Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas

Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas (angl. Large Hadron Collider, LHC) – dalelių greitintuvas CERN laboratorijoje, netoli Ženevos, Šveicarijoje, didžiausias dalelių greitintuvas pasaulyje, oficialiai atidarytas 2008 m. spalio 21 d. Pirmas protonų pluoštas į žiedą įleistas 2008 m. rugsėjo 10 d., o pirmieji susidūrimai nukelti į 2009 m. rudenį. Šiame projekte dalyvauja daugiau kaip 2000 fizikų iš 34 šalių laboratorijų ir universitetų.

Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas.

Visas projektas (projektavimas, statyba, priežiūra, eksploatacija ir informacijos apdorojimas) kainavo apie 13,25 milijardo litų.

2010 m. kovo 30 d.-ąją, buvo pasiektas dalelių pluoštų susidūrimo energijos rekordas. Pirmą kartą susidūrė dalelių pluoštai, kurių kiekvieno energija siekė 3,5 (TeV). Bendrojo eksperimento metu pasiekta pluoštų susidūrimo energija buvo 7 TeV.

Pagrindiniai uždaviniai

Feinmano diagrama, vaizduojanti galimą neutralaus Higso bozono susidarymą LHC greitintuve iš dviejų kvarkų.

Mokslininkai tikisi, kad šis greitintuvas padės atsakyti į šiuos klausimus:

• Ar Higso mechanizmas, kuris pagal standartinį modelį suteikia dalelėms masę, yra teisingas?
• Ar tikslesnės bariono masės apskaičiavimas patvirtina standartinį modelį?
• Ar egzistuoja supersimetrija?
• Kokie yra simetrijos pažeidimai tarp medžiagos ir antimedžiagos?
• Ar egzistuoja kiti matavimai, kuriuos nuspėjo superstygų teorija, ir ar galima juos „pamatyti“?
• Kokia yra tamsiosios energijos, kuri sudaro 96 % visatos masės, prigimtis?
• Kokia yra gravitacinės sąveikos prigimtis?

Konstrukcija

LHC greitintuvų grandinė ir eksperimentai.

Greitintuvas sumontuotas 50–175 m po žeme esančiame 26,659 km ilgio tunelyje, kuris buvo pastatatytas 1983–1988 m. ir naudotas ankstesniam greitintuvui LEP. Šis 3,8 m pločio tunelis kerta Šveicarijos ir Prancūzijos sieną keturiuose taškuose, bet didžioji dalis įrenginio yra Prancūzijos teritorijoje. Nors pats greitintuvas yra po žeme, paviršiuje gausu įvairios paskirties pastatų, kuriuose laikoma aptarnavimui reikalinga įranga: kompresoriai, ventiliacijos, šaldymo ir valdymo įrenginiai.

Šiame tunelyje yra du vamzdžiai, apsupti superlaidžių magnetų, šaldomų skystu heliu (palaikoma pastovi 1,9 K temperatūra). Šiais vamzdžiais priešpriešai judės protonų pluoštai, kol jiems bus suteikta reikiama energija. Protonų judėjimo kryptį koreguos (Lorenco jėga). Tada papildomi kvadrupoliniai magnetai suglaus pluoštus, kad protonai susidurtų. Iš viso sumontuota apie 9600 įvairių magnetų.

Maksimaliu pajėgumu dirbančiame greitintuve kiekvienas skriejantis protonas turės 7 TeV energiją. Protonai skries greičiu, lygiu 99,9999991 % šviesos greičio, tad kiekvienas jų per sekundę tunelį apskries 11 245 kartus. Protonų srautas bus suskaidytas į 2808 telkinius (atskirtus kas 7 metrus), kuriuose bus iki 110 milijardų šių dalelių. Protonai 4 vietose susidurs iki 600 milijonų kartų per sekundę.

LHC greitintuve be protonų bus naudojami ir švino jonai.

