, bei denen Ionen und Protonen mit enormer Geschwindigkeit miteinander kollidieren. Wissenschaftler hoffen, mithilfe der Forschung den Schleier über die Geheimnisse des Ursprungs des Universums lüften zu können.

5. Das Projekt kostete die wissenschaftliche Gemeinschaft eine astronomische Summe – 6 Milliarden US-Dollar. Russland hat übrigens 700 Spezialisten an den LHC entsandt, die noch heute arbeiten. Aufträge für den LHC brachten russischen Unternehmen rund 120 Millionen US-Dollar ein.

6. Die wichtigste am LHC gemachte Entdeckung ist zweifellos die Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahr 2012, auch „Gottesteilchen“ genannt. Das Higgs-Boson ist das letzte Glied in Standardmodell. Ein weiteres bedeutendes Ereignis bei Bak'e war das Erreichen einer Rekordkollisionsenergie von 2,36 Teraelektronenvolt.

7. Einige Wissenschaftler, darunter auch in Russland, glauben, dass Wissenschaftler dank groß angelegter Experimente am CERN (der Europäischen Organisation für Kernforschung, wo sich der Collider tatsächlich befindet) in der Lage sein werden, die erste Zeitmaschine der Welt zu bauen. Allerdings teilen die meisten Wissenschaftler nicht den Optimismus ihrer Kollegen.

8. Die größte Sorge der Menschheit vor dem leistungsstärksten Beschleuniger der Welt beruht auf der Gefahr, die der Menschheit durch die Bildung mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher droht, die umgebende Materie einfangen können. Es gibt noch eine weitere potenzielle und äußerst gefährliche Bedrohung – die Entstehung von Straplets (abgeleitet von Strange Droplet), die hypothetisch in der Lage sind, mit dem Kern eines Atoms zu kollidieren, immer mehr Straplets zu bilden und die Materie des gesamten Universums zu verändern. Die meisten der angesehensten Wissenschaftler halten ein solches Ergebnis jedoch für unwahrscheinlich. Aber theoretisch möglich

9. Im Jahr 2008 wurde CERN von zwei Einwohnern des Bundesstaates Hawaii verklagt. Sie warfen dem CERN vor, durch Fahrlässigkeit versucht zu haben, die Menschheit zu vernichten, und verlangten von den Wissenschaftlern Sicherheitsgarantien.

10. Der Large Hadron Collider befindet sich in der Schweiz in der Nähe von Genf. Am CERN gibt es ein Museum, in dem Besuchern anschaulich erklärt wird, wie der Collider funktioniert und warum er gebaut wurde.

11 . Und zum Schluss noch eine kleine lustige Tatsache. Den Abfragen in Yandex nach zu urteilen, wissen viele Leute, die nach Informationen über den Large Hadron Collider suchen, nicht, wie man den Namen des Beschleunigers richtig schreibt. Sie schreiben zum Beispiel „andronic“ (und sie schreiben nicht nur, was die NTV-Berichte mit ihrem aAndronic-Collider wert sind), manchmal schreiben sie „android“ (Das Imperium schlägt zurück). Auch im bürgerlichen Internet hinken sie nicht hinterher und geben statt „hadron“ „hardon“ in die Suchmaschine ein (im orthodoxen Englisch hard-on – hard-on). Eine interessante Variante der Schreibweise im Weißrussischen ist „Vyaliki gadronny paskaralnik“, was übersetzt „Großer Gadrony-Beschleuniger“ bedeutet.

Hadron Collider. Foto

Abgekürzt LHC (Large Hadron Collider, abgekürzt LHC) ist ein Beschleuniger geladener Teilchen mithilfe kollidierender Strahlen, der dazu dient, Protonen und schwere Ionen (Bleiionen) zu beschleunigen und die Produkte ihrer Kollisionen zu untersuchen. Der Collider wurde am CERN (Europäischer Rat für Kernforschung) in der Nähe von Genf an der Grenze zwischen der Schweiz und Frankreich gebaut. Der LHC ist die größte Experimentieranlage der Welt. Mehr als 10.000 Wissenschaftler und Ingenieure aus mehr als 100 Ländern nahmen teil und beteiligen sich am Bau und an der Forschung.

Aufgrund seiner Größe wird er „groß“ genannt: Die Länge des Hauptbeschleunigerrings beträgt 26.659 m; hadronisch – aufgrund der Tatsache, dass es Hadronen beschleunigt, also schwere Teilchen, die aus Quarks bestehen; Collider (dt. Collider - Collider) - aufgrund der Tatsache, dass Teilchenstrahlen in entgegengesetzte Richtungen beschleunigt werden und an speziellen Kollisionspunkten kollidieren.

