Büyük Hadron Çarpıştırıcısına neden ihtiyaç duyuldu ve nerede bulunuyor? Büyük Hadron Çarpıştırıcısı - neden gerekli? Büyük bir Android çarpıştırıcısı ne işe yarar?
Avrupa'da deney yapıldığı haberi kamuoyunda huzuru sarsarak tartışılan konuların başında yer aldı. Hadron Çarpıştırıcısı Her yerde ortaya çıktı - televizyonda, basında ve internette. LJ kullanıcıları, yüzlerce duyarlı insanın bilimin yeni buluşu hakkındaki görüşlerini aktif olarak ifade ettiği ayrı topluluklar oluşturursa ne söyleyebiliriz? "Delo" size bilmeden edemeyeceğiniz 10 gerçek sunuyor Hadron Çarpıştırıcısı.
Gizemli bir bilimsel ifade, kelimelerin her birinin anlamını anladığımız anda ortadan kalkar. Hadron– temel parçacıklardan oluşan bir sınıfın adı. Çarpıştırıcı- Yüksek enerjiyi maddenin temel parçacıklarına aktarmanın ve onları en yüksek hıza hızlandırarak birbirleriyle çarpışmalarını yeniden üretmenin mümkün olduğu özel bir hızlandırıcı.
2. Neden herkes onun hakkında konuşuyor?
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN'deki bilim adamlarına göre deney, milyarlarca yıl önce Evrenin oluşumuyla sonuçlanan patlamanın minyatür olarak yeniden üretilmesini mümkün kılacak. Ancak kamuoyunun en çok endişe duyduğu şey, deneyin başarısız olması halinde mini patlamanın gezegen üzerindeki sonuçlarının ne olacağıdır. Bazı bilim adamlarına göre ultra göreceli hızlarda uçan temel parçacıkların zıt yönlerde çarpışması sonucunda mikroskobik kara delikler oluşacak ve diğer tehlikeli parçacıklar dışarı fırlayacak. Kara deliklerin buharlaşmasına yol açan özel radyasyona güvenmenin özel bir anlamı yok; işe yaradığına dair deneysel bir kanıt yok. Şüpheci bilim adamlarının aktif olarak körüklediği bu tür bilimsel yeniliklere güvensizliğin ortaya çıkmasının nedeni budur.
3. Bu şey nasıl çalışıyor?
Temel parçacıklar zıt yönlerde farklı yörüngelere hızlandırılır ve ardından tek bir yörüngeye yerleştirilirler. Karmaşık cihazın değeri, bu sayede bilim adamlarının, 150 megapiksel çözünürlüklü, başına 600 milyon kare çekebilen dijital kameralar şeklinde özel dedektörler tarafından kaydedilen temel parçacıkların çarpışma ürünlerini inceleme fırsatına sahip olmalarıdır. ikinci.
4. Çarpıştırıcı yaratma fikri ne zaman ortaya çıktı?
Makineyi yapma fikri 1984'te doğdu, ancak tünelin inşaatı ancak 2001'de başladı. Hızlandırıcı, önceki hızlandırıcı olan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısının bulunduğu tünelde bulunuyor. 26,7 kilometrelik halka, Fransa ve İsviçre'de yerin yaklaşık yüz metre derinliğinde döşeniyor. 10 Eylül'de ilk proton ışını hızlandırıcıdan fırlatıldı. İkinci ışın önümüzdeki birkaç gün içinde fırlatılacak.
5. İnşaatın maliyeti ne kadardı?
Projenin geliştirilmesine Ruslar da dahil olmak üzere dünyanın her yerinden yüzlerce bilim insanı katıldı. Maliyetinin 10 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor ve ABD bunun 531 milyonunu hadron çarpıştırıcısının inşasına yatırdı.