Pagrindinės technologijos

Superlaidūs magnetai

Dalelių spinduliai yra valdomi magnetiniu lauku, kurį sukuria superlaidūs elektromagnetai. Greitintuve yra naudojami įvairaus poliškumo ir indukcijos elektromagnetai. Dipoliniai 8.33 teslų (T) magnetinio lauko indukcijos elektromagnetai yra skirti išlaikyti dalelių spindulį apskritimo orbitoje. Kvadrupoliniai ir aukštesnio poliškumo elektromagnetai yra skirti koreguoti dalelių spindulio geometriją.

Spinduliai ir energija

LHC greitintuvas yra skirtas greitinti protonus ir švino jonus. Vienas paleidimas buvo vykdomas su ksenono jonais.

Protonų spinduliai yra įleidžiami į LHC vamzdį turėdami 900 GeV energiją. Tuomet dalelės yra įgreitinamos: per savo gyvavimo laikotarpį LHC greitintuvas veikė 3.5 TeV, 4 TeV, 6.5 TeV ir 6.8 TeV energijų (vienam protonui) konfigūracijomis.

Švino jonų spinduliai yra įgreitinami iki 2.56 TeV energijos vienam nukleonui.

Eksperimentai

Statomas ATLAS detektorius (2006 m. vasaris).

LHC eksperimentai:

• ALICE
• ATLAS
• CMS
• LHCb
• LHCf
• TOTEM
• SND@LHC

Bandomasis paleidimas

Pirmieji protonų pluoštai į greitintuvo žiedą įleisti 2008 m. rugsėjo 10 d. Po kelių pirmų trumpų bandymų protonams buvo leista apskrieti pilną ratą, kurį įveikė 10 val. 28 min. vietos laiku. Vėliau pluoštas buvo įleistas ir prieš laikrodžio rodyklę.

Rugsėjo 17 d. greitintuvas buvo laikinai sustabdytas dėl elektrinio gedimo magnetų vėsinimo sistemoje. Rugsėjo 19 d. buvo vėl paleistas, tačiau įvyko dar vienas gedimas: apie 100 superšaltų magnetų 3-4 sektoriuose temperatūra pakilo apie 100 °C, bei apie toną suskystinto helio pratekėjo į tunelį. Vėliau pranešta, kad bandymai sustabdyti bent dviem mėnesiams, nes remonto darbams atlikti apgadintą sektorių reikia atšildyti, pataisyti bei vėl atšaldyti.

Lapkričio 21 d. greitintuvas vėl buvo paleistas. Į jį buvo įleisti du protonų pluoštai.

Šaltiniai

1. CERN spaudos pranešimas „CERN inaugurates the LHC“ 2008-10-25 iš Wayback Machine projekto.. Nuoroda tikrinta 2008-10-22.
2. CERN spaudos pranešimas: „First beam in the LHC - accelerating science 2009-01-06 iš Wayback Machine projekto.“. Nuoroda tikrinta 2008-09-10.
3. CERN FAQ – LHC the guide
4. CERN spaudos pranešimas „The LEP story“ 2008-09-13 iš Wayback Machine projekto., 2000 m. rugsėjo 14 d. Nuoroda tikrinta 2008-09-17.
5. Ions for LHC (I-LHC) Project
6. Lyndon Evans and PB (2008). „LHC Machine“. Journal of Instrumentation. 3 (08): S08001--S08001. doi:10.1088/1748-0221/3/08/s08001. Nuoroda tikrinta 2021 m. sausio 8 d.. {{}}: Vancouver style error: initials in name 1 ()
7. „For one day only LHC collides xenon beams“. CERN Home. 2017 m. spalio 12 d. Nuoroda tikrinta 2022 m. liepos 11 d..
8. „CERN approves new LHC experiment“. CERN Home. 2021 m. balandžio 27 d. Nuoroda tikrinta 2021 m. gegužės 5 d..
9. http://uk.news.yahoo.com/afp/20080918/tsc-science-physics-cern-c2ff8aa.html
10. http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7626944.stm
11. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8371662.stm

Nuorodos

Vikiteka: Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas – vaizdinė ir garsinė medžiaga

• Oficialus „Large Hadron Collider“ tinklalapis
• LHC@home projekto tinklalapis

46°14′ š. pl. 6°03′ r. ilg. / 46.233°š. pl. 6.050°r. ilg. / 46.233; 6.050