BAK-Spezifikationen

Der Beschleuniger soll Protonen mit einer Gesamtenergie von 14 TeV (also 14 Teraelektronenvolt oder 14·1012 Elektronenvolt) im System des Massenschwerpunkts der einfallenden Teilchen sowie Bleikerne mit einer Energie von 5 GeV zur Kollision bringen (5·109 Elektronenvolt) für jedes Paar kollidierender Nukleonen. Anfang 2010 hatte der LHC den bisherigen Rekordhalter in der Protonenenergie – den Tevatron-Proton-Antiproton-Kollider, der bis Ende 2011 am National Accelerator Laboratory arbeitete – bereits leicht übertroffen. Enrico Fermi (USA). Obwohl der Aufbau der Ausrüstung schon seit Jahren andauert und noch nicht abgeschlossen ist, hat sich der LHC bereits zum Teilchenbeschleuniger mit der höchsten Energie der Welt entwickelt und übertrifft andere Kollider, einschließlich des, um eine Größenordnung an Energie relativistischer Schwerionenbeschleuniger RHIC, betrieben im Brookhaven Laboratory (USA). ).

Die Leuchtkraft des LHC betrug in den ersten Wochen seines Betriebs nicht mehr als 1029 Teilchen/cm 2 s, sie steigt jedoch kontinuierlich weiter an. Ziel ist es, eine nominelle Leuchtkraft von 1,7 × 1034 Partikeln/cm 2 s zu erreichen, was in der gleichen Größenordnung liegt wie die Leuchtkräfte von BaBar (SLAC, USA) und Belle (KEK, Japan).

Der Beschleuniger befindet sich im selben Tunnel, in dem sich früher der Large Electron-Positron Collider befand. Der Tunnel mit einem Umfang von 26,7 km wird in Frankreich und der Schweiz unterirdisch verlegt. Die Tiefe des Tunnels beträgt 50 bis 175 Meter und der Tunnelring weist eine Neigung von ca. 1,4 % gegenüber der Erdoberfläche auf. Zum Halten, Korrigieren und Fokussieren von Protonenstrahlen werden 1624 supraleitende Magnete verwendet, deren Gesamtlänge 22 km übersteigt. Die Magnete arbeiten bei einer Temperatur von 1,9 K (-271 °C), was etwas unter der Temperatur liegt, bei der Helium supraflüssig wird.

BAK-Detektoren

Der LHC verfügt über 4 Haupt- und 3 Hilfsdetektoren:

• ALICE (Ein großes Ionenkollider-Experiment)
• ATLAS (Ein toroidaler LHC-Apparat)
• CMS (Compact Muon Solenoid)
• LHCb (Das Schönheitsexperiment des Large Hadron Collider)
• TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
• LHCf (The Large Hadron Collider vorwärts)
• MoEDAL (Monopol- und Exotendetektor am LHC).

ATLAS, CMS, ALICE und LHCb sind große Detektoren, die um die Strahlkollisionspunkte herum angeordnet sind. Die TOTEM- und LHCf-Detektoren sind Hilfsdetektoren, die sich in einer Entfernung von mehreren zehn Metern von den Strahlkreuzungspunkten der CMS- bzw. ATLAS-Detektoren befinden und in Verbindung mit den Hauptdetektoren verwendet werden.

Die ATLAS- und CMS-Detektoren sind Allzweckdetektoren, die für die Suche nach dem Higgs-Boson und „nicht standardmäßiger Physik“, insbesondere dunkler Materie, ALICE – zur Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma bei Kollisionen schwerer Bleiionen und LHCb – zur Untersuchung der Physik konzipiert sind von B-Quarks, die ein besseres Verständnis der Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie ermöglichen werden, ist TOTEM darauf ausgelegt, die Streuung von Teilchen in kleinen Winkeln zu untersuchen, wie sie beispielsweise bei Nahflügen ohne Kollisionen auftreten (die sogenannten nicht kollidierenden Teilchen, vorwärts). Teilchen), die es ermöglicht, die Größe von Protonen genauer zu messen und die Leuchtkraft des Colliders zu steuern, und schließlich LHCf – für die Untersuchung der kosmischen Strahlung, modelliert unter Verwendung derselben nicht kollidierenden Teilchen.

Mit der Arbeit des LHC ist auch der siebte, in Bezug auf Budget und Komplexität recht unbedeutende Detektor (Experiment) MoEDAL verbunden, der für die Suche nach sich langsam bewegenden schweren Teilchen konzipiert ist.

Beim Betrieb des Colliders kommt es an allen vier Schnittpunkten der Strahlen gleichzeitig zu Kollisionen, unabhängig von der Art der beschleunigten Teilchen (Protonen oder Kerne). In diesem Fall erfassen alle Detektoren gleichzeitig Statistiken.