6. Ukrayna hızlandırıcının yaratılmasına ne gibi katkılarda bulundu?
Ukrayna Teorik Fizik Enstitüsü'nden bilim adamları hadron çarpıştırıcısının yapımında doğrudan rol aldılar. Özellikle araştırma için bir dahili izleme sistemi (ITS) geliştirdiler. O "Alice"in kalbidir - bölüm çarpıştırıcı Minyatür bir "büyük patlamanın" meydana gelmesi gereken yer. Açıkçası, bu arabanın en az önemli kısmı değil. Ukrayna'nın projeye katılım hakkı için yıllık 200 bin Grivnası ödemesi gerekiyor. Bu, diğer ülkelerden projeye yapılan katkılardan 500-1000 kat daha azdır.
7. Dünyanın sonunu ne zaman beklemeliyiz?
Temel parçacık ışınlarının çarpışmasına ilişkin ilk deneyin 21 Ekim'de yapılması planlanıyor. Bu zamana kadar bilim insanları parçacıkları ışık hızına yakın hızlara çıkarmayı planlıyor. Einstein'ın genel görelilik teorisine göre kara delikler bizi tehdit etmiyor. Ancak ek uzaysal boyutları olan teoriler doğru çıkarsa, Dünya gezegenindeki tüm sorunlarımızı çözmek için fazla zamanımız kalmayacak.
8. Kara delikler neden korkutucudur?
Kara delik-uzay-zamanda yerçekimsel çekimi o kadar güçlü ki, ışık hızında hareket eden nesnelerin bile oradan ayrılamayacağı bir bölge. Kara deliklerin varlığı Einstein denklemlerinin çözümleri ile doğrulanmaktadır. Pek çok kişinin Avrupa'da oluşan ve büyüyen kara deliğin tüm gezegeni nasıl yutacağını zaten hayal etmesine rağmen, alarmı çalmaya gerek yok. Kara delikler Bazı teorilere göre çalışırken ortaya çıkabilecek olan çarpıştırıcı Aynı teorilere göre, o kadar kısa bir süre var olacak ki, maddeyi emme sürecine başlamak için zamanları olmayacak. Bazı bilim adamlarına göre çarpıştırıcının duvarlarına ulaşmaya bile zamanları olmayacak.
9. Araştırma nasıl yararlı olabilir?
Bu çalışmaların, insanlığın temel parçacıkların bileşimini bilmesini sağlayacak bir başka inanılmaz bilim başarısı olmasının yanı sıra, insanlığın bu kadar riske attığı kazancın tamamı bu değildir. Belki yakın gelecekte siz ve ben dinozorları kendi gözlerimizle görebileceğiz ve Napolyon'la en etkili askeri stratejileri tartışabileceğiz. Rus bilim insanları, deney sonucunda insanlığın bir zaman makinesi yaratabileceğine inanıyor.
10. Hadron Çarpıştırıcısı konusunda nasıl bilimsel bilgi sahibi olunur?
Ve son olarak, önceden bir cevapla donanmış biri size hadron çarpıştırıcısının ne olduğunu sorarsa, size herkesi hoş bir şekilde şaşırtabilecek değerli bir cevap sunuyoruz. O halde emniyet kemerlerinizi bağlayın! Hadron Çarpıştırıcısı, çarpışan ışınlardaki protonları ve ağır iyonları hızlandırmak için tasarlanmış yüklü bir parçacık hızlandırıcıdır. Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi'nin araştırma merkezinde inşa edilen tünel, 100 metre derinliğe döşenen 27 kilometrelik bir tünel. Protonlar elektriksel olarak yüklü olduğundan, ultrarelativistik bir proton, protonun yakınında uçan neredeyse gerçek fotonlardan oluşan bir bulut üretir. Bu foton akışı, çekirdeğin büyük elektrik yükü nedeniyle nükleer çarpışma rejiminde daha da güçlü hale gelir. Yaklaşan bir protonla çarpışarak tipik foton-hadron çarpışmaları oluşturabilirler ya da birbirleriyle çarpışabilirler. Bilim insanları, deney sonucunda uzay-zamanın tipolojik bir özelliği olan uzay-zaman “tünellerinin” uzayda oluşmasından korkuyor. Deney sonucunda süpersimetrinin varlığı da kanıtlanabilecek ve bu da süpersicim teorisinin doğruluğunun dolaylı bir doğrulaması olacak.
