• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • W akceleratorze LHC osiągnięto rekordową energię - naukowcy liczą na odkrycia

    31.03.2010. 21:48
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    "Początek ery nowych odkryć", "przełom w fizyce" - takimi słowami określają naukowcy wtorkowy start cyklu zderzeń protonów przy energii 7 TeV i zacierają ręce. Tym eksperymetem LHC rozpoczął zbieranie milionów megabajtów danych, w których naukowcy będą szukać nowych odkryć.

    LHC to Wielki Zderzacz Hadronów w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Zderzeń cząstek z taką energią, jaką osiągnięto w LHC, nie wykonało jeszcze żadne laboratorium na świecie.

    Elektronowolt to jednostka energii, prędkości i masy używana w fizyce cząstek elementarnych. Dla porównania, 1 GeV (Gigaelektronowolt) - mniejszy 1 tysiąc razy od 1 TeV - to mniej więcej energia pojedynczego protonu w stanie spoczynku. Akceleratory działające w innych ośrodkach badawczych na świecie nie mogą na razie osiągać takich energii zderzeń, do jakich doszło we wtorek w LHC. Najpotężniejszy z nich - Tevatron, działający w amerykańskim ośrodku Fermilab - może rozpędzić wiązkę cząstek do energii ok. 1 TeV, czyli zderzenia odbywają się przy energii ok. 2 TeV. W LHC jedna wiązka osiąga energię 3,5 TeV czyli zderzenia odbywają się z enegią 7 TeV.

    Badacze zacierają ręce. "To wspaniałe być w tym dniu fizykiem cząstek elementarnych. Mnóstwo ludzi czekało bardzo długo na ten moment i właśnie ich cierpliwość i poświęcenie zaczyna przynosić owoce" - powiedział we wtorek dyrektor generalny Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN podczas transmitowanej na żywo w internecie publicznej prezentacji pierwszych zderzeń przy najwyższej energii, jaką kiedykolwiek udało się osiągnąć w jakimkolwiek laboratorium fizycznym.

    Large Hadron Collider (ang. Wielki Zderzacz Hadronów) to kołowy akcelerator cząstek, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Umieszczony jest w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km. Są w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek (najczęściej protonów), które następnie zderzają się ze sobą. W LHC naukowcy próbują doprowadzić sztucznie do takiego skupienia materii, które umożliwi powstanie cząstek cięższych niż te, które na co dzień można obserwować.

    Do rejestracji cząstek, pojawiających się w miejscach zderzeń, służą cztery zestawy detektorów - ATLAS, CMS, ALICE i LHCb - umieszczone w czterech miejscach na obwodzie akceleratora. Każdy z nich jest zaprojektowany do wykrywania innego rodzaju cząstek i zjawisk. Razem będą dostarczały naukowcom 3 tys. GB (gigabajtów) danych dziennie, co przekłada się na dziesiątki PB (petabajtów, czyli milionów gigabajtów) danych rocznie. Z tej masy informacji fizycy na całym świecie będą się starali wyłuskać ślady odkryć, bo obserwacja powstawania i rozpadu cząstek ma na celu uzyskanie w warunkach laboratoryjnych dowodów na istnienie cząstek i procesów, o których na razie mówią tylko teorie.

    Jedną z takich hipotetycznych cząstek jest bozon Higgsa - cząstka, od której (według teorii) zależy masa wszystkich innych cząstek (m.in. protonów, elektronów, neutronów). To od siły oddziaływania z cząstkami Higgsa miałoby zależeć czy cząstka jest lekka (jak np. elektron) czy ciężka (np. proton). Jak napisano w komunikacie prasowym CERN przesłanym PAP we wtorek, możliwe jest, że cząstka ta zostanie odkryta nawet w ciągu tych kilkunastu miesięcy, kiedy w LHC będzie dochodziło do zderzeń z energią ok. 7 TeV (teraelektronowoltów). "Szansa na odkrycie będzie, jeśli cząstka Higgsa ma masę ok. 160 GeV (gigaelektronowoltów). Jeśli jest znacznie lżejsza lub bardzo ciężka, to za tym podejściem będzie o wiele trudniej ją znaleźć" - napisano w komunikacie.

