Collider mare de hadroni

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Interiorul tunelului LHC, unde au fost instalați magneții supraconductori .

Large Hadron Collider (în acronim LHC, lit. „Great Collider hadrons ”) este un accelerator de particule situat la CERN din Geneva , utilizat pentru experimentele de cercetare în domeniul fizicii particulelor . [1]

Caracteristici

LHC este cel mai mare și mai puternic accelerator de particule de pe Pământ. Este un accelerator de hadroni cu o energie de aproximativ 14 teraelectron volți , construit în interiorul unui tunel subteran cu o circumferință de aproximativ 27 km, aproximativ 100 m adâncime. Acesta este situat în același tunel realizat anterior pentru acceleratorul LEP .

Acceleratorul de hadroni, cu punctele sale experimentale și preacceleratoarele sale. Fasciculele ionice încep calea către acceleratoarele liniare (în figură sunt indicate de p și Pb ). Apoi își continuă călătoria în Sincrotronul de protoni ( PS ), în Sincrotronul de mari protoni ( SPS ) și ajung în inelul exterior cu un diametru de aproximativ 25 km. Cei patru detectoare ATLAS , CMS , LHCb , ALICE au fost indicați în galben.

Cele mai importante componente ale acceleratorului sunt 1232 magneți supraconductori cu temperatură scăzută, care au un câmp intens de aproximativ 8 Tesla [2] . Sunt fabricate din aliaj de niobiu și titan și sunt răcite la o temperatură de aproximativ 2 K (aproximativ -271 ° C ), folosind heliu lichid.

Mașina accelerează două fascicule care circulă în direcții opuse, în interiorul tuburilor de vid. Grinzile se ciocnesc în patru puncte de-a lungul cărării, unde tunelul se lărgește pentru a face loc compartimentelor mari care adăpostesc detectoarele. Cele patru detectoare principale de particule sunt ATLAS , o formă toroidală, solenoidul compact pentru muoni , LHCb și ALICE , un colizor de ioni. Detectoarele utilizează diferite tehnologii și funcționează în jurul punctului în care se ciocnesc grinzile. În coliziuni, se produc numeroase particule , ale căror proprietăți sunt măsurate de către detectoare și trimise la centrul computerului. Unul dintre obiectivele principale ale studiilor este căutarea urmelor existenței unor particule noi.

După un eșec inițial care a compromis sistemul de răcire și a provocat o oprire de aproximativ un an, LHC și-a început campania experimentală la sfârșitul anului 2009. [3] Incidentul a fost discutat în detaliu de către fizicianul Lucio Rossi, în epoca responsabilă cu magneții supraconductori. [4]

În 2018, s-a început implementarea unui proiect de îmbunătățire a performanței, în special pentru a crește luminozitatea fasciculului cu un factor de 10 ( Proiect LHC cu luminozitate ridicată ) [5] [6] .

Scopuri științifice

Secțiunea unui magnet supraconductor LHC.

După demonstrația existenței bosonului Higgs , prevăzut de Modelul Standard pentru a da naștere maselor de particule, fizicienii din întreaga lume intenționează să folosească LHC pentru a obține răspunsuri la diferite întrebări pe care le consideră fundamentale pentru continuarea fizicii. anchetă. [7] :

Experimente la LHC

Detectorul CMS la LHC

Programul științific LHC include șapte experimente. Cele mai mari două experimente sunt ATLAS [8] ( A Toroidal LHC ApparatuS ) și CMS [9] ( Compact Muon Solenoid ), care sunt detectori masivi și tehnologie avansată realizată de colaborări internaționale cuprinzând peste 2.000 de fizicieni. Experimentul LHCb este conceput în schimb pentru a studia fizica mezonilor B, în timp ce ALICE [10] este optimizat pentru studiul coliziunilor dintre ioni grei. Cei mai mici doi detectori sunt TOTEM [11] și LHCf [12] , care se specializează în studierea coliziunilor care produc particule la un unghi mic față de direcția grinzilor. Ultimul experiment care a început este experimentul MoEDAL , al cărui obiectiv principal este să caute monopolul magnetic .