Teilchenbeschleunigung in einem Collider

Die Geschwindigkeit der Teilchen im LHC bei kollidierenden Strahlen liegt nahe an der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die Beschleunigung von Teilchen auf solch hohe Energien erfolgt in mehreren Stufen. In der ersten Stufe injizieren die Niedrigenergie-Linearbeschleuniger Linac 2 und Linac 3 Protonen und Bleiionen zur weiteren Beschleunigung. Die Teilchen gelangen dann in den PS-Booster und dann in das PS selbst (Protonen-Synchrotron) und erreichen eine Energie von 28 GeV. Bei dieser Energie bewegen sie sich bereits mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit. Danach setzt sich die Teilchenbeschleunigung im SPS (Super Synchrotron Proton Synchrotron) fort, wo die Teilchenenergie 450 GeV erreicht. Das Protonenpaket wird dann in den 26,7 Kilometer langen Hauptring geleitet, wodurch die Protonenenergie auf maximal 7 TeV steigt und Detektoren die Ereignisse an den Kollisionspunkten aufzeichnen. Zwei kollidierende Protonenstrahlen können, wenn sie vollständig gefüllt sind, jeweils 2808 Pakete enthalten. In der Anfangsphase der Fehlerbehebung des Beschleunigungsprozesses zirkuliert nur ein Bündel in einem Strahl von mehreren Zentimetern Länge und geringer Quergröße. Dann beginnen sie, die Anzahl der Blutgerinnsel zu erhöhen. Die Bündel befinden sich in festen Positionen zueinander und bewegen sich synchron entlang des Rings. An vier Punkten des Rings, an denen sich Teilchendetektoren befinden, können Klumpen in einer bestimmten Reihenfolge kollidieren.

Die kinetische Energie aller Hadronenbündel im LHC ist bei vollständiger Befüllung mit der kinetischen Energie eines Düsenflugzeugs vergleichbar, obwohl die Masse aller Teilchen ein Nanogramm nicht überschreitet und sie mit bloßem Auge nicht einmal sichtbar sind. Diese Energie wird durch Teilchengeschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit erreicht.

Die Bündel durchlaufen den gesamten Beschleunigerkreis in weniger als 0,0001 Sekunden und vollführen somit über 10.000 Umdrehungen pro Sekunde

Ziele und Zielsetzungen des LHC

Die Hauptaufgabe des Large Hadron Collider besteht darin, die Struktur unserer Welt in Entfernungen von weniger als 10–19 m herauszufinden und sie mit Teilchen mit einer Energie von mehreren TeV zu „untersuchen“. Mittlerweile gibt es bereits viele indirekte Beweise dafür, dass Physiker auf dieser Skala eine gewisse „neue Schicht der Realität“ entdecken sollten, deren Untersuchung Antworten auf viele Fragen der Grundlagenphysik liefern wird. Wie genau diese Schicht der Realität aussehen wird, ist im Voraus nicht bekannt. Theoretiker haben natürlich bereits Hunderte verschiedener Phänomene vorgeschlagen, die bei Kollisionsenergien von mehreren TeV beobachtet werden könnten, aber erst das Experiment wird zeigen, was in der Natur tatsächlich realisiert wird.

