• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Wielki Zderzacz Hadronów generuje Wielkie Wybuchy w mini skali

    09.11.2010. 16:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) osiągnął swoje cele na rok 2010 i rozpoczął nowy etap działalności, w którym naukowcy badają materię, jaka istniała tuż po Wielkim Wybuchu.

    Przez ostatnich siedem miesięcy naukowcy pracujący z LHC w CERN (Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych) badali zderzenia protonów. Ich głównym celem było osiągnięcie "jaskrawości" (miary częstości zderzeń) o sile od 10 do 32 na centymetr kwadratowy na sekundę, co udało się osiągnąć 13 października, 2 tygodnie przed terminem. Faza protonowa eksperymentu zakończyła się 4 listopada.

    Wyniki osiągnięte w tym okresie obejmują walidację niektórych aspektów modelu standardowego cząstek i sił przy wysokich poziomach energii, pierwsze obserwacje kwarków prawdziwych w zderzeniach proton-proton oraz ograniczenia nałożone na generowanie nowych cząstek, takich jak kwarki "wzbudzone".

    "To pokazuje, że cel, jaki sobie wyznaczyliśmy na ten rok był realistyczny, choć trudny, a przez to niezwykle przyjemnie jest patrzeć na jego realizację w postaci tak znakomitych badań. Jest to świadectwo doskonałego projektu maszyny, jak również ciężkiej pracy, która doprowadziła do sukcesu" - zauważa Dyrektor Generalny CERN, Rolf Heuer. "To dobrze wróży naszym celom na rok 2011 r."

    LHC już rozpoczął swój kolejny etap działań, który polega na rozbijaniu jonów ołowiu o siebie przy rekordowo wysokich poziomach energii w ramach prób odtworzenia warunków, jakie istniały w pierwszych chwilach istnienia wszechświata.

    Pierwsze zderzenia jonów ołowiu już miały miejsce ku radości naukowców pracujących nad eksperymentem ALICE - jednym z czterech prowadzonych w LHC.

    "Jesteśmy podekscytowani tym osiągnięciem! Zderzenia wygenerowały mini Wielkie Wybuchy, jak również temperatury i gęstości najwyższe jakie dotąd osiągnięto w trakcie eksperymentu" - przekonuje dr David Evans z Uniwersytetu Birmingham w Wlk. Brytanii.

    "Proces ten miał miejsce w bezpiecznym i kontrolowanym środowisku, generując niewiarygodnie gorące i gęste subatomowe kule ogniste o temperaturze ponad 10 trylionów stopni, milion razy cieplejsze od jądra Słońca" - dodaje. "W takich temperaturach nawet protony i neutrony, z których zbudowane są jądra atomowe, topią się, tworząc gorącą i gęstą zupę kwarków i gluonów znaną jako plazma kwarkowo-gluonowa."

    "Fizycy mają nadzieję, że analiza tej plazmy pozwoli dowiedzieć się więcej na temat 'wielkiej siły', jednej z czterech podstawowych sił natury. Wielka siła nie tylko wiąże jądra atomowe, ale odpowiada również za 98% ich masy. Teraz z niecierpliwością oczekują na badanie malutkiej części tego, z czego składał się wszechświat zaledwie jedną biliardową część sekundy po Wielkim Wybuchu."

    Kolejnym sukcesem LHC jest sposób, w jaki światowa sieć komputerowa LHC (WLCG) poradziła sobie z ogromnymi ilościami danych generowanych w czasie etapu protonowego eksperymentu. WLCG korzysta z mocy obliczeniowej ponad 140 centrów komputerowych na świecie, aby obsłużyć eksperyment w LHC. System obsługuje ponad milion zadań obliczeniowych dziennie, a prędkości przesyłu danych osiągały 10 gigabajtów (odpowiednik 2 płyt DVD wypełnionych danymi) na sekundę.

    Eksperymenty z jonami ołowiu przeprowadzane obecnie w LHC postawią nowe wyzwania przed WLCG, gdyż wygenerują większy strumień danych niż zderzenia proton-proton. Testy wykazały, że system przechowywania danych w CERN powinien być w stanie poradzić sobie z tym przepływem danych.