Primul fascicul de protoni a circulat în accelerație pe 10 septembrie 2008 dimineața. [13] Particulele au fost aruncate în accelerator în sensul acelor de ceasornic la ora locală 10:28 [14] și apoi un fascicul de protoni a fost tras în sens invers acelor de ceasornic și a ajuns la destinație la 14:59.

Primele coliziuni „modeste” de mare energie de 900 GeV ar fi trebuit să aibă loc în primele zile ale săptămânii din 22 septembrie 2008. Începând cu 12 octombrie 2008, înainte de inaugurarea oficială (21 octombrie 2008 ), LHC ar fi trebuit să funcționeze deja la o energie de 1 TeV [15] și în 2009 ar fi trebuit să atingă energia de 7 TeV. Cu toate acestea, vremurile s-au extins oarecum, deoarece un eșec a avut loc la 19 septembrie 2008, ceea ce a menținut acceleratorul staționar timp de câteva luni. [16]

Progresul muncii

Istorie
Data Eveniment
10 septembrie 2008 Primul proton din circuit este făcut să treacă la viteze minime.
19 septembrie 2008 Un superconductor este deteriorat provocând pierderea a 6 tone de heliu lichid.
30 septembrie 2008 Prima coliziune așteptată, la turații mediu-mici, este amânată din cauza persistenței problemelor tehnice.
16 octombrie 2008 Este publicată o primă analiză a incidentului la super-șofer.
21 octombrie 2008 Inaugurare oficială.
5 decembrie 2008 CERN publică alte analize detaliate.
21 noiembrie 2009 LHC a fost reaprins la o energie de 2,36 TeV (1,18 TeV pe fascicul).
23 noiembrie 2009 Primele coliziuni cu un centru de energie de masă de 900 GeV (450 GeV + 450 GeV).
30 noiembrie 2009 Niveluri de energie de 2,36 TeV atinse în centrul masei (nou record mondial).
8 decembrie 2009 Pentru prima dată, au fost observate coliziuni de protoni cu toate dispozitivele de detectare care funcționează la 2,36 TeV în centrul de masă.
19 martie 2010 Pentru prima dată cele două fascicule de particule ating fiecare 3,5 TeV, dar fără ca protonii să se facă să se ciocnească.
30 martie 2010 Primele coliziuni proton-proton la 7 TeV în centrul de masă. Mașina bate din nou recordul mondial atins deja de LHC în noiembrie 2009.
30 iunie 2010 A obținut noul record de luminozitate instantanee de 8x10 29 cm −2 s −1 , cu trei ciorchini (pachete de protoni) pe fascicul de intensitate mare.
14 iulie 2010 A atins luminozitatea record pentru LHC de 10 30 coliziuni pe secundă pe centimetru pătrat.
20 august 2010 Un nou record de luminozitate instantanee a atins: 6,5 x 10 30 cm −2 s −1 .
23 august 2010 Luminozitatea de 10 31 cm −2 s −1 a fost atinsă, cu 48 de pachete de protoni (ciorchini) la un moment dat, cu o singură densitate atingând 5.000 miliarde de protoni.
14 octombrie 2010 A atins luminozitatea de 10 32 cm −2 s −1 .
4 noiembrie 2010 Primele grinzi de ioni de plumb au fost injectate în mașină fără a le face să se ciocnească.
5 noiembrie 2010 Fasciculele de ioni au fost accelerate la o energie de 1,38 TeV, un nou record din toate timpurile.
7 noiembrie 2010 Primele coliziuni de ioni au accelerat la o energie de 1,38 TeV.
22 aprilie 2011 A atins luminozitatea de 4,67 x 10 32 (nou record absolut).
25 iulie 2011 S-a înregistrat un exces de evenimente în regiune, neexcluse încă pentru existența bosonului Higgs, între 114 și 140 GeV.
22 august 2011 Excluzând existența Higgs pe o mare parte din regiunea de masă între 145 și 466 GeV cu o certitudine de 95%.
25 noiembrie 2011 Excluzând existența Higgs pe o mare parte din regiunea de masă între 141 și 476 GeV, cu o certitudine mai mare de 95%.
13 decembrie 2011 Rezultatele raportate indică evenimente în exces în intervalul de masă în jurul valorii de 125 GeV.
27 decembrie 2011 A fost anunțată descoperirea particulei χ b (3P) ( Chi fund (3P)) compusă dintr-un quark de frumusețe și antiquarkul acestuia.
7 februarie 2012 Au fost dezvăluite alte rezultate ale experimentelor ATLAS și CMS care indică o fereastră de energie pentru eventualul boson Higgs între 124 GeV și 126 GeV.
13 februarie 2012 S-a luat decizia de a crește energia fiecărui fascicul, pentru 2012, de la 3,5 TeV la 4 TeV.
30 martie 2012 Primele coliziuni proton-proton cu energie în centrul de masă de 8 TeV, un nou record istoric.
19 aprilie 2012 A atins luminozitatea de 3,9 x 10 33 coliziuni pe cm pătrat și pe secundă folosind 1.380 de pachete pe fascicul.
27 aprilie 2012 Descoperirea stării excitate a particulei Ξ b 0 ( fundul Xi ) alcătuită dintr-un quark de frumusețe, un quark sus și un ciudat anunțat.
16 mai 2012 A anunțat descoperirea a 2 stări excitate ale particulei Λ b 0 ( fund Lambda ) compusă dintr-un quark de frumusețe, una în sus și una în jos.
4 iulie 2012 A fost anunțată descoperirea unei noi particule, presupusă a fi bosonul Higgs, cu o masă de 125,3 ± 0,6 GeV / c2 peste 4,9 sigma . Datele analizate până în prezent sunt în concordanță cu Higgs, cu toate acestea sunt în curs de desfășurare analize suplimentare.
13 septembrie 2012 Primele coliziuni de protoni cu ioni de plumb.
17 martie 2015 Estimarea masei bosonului Higgs a fost îmbunătățită până la valoarea de 125,09 ± 0,24 GeV.
21 mai 2015 Primele coliziuni proton-proton la energia de 13 TeV.
25 noiembrie 2015 Prima coliziune de ioni la energia record de 1 PeV (echivalent cu 5 TeV din experimentele anterioare) [17]
23 aprilie 2016 Colectare de date