Die Suche nach einer neuen Physik, dem Standardmodell, kann nicht berücksichtigt werden die letzte Theorie Elementarteilchen. Es muss Teil einer tieferen Theorie der Struktur der Mikrowelt sein, des Teils, der in Experimenten an Kollidern bei Energien unter etwa 1 TeV sichtbar ist. Solche Theorien werden zusammenfassend als „ Neue Physik„ oder „Jenseits des Standardmodells“. Das Hauptziel des Large Hadron Collider besteht darin, zumindest erste Hinweise darauf zu erhalten, was diese tiefere Theorie ist. Für eine weitere Vereinheitlichung grundlegende Wechselwirkungen Eine Theorie verwendet unterschiedliche Ansätze: die Stringtheorie, die in der M-Theorie (Brane-Theorie) entwickelt wurde, die Supergravitationstheorie, die Schleifenquantengravitation usw. Einige von ihnen haben interne Probleme, und keiner von ihnen hat eine experimentelle Bestätigung. Das Problem besteht darin, dass zur Durchführung der entsprechenden Experimente Energien benötigt werden, die mit modernen Beschleunigern für geladene Teilchen nicht erreichbar sind. Der LHC wird Experimente ermöglichen, die bisher unmöglich waren, und wird wahrscheinlich einige dieser Theorien bestätigen oder widerlegen. So gibt es eine ganze Reihe physikalischer Theorien mit Dimensionen größer als vier, die von der Existenz einer „Supersymmetrie“ ausgehen – zum Beispiel die Stringtheorie, die manchmal gerade deshalb Superstringtheorie genannt wird, weil sie ohne Supersymmetrie verliert physikalische Bedeutung. Die Bestätigung der Existenz der Supersymmetrie wird somit eine indirekte Bestätigung der Wahrheit dieser Theorien sein. Untersuchung von Top-Quarks Das Top-Quark ist das schwerste Quark und darüber hinaus das schwerste bisher entdeckte Elementarteilchen. Nach den neuesten Ergebnissen des Tevatron beträgt seine Masse 173,1 ± 1,3 GeV/c 2. Aufgrund seiner großen Masse wurde das Top-Quark bisher nur an einem Beschleuniger beobachtet – dem Tevatron; andere Beschleuniger hatten einfach nicht genug Energie für seine Geburt. Darüber hinaus sind Top-Quarks nicht nur für sich genommen, sondern auch als „Arbeitswerkzeug“ für die Untersuchung des Higgs-Bosons für Physiker interessant. Einer der wichtigsten Kanäle für die Higgs-Boson-Produktion am LHC ist die assoziative Produktion zusammen mit einem Top-Quark-Antiquark-Paar. Um solche Ereignisse zuverlässig vom Hintergrund zu trennen, müssen zunächst die Eigenschaften der Top-Quarks selbst untersucht werden. Untersuchung des Mechanismus der elektroschwachen Symmetrie Eines der Hauptziele des Projekts ist der experimentelle Nachweis der Existenz des Higgs-Bosons, eines Teilchens, das der schottische Physiker Peter Higgs 1964 im Rahmen des Standardmodells vorhersagte. Das Higgs-Boson ist ein Quantum des sogenannten Higgs-Feldes, bei dessen Durchgang Teilchen einen Widerstand erfahren, den wir als Massenkorrekturen darstellen. Das Boson selbst ist instabil und hat eine große Masse (mehr als 120 GeV/c 2). Tatsächlich interessieren sich Physiker weniger für das Higgs-Boson selbst als vielmehr für den Higgs-Mechanismus zur Symmetriebrechung der elektroschwachen Wechselwirkung. Untersuchung von Quark-Gluon-Plasma Es wird erwartet, dass etwa ein Monat pro Jahr im Beschleuniger stattfinden wird nukleare Auseinandersetzungen. In diesem Monat wird der Collider beschleunigen und nicht Protonen, sondern Bleikerne in Detektoren kollidieren lassen. Bei einer inelastischen Kollision zweier Kerne mit ultrarelativistischen Geschwindigkeiten bei eine kurze Zeit Es entsteht ein dichter und sehr heißer Klumpen Kernmaterie, der dann zerfällt. Das Verständnis der in diesem Fall auftretenden Phänomene (Übergang der Materie in den Zustand von Quark-Gluon-Plasma und deren Abkühlung) ist notwendig, um eine fortgeschrittenere Theorie starker Wechselwirkungen zu entwickeln, die sowohl für die Kernphysik als auch für die Astrophysik nützlich sein wird. Die Suche nach Supersymmetrie Das erste Signifikante wissenschaftliche Leistung Experimente am LHC können die „Supersymmetrie“ beweisen oder widerlegen – die Theorie, dass jedes Elementarteilchen einen viel schwereren Partner, ein „Superteilchen“, hat. Untersuchung von Photon-Hadron- und Photon-Photon-Kollisionen Elektromagnetische Wechselwirkung von Teilchen wird als Austausch von (teils virtuellen) Photonen beschrieben. Mit anderen Worten: Photonen sind Träger elektromagnetisches Feld. Protonen sind elektrisch geladen und umgeben elektrostatisches Feld Dementsprechend kann dieses Feld als Wolke virtueller Photonen betrachtet werden. Jedes Proton, insbesondere ein relativistisches Proton, enthält eine Wolke aus virtuellen Teilchen wie Komponente. Wenn Protonen kollidieren, interagieren auch die virtuellen Teilchen, die jedes Proton umgeben. Mathematisch wird der Prozess der Teilchenwechselwirkung durch eine lange Reihe von Korrekturen beschrieben, von denen jede die Wechselwirkung durch virtuelle Teilchen eines bestimmten Typs beschreibt (siehe: Feynman-Diagramme). Bei der Untersuchung der Kollision von Protonen wird also die Wechselwirkung von Materie mit hochenergetischen Photonen dargestellt großes Interesse für theoretische Physik. Eine besondere Klasse von Reaktionen wird ebenfalls berücksichtigt – die direkte Wechselwirkung zweier Photonen, die entweder mit einem entgegenkommenden Proton kollidieren können, was zu typischen Photon-Hadron-Kollisionen führt, oder miteinander. Im nuklearen Kollisionsmodus ist der Einfluss auf die große elektrische Ladung des Kerns zurückzuführen elektromagnetische Prozesse hat eine noch größere Bedeutung. Exotische Theorien auf den Prüfstand stellen Die Theoretiker des ausgehenden 20. Jahrhunderts haben eine große Zahl davon aufgestellt ungewöhnliche Ideenüber die Struktur der Welt, die zusammenfassend als „exotische Modelle“ bezeichnet werden. Dazu gehören Theorien mit starker Schwerkraft auf einer Energieskala in der Größenordnung von 1 TeV, Modelle mit vielen räumlichen Dimensionen, Preon-Modelle, in denen Quarks und Leptonen selbst aus Teilchen bestehen, Modelle mit neuartigen Wechselwirkungstypen. Tatsache ist, dass die gesammelten experimentellen Daten immer noch nicht ausreichen, um eine einzige Theorie zu erstellen. Und alle diese Theorien selbst sind mit den verfügbaren experimentellen Daten kompatibel. Da diese Theorien spezifische Vorhersagen für den LHC treffen können, planen Experimentatoren, die Vorhersagen zu testen und in ihren Daten nach Spuren bestimmter Theorien zu suchen. Es wird erwartet, dass die am Beschleuniger erzielten Ergebnisse die Vorstellungskraft der Theoretiker einschränken und einige der vorgeschlagenen Konstruktionen schließen können. Sonstiges Auch auf Erkennung wartend physikalische Phänomene außerhalb des Standardmodells. Es ist geplant, die Eigenschaften von W- und Z-Bosonen, Kernwechselwirkungen bei ultrahohen Energien sowie Produktions- und Zerfallsprozesse schwerer Quarks (b und t) zu untersuchen.