    Eksperymenty z jonami ołowiu zaplanowano do 6 grudnia, kiedy to obiekt LHC zostanie wyłączony w celu konserwacji. Swoją pracę rozpocznie ponownie w lutym powrotem do zderzeń protonów.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    W kosmologii fizycznej era kwarkowa była okresem w ewolucji wczesnego Wszechświata, gdy podstawowe oddziaływania: grawitacji, elektromagnetyzmu, oddziaływań silnych i słabych nie miały dzisiejszej postaci, a temperatura Wszechświata była nadal zbyt wysoka, aby umożliwić połączenie kwarków w hadrony. Era kwarkowa rozpoczęła się około 10 sekundy po Wielkim Wybuchu. W epoce kwarków Wszechświat był wypełniony gęstą, gorącą plazmą kwarkowo-gluonową zawierającą kwarki, leptony i ich antycząstki. Energia zderzeń tych cząstek była zbyt duża, aby umożliwić łączenie się kwarków w mezony lub bariony. Era kwarkowa skończyła się, gdy Wszechświat miał około 10 sekundy. ALICE (ang. A Large Ion Collider Experiment) – jeden z sześciu detektorów przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). 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.

    Nukleony – wspólna nazwa protonów i neutronów, czyli podstawowych cząstek tworzących jądro atomu. Nukleony składają się z kwarków. Choć przez obecne teorie cząstek protony i neutrony nie są uznawane za cząstki elementarne, ale z historycznych względów zalicza się je do cząstek elementarnych. TOTEM (ang. TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) – jeden z sześciu detektorów przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC).

    LHCb (skrót ang. "Large Hadron Collider beauty") – detektor cząstek elementarnych przy genewskim Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN. Bariogeneza – hipotetyczny proces zachodzący we wczesnym wszechświecie (krótko po Wielkim Wybuchu), w wyniku którego powstały główne składniki materii nukleony, czyli protony i neutrony. Podstawowym problemem, który usiłują wyjaśnić hipotezy dotyczące procesu bariogenezy, jest obserwowana we wszechświecie nierównowaga pomiędzy liczbą cząstek materii a antymaterii. Naturalną hipotezą jest, że powstający wszechświat powinien zawierać równą liczbę cząstek i antycząstek. Pojawia się zatem problem utworzenia z początkowo symetrycznego stanu wszechświata, obserwowanego obecnie stanu asymetrii pomiędzy materią i antymaterią.

    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. CMS (ang. Compact Muon Solenoid) – detektor przy wybudowanym w CERN-ie Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), który posłuży m.in. do obserwacji mionów.

    ROOT - obiektowy szkielet aplikacji (ang. framework) wspomagający pisanie programów do analizy danych. Powstał w 1994 roku w laboratorium CERN na potrzeby analizy danych fizyki wysokich energii i jest od tego czasu stale rozwijany. ROOT zawiera:

    Proton Synchrotron (PS) to jeden synchrotronów zainstalowanych w laboratorium CERN. Przyjmuje on protony wstrzykiwane z PS boostera o energii 1.4 GeV i przyśpiesza je do energii 28 GeV. Następnie protony wstrzykiwane są do synchrotronu SPS. Oprócz protonów przyśpieszane mogą byc także elektrony, pozytony oraz jony.

    Nukleosynteza – proces, w którym powstają nowe jądra atomowe w wyniku łączenia się nukleonów, czyli protonów i neutronów, lub istniejących już jąder atomowych i nukleonów. Obecny skład izotopowy Wszechświata jest głównie skutkiem naturalnej nukleosyntezy. Zwykła materia – rodzaj materii barionowej, materia zbudowana z atomów pierwiastków chemicznych lub ich jonów, stanowiąca, jak się szacuje na podstawie analiz astrofizycznych, ok. 4,9% gęstości masy-energii Wszechświata. Atomy i jony składają się z elektronów (ładunek –1) i jąder o określonej liczbie nukleonówprotonów (ładunek +1) i neutronów (ładunek 0). Nukleony są barionami zbudowanymi z trzech kwarków. W przypadku neutronu i protonu są to tylko kwarki u i d.