Rezultate

În urma analizei celor 284 coliziuni la 900 GeV observate în experimentul ALICE din 23 noiembrie 2009 , oamenii de știință LHC au publicat primele măsurători ale densității pseudorapidității η a particulelor încărcate primare. În intervalul | η | <0,5 oamenii de știință au obținut următoarele valori:

Tipul de interacțiuni dN ch / dη Incertitudine
statistici		 Incertitudine
sistematic
inelastic 3.10 ± 0,13 ± 0,22
non-difractiv unic 3.51 ± 0,15 ± 0,25

Aceste rezultate sunt compatibile cu măsurătorile anterioare pentru interacțiunile proton - antiproton la aceeași energie în centrul de masă obținut cu colizorul CERN Spp̅S [18] .

Pentru prima dată, stingerea cu jet a fost observată direct, analizând coliziunile dintre ionii de plumb observate de experimentul ATLAS în noiembrie 2010. Această asimetrie ar putea deriva din formarea plasmei de quark-gluon, care interferează cu jeturile de particule care o traversează.

Descoperirea particulei χ b (3P) compusă dintr-un quark de frumusețe și antiquarkul acestuia.

Am descoperit starea excitată a particulei Ξ b 0 compusă dintr-un quark de frumusețe, un quark ciudat și un quark sus.

Am descoperit 2 stări excitate ale particulei Λ b 0 compuse dintr-un quark de frumusețe, una în jos și una în sus.

A fost descoperită o nouă particulă compatibilă cu modelul standard Higgs Boson.