Nach einer Reihe von Experimenten am Large Hadron Collider (LHC) gaben Spezialisten des Europäischen Zentrums für Kernforschung (CERN) die Entdeckung eines neuen Teilchens namens Pentaquark bekannt, das zuvor von russischen Wissenschaftlern vorhergesagt wurde.

Der Large Hadron Collider (LHC) ist ein Beschleuniger zur Beschleunigung von Elementarteilchen (insbesondere Protonen).

Es befindet sich in Frankreich und der Schweiz und gehört dem Europäischen Rat für Kernforschung (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire, CERN) an.

Zu diesem Zeitpunkt war den Wissenschaftlern nicht genau klar, inwiefern das von ihnen entdeckte Teilchen den Vorhersagen des Standardmodells entsprach. Im März 2013 hatten Physiker genügend Daten über das Teilchen, um es offiziell zum Higgs-Boson zu erklären.

Am 8. Oktober 2013 wurde der britische Physiker Peter Higgs und der Belgier Francois Engler ausgezeichnet, die den Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung entdeckten (dank dieser Verletzung können Elementarteilchen Masse haben). Nobelpreis in Physik für „die theoretische Entdeckung eines Mechanismus, der Einblicke in den Ursprung der Massen von Elementarteilchen liefert.“

Im Dezember 2013 verfolgten CERN-Physiker dank der Datenanalyse mithilfe neuronaler Netze erstmals den Zerfall des Higgs-Bosons in Fermionen – Tau-Leptonen sowie B-Quark- und B-Antiquark-Paare.

Im Juni 2014 klärten Wissenschaftler, die am ATLAS-Detektor arbeiteten, nach der Verarbeitung aller gesammelten Statistiken die Ergebnisse der Messung der Masse des Higgs-Bosons. Ihren Daten zufolge beträgt die Masse des Higgs-Bosons 125,36 ± 0,41 Gigaelektronenvolt. Dies ist sowohl vom Wert als auch von der Genauigkeit her nahezu identisch mit dem Ergebnis der Wissenschaftler, die am CMS-Detektor arbeiten.

In einer Veröffentlichung im Februar 2015 in der Zeitschrift Physical Review Letters erklärten Physiker dies möglicher Grund Das fast vollständige Fehlen von Antimaterie im Universum und das Vorherrschen gewöhnlicher sichtbarer Materie könnte durch die Bewegungen des Higgs-Feldes verursacht werden – einer besonderen Struktur, in der Higgs-Bosonen „leben“. Der russisch-amerikanische Physiker Alexander Kusenko von der University of California in Los Angeles (USA) und seine Kollegen glauben, dass es ihnen gelungen ist, die Antwort auf dieses universelle Rätsel in den Daten zu finden, die der Large Hadron Collider in der ersten Phase seines Betriebs gesammelt hat , als das Boson Higgs entdeckt wurde, das berühmte „Gottesteilchen“.

Am 14. Juli 2015 wurde bekannt, dass Spezialisten des Europäischen Zentrums für Kernforschung (CERN) nach einer Reihe von Experimenten am Large Hadron Collider (LHC) die Entdeckung eines neuen Teilchens namens Pentaquark bekannt gaben, das zuvor vorhergesagt wurde Russische Wissenschaftler. Die Untersuchung der Eigenschaften von Pentaquarks wird es uns ermöglichen, besser zu verstehen, wie gewöhnliche Materie funktioniert. Die Möglichkeit der Existenz von Pentaquarks, Mitarbeiter des St. Petersburger Instituts für Kernphysik, benannt nach Konstantinov Dmitry Dyakonov, Maxim Polyakov und Viktor Petrov.

Die vom LHC in der ersten Arbeitsphase gesammelten Daten ermöglichten es den Physikern der LHCb-Kollaboration, die auf dem gleichnamigen Detektor nach exotischen Teilchen sucht, mehrere Teilchen von fünf Quarks zu „fangen“, die vorläufige Namen Pc(4450) erhielten. + und Pc(4380)+. Sie haben eine sehr große Masse – etwa 4,4–4,5 Tausend Megaelektronenvolt, was etwa vier- bis fünfmal mehr ist als die gleiche Zahl für Protonen und Neutronen, sowie einen eher ungewöhnlichen Spin. Es handelt sich naturgemäß um vier „normale“ Quarks, die an ein Antiquark gebunden sind.

Die statistische Sicherheit der Entdeckung beträgt neun Sigma, was einem zufälligen Fehler oder einer Fehlfunktion des Detektors in einem Fall bei vier Millionen Milliarden Versuchen (10 hoch 18) entspricht.

Eines der Ziele des zweiten Starts des LHC wird die Suche nach Dunkler Materie sein. Es wird angenommen, dass die Entdeckung einer solchen Materie dazu beitragen wird, das Problem der verborgenen Masse zu lösen, das insbesondere aus Anomalien besteht hohe Geschwindigkeit Drehung Außenbereiche Galaxien.