    Era hadronowa – pojęcie stosowane w kosmologii dla określenia początkowej fazy rozwoju Wszechświata. Na podstawie kosmologicznego modelu rozszerzającego się Wszechświata przyjmuje się, że era ta rozpoczęła się w chwili t =10 s, gdy rozmiary horyzontu stały się większe od średnicy hadronu i można językiem fizyki cząstek elementarnych próbować opisywać tę epokę ewolucji Wszechświata. Głównymi składnikami materii były wówczas znajdujące się w stanie równowagi termodynamicznej, hadrony i antyhadrony, czyli cząstki oddziałujące silnie. W chwili t =10 s, gdy gęstość materii spada do 10 g/cm³, a temperatura do 10 K (odpowiada to energii równej około 100 GeV), następuje odłączenie się od siebie oddziaływań jądrowych słabych i elektromagnetycznych; od tej pory we Wszechświecie istnieją oddzielnie cztery oddziaływania fundamentalne: grawitacyjne, jądrowe silne, jądrowe słabe i elektromagnetyczne. Kolejne ważne wydarzenie ery hadronowej ma miejsce w chwili t =10 s, gdy gęstość wynosi 10 g/cm³, a temperatura spada do 10 K, czyli do wartości, przy której kwarki mogą już łączyć się w protony i neutrony oraz antyprotony i antyneutrony. Era hadronowa kończy się w chwili t =10 s, gdy gęstość maleje do 10 g/cm³, a temperatura do 10 K. Przy takiej temperaturze hadrony i antyhadrony w wyniku anihilacji ulegają prawie całkowitej zamianie w promieniowanie. Jego energia na skutek ekspansji Wszechświata przestaje być wystarczająca do tego, aby zachodziły procesy odwrotne. 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.

    Tevatron – akcelerator kołowy znajdujący się w Fermilabie w USA (w mieście Batavia niedaleko Chicago w stanie Illinois). Aktualnie jest akceleratorem, który osiąga drugą pod względem wielkości na świecie energię przyspieszanych cząstek elementarnych (0.98 TeV na wiązkę osiągnięto 29 listopada 2009). Energia ta może być rzędu 1 TeV, stąd nazwa urządzenia. Tevatron jest synchrotronem, który przyspiesza protony i antyprotony w pierścieniu o długości 6,28 km. Został oddany do użytku w 1983 i początkowo kosztował 120 mln dolarów, a następnie był wielokrotnie ulepszany i unowocześniany. Główny Iniektor („wtryskiwacz”), zbudowany w latach 1994-1999 za 290 mln dolarów, był istotnym dodatkiem. Główny pierścień zostanie ponownie wykorzystany w przyszłych eksperymentach, a niektóre podzespoły ponownie użyte w innych akceleratorach. 30 września 2011 media podały, że Pier Oddone, dyrektor Fermilab, zdecydował się zakończyć pracę akceleratora. Wyłączenie nastąpiło 30 września 2011 o 21:00 czasu polskiego (14:00 czasu miejscowego). Wewnątrzszkolny system oceniania (WSO) – przepisy prawa szkolnego stanowiące część statutu szkoły i określające zasady organizacji oceniania uczniów danej szkoły. Szkoła decyduje, jak ocenia osiągnięcia uczniów, co ocenia, kiedy oraz w jaki sposób rejestrowane będą te osiągnięcia. Do decyzji szkoły należy również sposób i częstotliwość informowania uczniów i rodziców o osiągnięciach, a także sposób poprawiania ocen. Oceny roczne, które umieszczane są na świadectwach promocyjnych oraz ukończenia szkoły, wystawiane są według obowiązującej we wszystkich polskich szkołach skali 1 - 6.

    Proces rp (ang. rapid proton capture process) – reakcja jądrowa polegająca na szybkim wychwycie protonów przez nuklidy. Prowadzi do powstawania pierwiastków cięższych od żelaza. lecz w przeciwieństwie do procesu r wymaga gęstych strumieni protonów, tak aby możliwe było pokonanie bariery kulombowskiej. Reakcje te zachodzą w bardzo wysokich temperaturach, rzędu miliarda kelwinów, możliwych do osiągnięcia we wnętrzach gwiazd. Końcowym produktem łańcucha reakcji może być jądro telluru, zaś cięższe nuklidy rozpadają się w procesie alfa.

    Dodano: 09.11.2010. 16:49  


    Najnowsze