Cele două barionică particule Xi_b'-, Xi_b * - [19] [20] au fost descoperite în LHCb experiment

Siguranța coliziunilor de particule în experimentele LHC

Walter Wagner și Luis Sancho, în martie 2008, au dat în judecată CERN, Fermilabul din Chicago și Departamentul de Energie al Statelor Unite într-o instanță din Hawaii, care au participat la construcția acceleratorului, în încercarea de a preveni intrarea în funcțiune a LHC, [21] dar a pierdut cazul. Mai târziu, în septembrie 2008, un grup de cercetători, condus de Markus Goritschnig, s-a adresat Curții Europene a Drepturilor Omului pentru a opri experimentul, deoarece ar putea produce o gaură neagră periculoasă, dar Curtea Europeană a respins cererea [22] , deoarece, potrivit oamenilor de știință CERN , scenariile propuse sunt „extrem de improbabile”.

La 20 iunie 2008, LHC Safety Assessment Group (LSAG), echipa de evaluare a riscurilor LHC, a publicat un nou raport de siguranță, care actualizează raportul din 2003 [23] , în care reafirmă și extinde concluziile anterioare că „coliziunile cauzate de LHC nu prezintă niciun pericol și nu există motive de îngrijorare " . [24][25] [26] Raportul LSAG a fost apoi revizuit și examinat de Comitetul de politică științifică al CERN [27] , un grup de oameni de știință externi care oferă sfaturi CERN. [24] [28] [29] La 5 septembrie 2008, lucrarea LSAG, „Review of the safety of LHC collisions” , a fost publicată în Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . [30]

În această lucrare, cei de la LSAG admit că unele mini găuri negre produse de LHC pot, spre deosebire de cele produse de razele cosmice, să aibă o viteză mai mică decât viteza de evacuare a Pământului, dar susțin totuși că LHC este sigur, extinzând analogia razele cosmice nu numai către Pământ, ci și către alte corpuri cerești. De fapt, în univers există corpuri foarte dense, cum ar fi stelele de neutroni, care au o viteză de evacuare atât de mare încât încap și mini găurile negre produse de razele cosmice; durata medie de viață ridicată a unei stele de neutroni, care este bombardată continuu de razele cosmice, neagă pericolul mini găurilor negre produse de razele cosmice și, prin urmare, prin analogie, și cele produse de LHC.

De asemenea, trebuie spus că teza lui Otto Rössler (care, pe baza unei teorii învechite s-a dovedit a fi greșită [31] , susține că găurile negre nu pot emite radiații Hawking deoarece sunt infinit de îndepărtate și mari), conform opiniei CERN, contrazice singur în sine: [31]

( EN )

„Cum poate ceva care este infinit de departe (și, de asemenea, ceva care este infinit de mare) să fie creat într-un timp finit și să aibă un efect asupra noastră? Rössler nu ar trebui să concluzioneze în același mod că Black Holes nu pot fi create în primul rând? Dar ce zici de datele astronomice care arată semnăturile găurilor negre, de ex. În centrul galaxiei noastre? "

 ( IT )

„Cum se poate crea un lucru infinit de îndepărtat (și infinit de mare) într-un timp finit și să aibă un efect asupra noastră? Rössler nu ar trebui să concluzioneze în mod similar că nu se pot crea găuri negre în primul rând? Și datele astronomice care arată urme de găuri negre, de exemplu în centrul galaxiei noastre? "

( Domenico Giulini și Hermann Nicolai )