Das Material wurde auf der Grundlage von Informationen von RIA Novosti und offenen Quellen erstellt

Karte mit markiertem Standort des Colliders

Um grundlegende Wechselwirkungen in einer Theorie weiter zu vereinheitlichen, werden verschiedene Ansätze verwendet: die Stringtheorie, die in der M-Theorie (Brane-Theorie) entwickelt wurde, die Supergravitationstheorie, die Schleifenquantengravitation usw. Einige von ihnen haben interne Probleme, andere jedoch nicht experimentelle Bestätigung. Das Problem besteht darin, dass zur Durchführung der entsprechenden Experimente Energien benötigt werden, die mit modernen Beschleunigern für geladene Teilchen nicht erreichbar sind.

Der LHC wird Experimente ermöglichen, die bisher nicht durchführbar waren, und wird wahrscheinlich einige dieser Theorien bestätigen oder widerlegen. So gibt es eine ganze Reihe physikalischer Theorien mit Dimensionen größer als vier, die von der Existenz einer „Supersymmetrie“ ausgehen – zum Beispiel die Stringtheorie, die manchmal gerade deshalb Superstringtheorie genannt wird, weil sie ohne Supersymmetrie ihre physikalische Bedeutung verliert. Die Bestätigung der Existenz der Supersymmetrie wird somit eine indirekte Bestätigung der Wahrheit dieser Theorien sein.

Untersuchung von Top-Quarks

Baugeschichte

27 km langer unterirdischer Tunnel zur Unterbringung des LHC-Beschleunigers

Die Idee für das Large Hadron Collider-Projekt entstand 1984 und wurde zehn Jahre später offiziell genehmigt. Der Bau begann im Jahr 2001, nach der Fertigstellung des vorherigen Beschleunigers, des Large Electron-Positron Collider.

Der Beschleuniger soll Protonen mit einer Gesamtenergie von 14 TeV (also 14 Teraelektronenvolt oder 14 10 12 Elektronenvolt) im System des Massenschwerpunkts der einfallenden Teilchen sowie Bleikerne mit einer Energie von 5,5 GeV zur Kollision bringen (5,5 10 9 Elektronenvolt) für jedes Paar kollidierender Nukleonen. Somit wird der LHC der energiereichste Teilchenbeschleuniger der Welt sein, der seinen engsten Konkurrenten – dem Tevatron-Proton-Antiproton-Kollider, der derzeit im National Accelerator Laboratory in Betrieb ist – energetisch um eine Größenordnung überlegen ist. Enrico Fermi (USA) und der relativistische Schwerionenbeschleuniger RHIC, der im Brookhaven Laboratory (USA) betrieben wird.

Der Beschleuniger befindet sich im selben Tunnel, in dem sich früher der Large Electron-Positron Collider befand. Der Tunnel mit einem Umfang von 26,7 km wird in einer Tiefe von etwa hundert Metern unter der Erde in Frankreich und der Schweiz verlegt. Um Protonenstrahlen einzudämmen und zu korrigieren, werden 1624 supraleitende Magnete verwendet, deren Gesamtlänge 22 km übersteigt. Der letzte davon wurde am 27. November 2006 im Tunnel installiert. Die Magnete arbeiten bei 1,9 K (−271 °C). Der Bau einer speziellen Kryolinie zur Kühlung von Magneten wurde am 19. November 2006 abgeschlossen.

Tests

Technische Eigenschaften

Der Prozess der Beschleunigung von Teilchen in einem Collider

Die Geschwindigkeit der Teilchen im LHC bei kollidierenden Strahlen liegt nahe an der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Die Beschleunigung von Teilchen auf solch hohe Geschwindigkeiten erfolgt in mehreren Stufen. In der ersten Stufe injizieren die Niedrigenergie-Linearbeschleuniger Linac 2 und Linac 3 Protonen und Bleiionen zur weiteren Beschleunigung. Die Teilchen gelangen dann in den PS-Booster und dann in das PS selbst (Protonen-Synchrotron) und erreichen eine Energie von 28 GeV. Danach setzt sich die Teilchenbeschleunigung im SPS (Super Synchrotron Proton Synchrotron) fort, wo die Teilchenenergie 450 GeV erreicht. Der Strahl wird dann in den 26,7 Kilometer langen Hauptring geleitet und Detektoren zeichnen die Ereignisse an den Kollisionspunkten auf.

Energieverbrauch

Während des Betriebs des Colliders wird der geschätzte Energieverbrauch 180 MW betragen. Geschätzter Energieverbrauch des gesamten Kantons Genf. CERN selbst produziert keinen Strom und verfügt nur über Notstrom-Dieselgeneratoren.

Verteiltes Rechnen

Um die vom LHC-Beschleuniger und den Detektoren kommenden Daten zu verwalten, zu speichern und zu verarbeiten, wird ein verteiltes Computernetzwerk LCG erstellt. L HC C Rechnen G LOSWERDEN ), unter Verwendung von Grid-Technologie. Für bestimmte Rechenaufgaben wird das verteilte Rechenprojekt LHC@home genutzt.