Bu soruda (ve buna benzeyen diğerlerinde), "aslında" kelimelerinin ortaya çıkışı merak uyandırıcıdır - sanki inisiye olmayanlardan gizlenmiş, "bilimin rahipleri" tarafından sıradan insanlardan korunan, çözülmesi gereken bir sır varmış gibi. açığa çıkması. Bununla birlikte, bilimin içinden bakıldığında gizem ortadan kalkar ve bu sözlere yer kalmaz - "neden bir hadron çarpıştırıcısına ihtiyacımız var" sorusu, "neden bir cetvele (veya teraziye) ihtiyacımız var" sorusundan temelde farklı değildir. veya saatler vb.) Çarpıştırıcının her türlü standarta göre büyük, pahalı ve karmaşık bir şey olması durumu değiştirmiyor.
“Buna neden ihtiyaç duyulduğunu” anlamak için en yakın benzetme bence mercektir. İnsanlık çok eski zamanlardan beri merceklerin özelliklerine aşinaydı, ancak ancak son binyılın ortasında belirli mercek kombinasyonlarının çok küçük veya çok uzaktaki nesneleri incelememize olanak tanıyan araçlar olarak kullanılabileceğini fark etti. elbette mikroskop ve teleskoptan bahsediyoruz. Çağdaşlara yönelik bu yeni tasarımlar ortaya çıktığında tüm bunlara neden ihtiyaç duyulduğu sorusunun defalarca sorulduğuna şüphe yok. Ancak her iki cihazın bilimsel ve uygulamalı uygulama alanları genişledikçe kendiliğinden gündemden çıkarıldı. Genel olarak konuşursak, bunların farklı araçlar olduğunu unutmayın; yıldızlara ters mikroskopla bakamazsınız. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, çelişkili bir şekilde bunları kendi içinde birleştirir ve haklı olarak hem mikroskopların hem de teleskopların evriminde insanlığın son yüzyıllarda ulaştığı en yüksek nokta olarak kabul edilebilir. Bu ifade tuhaf görünebilir ve elbette kelimenin tam anlamıyla alınmamalıdır - hızlandırıcıda lens (en azından optik olanlar) yoktur. Ancak özünde durum tam olarak budur. Çarpıştırıcı, "mikroskobik" formunda, nesnelerin yapısını ve özelliklerini 10-19 metre seviyesinde incelemenize olanak tanır (bir hidrojen atomunun boyutunun yaklaşık 10-10 metre olduğunu hatırlatmama izin verin). “Teleskop” kısmında ise durum daha da ilginç. Her teleskop bir gerçek zaman makinesidir, çünkü içinde gözlemlenen resim, gözlemlenen nesnenin geçmişte nasıl olduğuna, yani elektromanyetik radyasyonun bu nesneden gözlemciye ulaşması gereken zaman öncesine karşılık gelir. Bu süre, Güneş'i Dünya'dan gözlemlerken sekiz dakikanın biraz üzerinde, uzak kuasarları gözlemlerken ise milyarlarca yıla kadar çıkabilir. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın içinde, Evren'de Büyük Patlama'dan saniyenin çok küçük bir kısmı kadar sonra var olan koşullar yaratılıyor. Böylece neredeyse 14 milyar yıl geriye, dünyamızın başlangıcına bakma fırsatı buluyoruz. Geleneksel karasal ve yörüngesel teleskoplar (en azından elektromanyetik radyasyonu tespit edenler) ancak rekombinasyon döneminden sonra, Evren optik olarak şeffaf hale geldiğinde "görüş" kazanırlar - bu, modern fikirlere göre Büyük Patlama'dan 380 bin yıl sonra gerçekleşti.