Dezvăluire

  • Pe site-ul CERN, documentația completă privind experimentele și întreaga structură a inelului și a detectoarelor poziționate în interior a fost pusă la dispoziție în 1.589 de pagini și 115 megabytes. [32]
  • De asemenea, pe site-ul CERN este posibilă actualizarea cu privire la stadiul actual al proiectului [33] [34] .
  • Pe YouTube, unii oameni de știință de la CERN pasionați de muzică au dezvăluit, într-un mod complet informal, un videoclip rap care explică într-un mod simplu și distractiv funcționarea acceleratorului și scopul acestuia. [35]
  • Evenimentul din 10 septembrie 2008 a fost transmis în direct prin Internet de CERN Live Webcast [36] și difuzat prin multe rețele europene.
  • Având în vedere cantitatea foarte mare de date disponibile, sunt utilizate sisteme de calcul foarte avansate pentru compoziția și analiza datelor provenite din experimentele LHC, cum ar fi WLCG (Worldwide LHC Computing Grid), o rețea computerizată . [37]
  • În Îngerii și demonii lui Dan Brown , antimateria creată la LHC este folosită ca armă împotriva Vaticanului. A publicat CERN o pagină Adevăr sau Ficțiune? discutând acuratețea cărții în ceea ce privește LHC, CERN și fizica particulelor în general. [38] Unele scene din versiunea filmului romanului au fost filmate la LHC; regizorul Ron Howard s-a întâlnit cu experții CERN într-un efort de a face referințele științifice din film mai precise. [39]
  • The Large Hadron Collider apare și în romanul vizual Steins; Gate de 5pb. , în care este folosit de CERN (numit SERN în lucrare) pentru crearea unei mașini de timp incomplete folosind găuri negre ; datorită căreia, într-un viitor posibil, organizația conduce lumea într-o distopie fără războaie sau libertate.
  • BBC Radio 4 a comemorat pornirea LHC pe 10 septembrie 2008 cu o „Big Bang Day”. [40] Un eveniment radio din seria Torchwood , cu o poveste LHC, intitulat Sufletele pierdute, a fost inclus în acest eveniment. [41]
  • Documentarul lui Mark Levinson Particle Fever (2013) urmărește evenimentele LHC din 2009 până la anunțul a ceea ce ar fi putut fi bosonul Higgs . [42]