Unkontrollierte physikalische Prozesse

Einige Experten und Mitglieder der Öffentlichkeit haben Bedenken geäußert, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die am Collider durchgeführten Experimente außer Kontrolle geraten und eine Kettenreaktion entwickeln, die unter bestimmten Bedingungen theoretisch den gesamten Planeten zerstören könnte, ungleich Null ist. Der Standpunkt der Befürworter von Katastrophenszenarien im Zusammenhang mit dem Betrieb des LHC wird auf einer separaten Website dargestellt. Aufgrund ähnlicher Gefühle wird der LHC manchmal als „LHC“ bezeichnet Zuletzt Hadron Collider ( Zuletzt Hadron Collider).

In diesem Zusammenhang wird am häufigsten die theoretische Möglichkeit des Auftretens mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher im Collider sowie die theoretische Möglichkeit der Bildung von Antimaterieklumpen und magnetischen Monopolen mit anschließender Kettenreaktion des Einfangens umgebender Materie genannt.

Diese theoretischen Möglichkeiten wurden von einer Sondergruppe des CERN geprüft, die einen entsprechenden Bericht erstellte, in dem alle derartigen Befürchtungen als unbegründet anerkannt werden. Der englische theoretische Physiker Adrian Kent veröffentlichte einen wissenschaftlichen Artikel, in dem er die vom CERN angenommenen Sicherheitsstandards kritisierte, da der erwartete Schaden, also das Produkt aus der Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses und der Anzahl der Opfer, seiner Meinung nach inakzeptabel sei. Die maximale Obergrenze für die Wahrscheinlichkeit eines Katastrophenszenarios am LHC liegt jedoch bei 10 -31.

Zu den Hauptargumenten für die Unbegründetheit von Katastrophenszenarien zählen Hinweise auf die Tatsache, dass die Erde, der Mond und andere Planeten ständig von Strömen kosmischer Teilchen mit viel höheren Energien bombardiert werden. Auch erwähnt erfolgreiche Arbeit zuvor in Betrieb genommene Beschleuniger, darunter der relativistische Schwerionenbeschleuniger RHIC in Brookhaven. Die Möglichkeit der Bildung mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher wird von CERN-Spezialisten nicht geleugnet, es heißt jedoch, dass in unserem dreidimensionaler Raum Solche Objekte können nur bei Energien entstehen, die 16 Größenordnungen größer sind als die Energie der Strahlen am LHC. Hypothetisch könnten bei Experimenten am LHC mikroskopisch kleine Schwarze Löcher in Vorhersagen von Theorien mit zusätzlichen räumlichen Dimensionen auftauchen. Solche Theorien haben noch keine experimentelle Bestätigung. Doch selbst wenn Schwarze Löcher durch Teilchenkollisionen am LHC entstehen, ist zu erwarten, dass sie aufgrund der Hawking-Strahlung äußerst instabil sind und wie gewöhnliche Teilchen fast augenblicklich verdampfen.

Am 21. März 2008 wurde eine Klage von Walter Wagner beim Bundesbezirksgericht von Hawaii (USA) eingereicht. Walter L. Wagner) und Luis Sancho (dt. Luis Sancho), in dem sie das CERN beschuldigen, das Ende der Welt herbeiführen zu wollen, und fordern, dass der Start des Colliders verboten wird, bis seine Sicherheit gewährleistet ist.

Vergleich mit natürlichen Geschwindigkeiten und Energien

Der Beschleuniger soll Teilchen wie Hadronen und Atomkerne kollidieren lassen. Es gibt jedoch welche natürliche Quellen Teilchen, deren Geschwindigkeit und Energie viel höher sind als im Collider (siehe: Zevatron). Solche natürlichen Teilchen werden in der kosmischen Strahlung nachgewiesen. Die Oberfläche des Planeten Erde ist teilweise vor diesen Strahlen geschützt, doch beim Durchgang durch die Atmosphäre kollidieren kosmische Strahlungsteilchen mit Atomen und Luftmolekülen. Durch diese natürlichen Kollisionen entstehen in der Erdatmosphäre viele stabile und instabile Teilchen. Infolgedessen sind auf dem Planeten seit vielen Millionen Jahren natürliche Ressourcen vorhanden. Hintergrundstrahlung. Das Gleiche (Zusammenstoß von Elementarteilchen und Atomen) wird im LHC passieren, jedoch mit geringeren Geschwindigkeiten und Energien und in viel geringeren Mengen.

Mikroskopische Schwarze Löcher

Wenn bei der Kollision von Elementarteilchen Schwarze Löcher entstehen können, zerfallen sie auch in Elementarteilchen, gemäß dem Prinzip der CPT-Invarianz, einem der grundlegendsten Prinzipien der Quantenmechanik.

Wenn außerdem die Hypothese der Existenz stabiler schwarzer Mikrolöcher richtig wäre, würden diese in großen Mengen durch die Bombardierung der Erde durch kosmische Elementarteilchen entstehen. Bei den meisten hochenergetischen Elementarteilchen, die aus dem Weltraum ankommen, ist dies jedoch der Fall elektrische Ladung, also wären einige Schwarze Löcher elektrisch geladen. Diese geladenen Schwarzen Löcher würden eingefangen werden Magnetfeld Erde, und wenn sie wirklich gefährlich wären, hätten sie die Erde schon vor langer Zeit zerstört. Der Schwimmer-Mechanismus, der Schwarze Löcher elektrisch neutral macht, ist dem Hawking-Effekt sehr ähnlich und kann nicht funktionieren, wenn der Hawking-Effekt nicht funktioniert.