Daha sonra bu bilgiyle ne yapacağımıza karar vermeliyiz: Hem küçük ölçekteki maddenin yapısı hem de onun Evrenin doğuşundaki özellikleri hakkında. Başlangıçta tartışılan gizemi eninde sonunda geri getirecek ve çarpıştırıcının nedenini belirleyecek olan şey budur. ihtiyaç duyulan “gerçekten” ihtiyaç duyulandı. Ancak bu bir insani karardır ve bu bilginin elde edildiği çarpıştırıcı sadece bir cihaz olarak kalacak - belki de dünyanın şimdiye kadar gördüğü en karmaşık "mercekler" sistemi.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı nerede bulunuyor?
2008 yılında CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi), Büyük Hadron Çarpıştırıcısı adı verilen süper güçlü bir parçacık hızlandırıcının yapımını tamamladı. İngilizce: LHC – Büyük Hadron Çarpıştırıcısı. CERN, 1955 yılında kurulan uluslararası hükümetlerarası bilimsel bir organizasyondur. Aslında yüksek enerji, parçacık fiziği ve bilimi alanlarında dünyanın önde gelen laboratuvarıdır. Güneş enerjisi. Yaklaşık 20 ülke örgüte üyedir.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısına neden ihtiyaç duyuldu?
Cenevre civarında, 27 kilometrelik (26.659 m) dairesel bir beton tünelde protonları hızlandırmak için süper iletken mıknatıslardan oluşan bir halka oluşturuldu. Hızlandırıcının, maddenin mikro yapısının gizemlerine nüfuz etmeye yardımcı olmasının yanı sıra, maddenin derinliklerinde yeni enerji kaynakları sorusuna cevap arayışında ilerlemeyi de mümkün kılması bekleniyor.
Bu amaçla, hızlandırıcının yapımıyla eş zamanlı olarak (maliyeti 2 milyar doların üzerinde) dört parçacık dedektörü oluşturuldu. Bunlardan ikisi büyük evrenseldir (CMS ve ATLAS) ve ikisi daha uzmanlaşmıştır. Dedektörlerin toplam maliyeti de 2 milyar dolara yaklaşıyor. Büyük CMS ve ATLAS projelerinin her birine, aralarında Rusya ve Belarus'un da bulunduğu 50 ülkeden 150'den fazla enstitü katıldı.
Bulunması zor Higgs bozonunun avı
Hadron çarpıştırıcısı hızlandırıcı nasıl çalışır? Çarpıştırıcı, çarpışan ışınlar üzerinde çalışan en büyük proton hızlandırıcıdır. Hızlanma sonucunda ışınların her biri laboratuvar sisteminde 7 teraelektron volt (TeV), yani 7x1012 elektron volt enerjiye sahip olacaktır. Protonlar çarpıştığında, dedektörler tarafından kaydedilecek birçok yeni parçacık oluşur. İkincil parçacıkları analiz ettikten sonra elde edilecek veriler, mikro dünya fiziği ve astrofizikle ilgilenen bilim adamlarını ilgilendiren temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olacak. Ana konular arasında Higgs bozonunun deneysel tespiti yer alıyor.
Artık ünlü olan Higgs bozonu, temel parçacıkların standart, klasik modeli olarak adlandırılan modelin ana bileşenlerinden biri olan varsayımsal bir parçacıktır. Adını 1964 yılında varlığını tahmin eden İngiliz teorisyen Peter Higgs'ten almıştır. Higgs alanının kuantumu olan Higgs bozonlarının fizikteki temel sorularla ilgili olduğuna inanılıyor. Özellikle temel parçacıkların kütlelerinin kökeni kavramına.