    Natomiast, jak dodano, istnieje duża szansa na odkrycie którejś z tzw. cząstek supersymetrycznych. Teoretycy przewidują, że są to nieznane dotąd odpowiedniki wszystkich znanych cząstek elementarnych. Część z nich mogła już zaniknąć, po zmniejszeniu się gęstości materii we wszechświecie. Ale niektóre prawdopodobnie istnieją nadal. Z takich cząstek mogłaby np. składać się tzw. ciemna materia. Są to zagadkowe obiekty kosmiczne, które nie wysyłają widzialnego promieniowania (nie świecą), ale na pewno mają masę, bo wywołują przyciąganie grawitacyjne. "Detektory ATLAS i CMS będą mogły zebrać dane, które pozwolą im podwoić zakres energii, w których będą poszukiwały nieznanych cząstek. Do tej pory mogły szukać cząstek supersymetrycznych o masie do 400 GeV. Teraz będą mogły szukać cząstek o masie do 800 GeV" - napisano w komunikacie.

    Projektowanie i budowanie akceleratora cząstek elementarnych LHC trwało 20 lat. Jest to wspólne przedsięwzięcie 20 państw europejskich zrzeszonych w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Polska należy do tej organizacji od 1991 r. Decyzję o budowie akceleratora LHC podjęto w latach 80. Prace projektowe trwały do 1994 r., kiedy ostatecznie rada CERN zatwierdziła projekt. Akcelerator kosztował ok. 3 mld euro. Do jego budowy użyto zupełnie nowych, opracowanych specjalnie w tym celu technologii. Inauguracja akceleratora odbyła się we wrześniu 2008 r. Wkrótce potem LHC uległ poważnej awarii i nie działał przez ponad rok. W listopadzie ubiegłego roku udało się uruchomić instalację, która pracowała do końca roku. Zabrano wtedy dane na podstawie zderzeń przy stosunkowo niewielkich energiach. Po planowej przerwie zimowej akcelerator ruszył ponownie w marcu. Od tamtej pory sukcesywnie zwiększano energię wiązek, aż 19 marca udało się osiągnąć energię 3,5 TeV.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Detektor cząstek elementarnych jest szczególnym przypadkiem detektora promieniowania jądrowego, służącym do wykrywania obecności i badania własności indywidualnych cząstek elementarnych o wysokich energiach, z reguły przekraczających kilka MeV. Najczęściej detektory cząstek elementarnych wykorzystywane są do detekcji produktów zderzeń cząstek rozpędzonych w akceleratorze lub pochodzących z promieniowania kosmicznego. LHC@home - projekt przetwarzania rozproszonego platformy BOINC. Jego celem jest umożliwienie dokładnej kalibracji akceleratora cząstek elementarnych, Large Hadron Collider (LHC), budowanego przez CERN w Genewie. LHCb (skrót ang. "Large Hadron Collider beauty") – detektor cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN.

    Analizator elektrostatyczny - urządzenie służące do wydzielania z wiązki cząstek naładowanych wiązki o określonej energii cząstek. Zwykle umieszczany jest między wylotem rury akceleratora a tarczą. Analizator tworzą dwie płytki kondensatora wygięte w łuk. Przez taki zakrzywiony kondensator przelatują tylko cząstki dla których siła pola elektrycznego w kondensatorze jest siłą odśrodkową. Przy określonym promieniu łuku kondensatora, energię wyjściowej wiązki analizatora (energię cząstek, które mają przechodzić przez analizator) można regulować natężeniem pola elektrycznego: Brakująca energia – wielkość fizyczna używana w eksperymentalnej fizyce wysokich energii, określająca energię, która nie jest rejestrowana przez detektor cząstek elementarnych, ale oczekuje się, że była ona obecna w zarejestrowanym przypadku, ze względu na pogwałcenie pewnych zasad zachowania, takich jak zasada zachowania energii lub zasada zachowania pędu.