Darüber hinaus würden alle Schwarzen Löcher, ob geladen oder elektrisch neutral, von Weißen Zwergen eingefangen werden Neutronensterne(die wie die Erde von kosmischer Strahlung bombardiert werden) und zerstörten sie. Infolgedessen wäre die Lebensdauer von Weißen Zwergen und Neutronensternen viel kürzer als tatsächlich beobachtet. Darüber hinaus würden kollabierende Weiße Zwerge und Neutronensterne zusätzliche Strahlung aussenden, die eigentlich nicht beobachtet wird.

Schließlich stehen Theorien mit zusätzlichen räumlichen Dimensionen, die die Entstehung mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher vorhersagen, nur dann nicht im Widerspruch zu experimentellen Daten, wenn die Anzahl zusätzlicher Dimensionen mindestens drei beträgt. Aber bei so vielen zusätzlichen Dimensionen müssen bis dahin Milliarden von Jahren vergehen schwarzes Loch wird der Erde erheblichen Schaden zufügen.

Strapelki

Die entgegengesetzten Ansichten vertritt Eduard Boos, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften am Forschungsinstitut für Kernphysik der Moskauer Staatlichen Universität, der die Entstehung makroskopischer Schwarzer Löcher am LHC bestreitet und daher „ Wurmlöcher„und Zeitreisen.

Anmerkungen

1. Der ultimative Leitfaden zum LHC (Englisch) S. 30.
2. LHC: Wichtige Fakten. „Elemente große Wissenschaft" Abgerufen am 15. September 2008.
3. Tevatron Electroweak Working Group, Top-Untergruppe
4. LHC-Synchronisationstest erfolgreich
5. Der zweite Test des Einspritzsystems verlief mit Unterbrechungen, erreichte aber sein Ziel. „Elements of Big Science“ (24. August 2008). Abgerufen am 6. September 2008.
6. Der LHC-Meilensteintag beginnt schnell
7. Erster Strahl im LHC – Beschleunigung der Wissenschaft.
8. Mission für das LHC-Team abgeschlossen. physikalische Welt.com. Abgerufen am 12. September 2008.
9. Am LHC wird ein stabil zirkulierender Strahl gestartet. „Elements of Big Science“ (12. September 2008). Abgerufen am 12. September 2008.
10. Ein Unfall am Large Hadron Collider verzögert die Experimente auf unbestimmte Zeit. „Elements of Big Science“ (19. September 2008). Abgerufen am 21. September 2008.
11. Der Large Hadron Collider wird seinen Betrieb erst im Frühjahr wieder aufnehmen – CERN. RIA Nowosti (23. September 2008). Abgerufen am 25. September 2008.
12. http://press.web.cern.ch/Press/PressReleases/Releases2008/PR14.08E.html
13. https://edms.cern.ch/file/973073/1/Report_on_080919_incident_at_LHC__2_.pdf
14. https://lhc2008.web.cern.ch/LHC2008/inauguration/index.html
15. Die Reparatur beschädigter Magnete wird aufwändiger sein als bisher angenommen. „Elemente der großen Wissenschaft“ (9. November 2008). Abgerufen am 12. November 2008.
16. Zeitplan für 2009. „Elements of Big Science“ (18. Januar 2009). Abgerufen am 18. Januar 2009.
17. CERN-Pressemitteilung
18. Der Betriebsplan des Large Hadron Collider für 2009–2010 wurde genehmigt. „Elements of Big Science“ (6. Februar 2009). Abgerufen am 5. April 2009.
19. Die LHC-Experimente.
20. „Die Büchse der Pandora“ öffnet sich. Vesti.ru (9. September 2008). Abgerufen am 12. September 2008.
21. Das Gefahrenpotenzial bei Experimenten mit Teilchenbeschleunigern
22. Dimopoulos S., Landsberg G. Schwarze Löcher am Large Hadron Collider (Englisch) Phys. Rev. Lette. 87 (2001)
23. Blaizot J.-P. et al. Untersuchung potenziell gefährlicher Ereignisse bei Schwerionenkollisionen am LHC.
24. Überprüfung der Sicherheit von LHC-Kollisionen, LHC-Sicherheitsbewertungsgruppe
25. Eine kritische Überprüfung der Risiken von Beschleunigern. Proza.ru (23. Mai 2008). Abgerufen am 17. September 2008.
26. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit einer Katastrophe am LHC?
27. Tag des Jüngsten Gerichts
28. Einen Richter bitten, die Welt und vielleicht noch viel mehr zu retten
29. Erklären, warum der LHC sicher sein wird
30. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-es.pdf (Spanisch)
31. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-de.pdf (Deutsch)
32. http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-fr.pdf (Französisch)
33. H. Heiselberg. Screening in Quarktröpfchen // Physical Review D. - 1993. - T. 48. - Nr. 3. - S. 1418-1423. DOI:10.1103/PhysRevD.48.1418
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