Notă

  1. ^ CERN, The Large Hadron Collider , pe home.cern .
  2. ^ https://www.asimmetrie.it/magneti-dal-superfreddo
  3. ^ ( EN , FR ) LHC a revenit , pe public.web.cern.ch . Adus la 12 aprilie 2010 (arhivat din original la 19 aprilie 2010) .
  4. ^ L. Rossi, Superconductivitatea: rolul său, succesul și eșecurile sale în Large Hadron Collider of CERN ( PDF ), în Superconductor Science and Technology , vol. 23, n. 3, 2010, p. 034001, Bibcode : 2010SuScT..23c4001R , DOI : 10.1088 / 0953-2048 / 23/3/034001 .
  5. ^ F. Ruggerio, LHC upgrade (accelerator) ( PDF ), la al 8-lea seminar ICFA , 29 septembrie 2005. Accesat la 28 septembrie 2009 .
  6. ^ https://www.asimmetrie.it/in-primo-piano/1706-nuova-luce-per-nuova-fisica-al-cern-posa-della-prima-pietra-di-hilumi-lhc?highlight=WyJsdWNpbyIsInJvc3NpIiwibHVc2Xki2 ==
  7. ^ GF Giudice , Odyssey in the zeptospace: a journey into the physics of the LHC , Springer-Verlag Italia, Milano 2010, ISBN 978-88-470-1630-9 .
  8. ^ Site-ul oficial al ATLAS , pe atlas.ch .
  9. ^ Site-ul oficial CMS , la cms.cern .
  10. ^ Site-ul oficial ALICE , la aliceinfo.cern.ch .
  11. ^ Site-ul oficial al TOTEM , pe totem.web.cern.ch .
  12. ^ Site-ul oficial al LHCf , la public.web.cern.ch .
  13. ^ Succes pentru experimentul „Big Bang” , la news.bbc.co.uk , BBC.
  14. ^ Prima rază în LHC - știință accelerată , la press.web.cern.ch , CERN. Adus 10-09-2008 .
  15. ^ Mark Henderson, „Big bang machine” este din nou în curs de coliziune după ce problemele sale au fost reparate , în The Times , 18 septembrie 2008.
  16. ^ Noutati | Paginile utilizatorilor CERN
  17. ^ Buletinul CERN din noiembrie 2015
  18. ^ (EN) Primele coliziuni proton-proton la LHC așa cum s-a observat cu detectorul ALICE: măsurarea densității pseudorapidității particulelor încărcate la sqrt (s) = 900 GeV [ link rupt ] , în The European Physical Journal C - Particles and Fields , vol. 65, nr. 1-2, ianuarie 2010, pp. 111-125, DOI : 10.1140 / epjc / s10052-009-1227-4 . Adus pe 9 aprilie 2010 .
  19. ^ < http://www.wired.it/scienza/lab/2014/11/20/particelle-lhc-barioni/
  20. ^ https://arxiv.org/pdf/1411.4849v1.pdf
  21. ^ Geneva Lhc a denunțat: «Risc de apocalipsă» Cern: «Alarma nu este susținută de date» , în Il Messaggero , 29 martie 2008. Accesat la 30 martie 2008 (arhivat de la adresa URL originală la 11 aprilie 2008) .
  22. ^ Repubblica.it
  23. ^ Vezi raportul CERN și prezentarea lui Michelangelo Mangano.
  24. ^ A b(EN) „ Siguranța LHC ”. CERN 2008 (site-ul web CERN).
  25. ^(EN) Ellis J, judecătorul G , Mangano ML, Tkachev I, Wiedemann U (LHC Safety Assessment Group) (20 iunie 2008). Revizuirea siguranței coliziunilor LHC . Înregistrări CERN . arXiv: 0806.3414 .
  26. ^(EN) Ellis J, judecătorul G , Mangano ML, Tkachev I, Wiedemann U (LHC Safety Assessment Group) (20 iunie 2008). Revizuirea siguranței coliziunilor LHC: Addendum on Strangelets .
  27. ^(EN) Comitetul de politică științifică al CERN (2008). Raportul SPC privind documentele LSAG . Înregistrări CERN .
  28. ^(RO) La revedere, Dennis. (21 iunie 2008). „ Pământul va supraviețui la urma urmei, spun fizicienii ”. New York Times .
  29. ^ Consiliul CERN așteaptă cu nerăbdare pornirea LHC , 20 iunie 2008 (arhivat din original la 9 septembrie 2008) .
  30. ^ John Ellis, Gian Giudice, Michelangelo Mangano, Igor Tkachev, Urs Wiedemann și LHC Safety Assessment Group, Review of the safety of LHC collisions , în Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics , vol. 35, nr. 11, 1 noiembrie 2008, p. 115004, DOI : 10.1088 / 0954-3899 / 35/11/115004 , ISSN 0954-3899,1361-6471 ( WC ACNP ) .
  31. ^ a b Copie arhivată ( PDF ), la Environmental-impact.web.cern.ch . Adus pe 2 mai 2019 (Arhivat din original la 4 iulie 2018) .
  32. ^ The CERN Large Hadron Collider: Accelerator and Experiments.
  33. ^ Știri LHC .
  34. ^ LHC First Beam .
  35. ^ Large Hadron Rap (videoclip YouTube) .
  36. ^CERN Webcast live .
  37. ^ Worldwide LHC Computing Grid , la wlcg-public.web.cern.ch .
  38. ^ Îngeri și demoni , pe public.web.cern.ch , CERN. Adus la 16 iulie 2008 (arhivat din original la 13 decembrie 2007) .
  39. ^ Ceri Perkins, ATLAS primește tratamentul de la Hollywood , pe ATLAS e-News , CERN. Adus la 16 iulie 2008 .
  40. ^ BBC - Radio 4 - Big Bang Day , pe bbc.co.uk , BBC , 10 septembrie 2008. Accesat la 11 septembrie 2008 .
  41. ^ Programare pentru Big Bang Day la BBC Radio 4 , la bbc.co.uk , BBC Press Office. Adus 11-08-2008 .
    Radio 4 - Big Bang Day , pe bbc.co.uk , BBC. Adus 10-09-2008 .
    Paul Donovan, BBC are drepturile Big Bang , în The Sunday Times , 7 septembrie 2008. Accesat la 11 septembrie 2008 .
  42. ^ Particle Fever (2013) , pe IMDb . Adus de 18 noiembrie 2015.

Elemente conexe

Experimente

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității VIAF (EN) 322149105998868490197 · LCCN (EN) sh85074708 · GND (DE) 4398783-7 · WorldCat Identities (EN) VIAF-322149105998868490197
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Large_Hadron_Collider&oldid=121929600 ”