    Akcelerator zderzeniowy - urządzenie rozpędzające cząstki elementarne w przeciwnych kierunkach w dwóch tunelach, by zderzyły się i zużyły prawie całą porcję energii kinetycznej na wytworzenie nowych cząstek. Do najważniejszych działających należy Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Pierścień akumulacyjny – kołowy akcelerator cząstek, którego zadaniem jest utrzymywanie krążącej w nim wiązki cząstek przez możliwie długi czas (godziny, czasem dni). Cząstki utrzymywane są zazwyczaj przy stałej energii, często pierścień akumulacyjny rozpędza je najpierw do energii docelowej, a następnie utrzymuje przez dłuższy czas przy tej energii.

    DESY (skrót od Deutsches Elektronen-Synchrotron – Niemiecki Synchrotron Elektronowy) – laboratorium fizyki i ośrodek badawczy zlokalizowane w Hamburgu. Także nazwa jednego z akceleratorów wybudowanych w tym laboratorium. DESY należy do największych europejskich ośrodków naukowych, posiada drugi co do wielkości w Europie (po CERN-ie) akcelerator cząstek. Akcelerator liniowy z falą stojącą – rodzaj przyspieszacza cząstek wykorzystującego stojącą falę elektromagnetyczną do rozpędzania cząstek, głównie protonów i ciężkich jonów, przyspieszają protony do energii rzędu 100 MeV.

    Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN (fr. Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) – ośrodek naukowo-badawczy położony na północno-zachodnich przedmieściach Genewy na granicy Szwajcarii i Francji, pomiędzy Jeziorem Genewskim, a górskim pasmem Jury. Obecnie do organizacji należy dwadzieścia państw. CERN zatrudnia 2600 stałych pracowników oraz około 8000 naukowców i inżynierów reprezentujących ponad 500 instytucji naukowych z całego świata. Najważniejszym narzędziem ich pracy jest największy na świecie akcelerator cząstekWielki Zderzacz Hadronów.

    Komora iskrowa - detektor promieniowania stosowany w fizyce cząstek elementarnych do badania cząstek subatomowych o wysokiej energii.

    LEP (z ang. Large Electron Positron Collider, Wielki Zderzacz Elektronowo-Pozytonowy) – akcelerator pracujący w CERN pod Genewą w latach 1989-2000. Znajdował się on w tunelu o obwodzie 27 km. Akcelerator po wybudowaniu w 1989 roku potrafił rozpędzić elektrony do energii 45 GeV, a pod koniec swojego działania do 104,6 GeV. Fermilab (ang. Fermi National Accelerator Laboratory) – Państwowe Laboratorium Przyśpieszania Cząstek Elementarnych im. Enrico Fermiego – położony w Batavii, 20 km na zachód od Chicago, ośrodek badań nad fizyką cząstek elementarnych i fizyką wysokich energii. Mieści się w nim jeden z najpotężniejszych akceleratorów cząstek - Tevatron, przy pomocy którego m.in. w 1995 roku odkryto szósty kwark, kwark t.

    Akcelerator wstrzykujący (inżektor) – akcelerator służący do wstępnego rozpędzania cząstek na potrzeby akceleratorów wysokich energii. Fizyka cząstek elementarnych, fizyka wielkich energii – dział fizyki, którego celem jest badanie cząstek atomowych oraz oddziaływań zachodzących między nimi.

    Zdarzenie trójdżetowe – w fizyce cząstek elementarnych jest zdarzeniem, w rezultacie którego powstają cząstki skupione w trzech dżetach (strugach). LEP (z ang. Large Electron Positron Collider, Wielki Zderzacz Elektronowo Pozytonowy) to akcelerator pracujący w CERN pod Genewą w latach 1989-2000. Znajdował się on w tunelu o obwodzie 27 kilometrów. Akcelerator po wybudowaniu w 1989 roku potrafił rozpędzić elektrony do energii 45 GeV, a pod koniec swojego działania do 104.6 GeV.

    Dodano: 31.03.2010. 21:48  


    Najnowsze