2-4 Temmuz 2012'de yapılan bir dizi çarpıştırıcı deneyi, Higgs bozonuyla ilişkilendirilebilecek belirli bir parçacığı ortaya çıkardı. Ayrıca veriler hem ATLAS sistemi hem de CMS sistemi tarafından ölçüldüğünde doğrulandı. Kötü şöhretli Higgs bozonunun gerçekten keşfedilip keşfedilmediği ya da onun başka bir parçacık olup olmadığı konusunda hâlâ tartışmalar sürüyor. Gerçek şu ki, keşfedilen bozon şimdiye kadar tespit edilen en ağır bozondur. Dünyanın önde gelen fizikçileri temel soruyu çözmeye davet edildi: Gerald Guralnick, Carl Hagen, Francois Englert ve 1964'te onuruna adlandırılan bir bozonun varlığını teorik olarak kanıtlayan Peter Higgs'in kendisi. Veri dizisini analiz ettikten sonra, çalışmaya katılanlar Higgs bozonunun gerçekten keşfedildiğine inanma eğilimindeler.
Pek çok fizikçi, Higgs bozonu üzerindeki çalışmanın, "Yeni Fizik" olarak adlandırılan kavramdan söz etmeye yol açacak "anomalileri" ortaya çıkaracağını umuyordu. Bununla birlikte, 2014 yılının sonuna gelindiğinde, önceki üç yılda LHC'de yapılan deneyler sonucunda biriken veri setinin neredeyse tamamı işlenmişti ve (münferit vakalar hariç) hiçbir ilgi çekici sapma tespit edilmedi. Aslında araştırmacılara göre kötü şöhretli Higgs bozonunun iki fotonlu bozunmasının "fazla standart" olduğu ortaya çıktı. Ancak 2015 baharında yapılması planlanan deneyler yeni keşiflerle bilim dünyasını şaşırtabilir.
Sadece bir bozon değil
Higgs bozonunun araştırılması dev bir projenin tek başına amacı değildir. Bilim adamlarının, Evrenin varlığının erken aşamasında doğanın birleşik etkileşimini yargılamayı mümkün kılan yeni parçacık türlerini araştırması da önemlidir. Bilim insanları artık doğanın dört temel etkileşimini birbirinden ayırıyor: güçlü, elektromanyetik, zayıf ve yerçekimsel. Teori, evrenin ilk aşamalarında tek bir kuvvetin var olabileceğini öne sürüyor. Yeni parçacıklar keşfedilirse bu sürüm doğrulanacak.
Fizikçiler aynı zamanda parçacık kütlesinin gizemli kökeni konusunda da kaygılılar. Parçacıkların neden kütlesi var? Ve neden bu kadar kitleleri var da diğerleri yok? Bu arada, burada her zaman formülü kastediyoruz e=mc². Herhangi bir maddi nesnenin enerjisi vardır. Sorun bunun nasıl serbest bırakılacağıdır. Bir maddeden maksimum verimlilikle salınmasını sağlayacak teknolojiler nasıl yaratılır? Günümüzün temel enerji sorunu budur.
Başka bir deyişle Büyük Hadron Çarpıştırıcısı projesi, bilim adamlarının temel sorulara yanıt bulmasına ve mikrokozmos ve dolayısıyla Evrenin kökeni ve gelişimi hakkındaki bilgileri genişletmesine yardımcı olacak.
Belaruslu ve Rus bilim adamlarının ve mühendislerinin LHC'nin yaratılmasına katkısı
İnşaat aşamasında, CERN'den Avrupalı ortaklar, projenin en başından itibaren LHC için dedektörlerin oluşturulmasında yer almak üzere bu alanda ciddi deneyime sahip bir grup Belaruslu bilim adamına başvurdu. Buna karşılık Belaruslu bilim adamları, bilim şehri Dubna'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü'nden ve diğer Rus enstitülerinden meslektaşlarını işbirliği yapmaya davet etti. Uzmanlar tek bir ekip olarak CMS dedektörü - “Kompakt Muon Solenoid” üzerinde çalışmaya başladı. Her biri belirli görevleri yerine getirmek üzere tasarlanmış birçok karmaşık alt sistemden oluşur ve bunlar birlikte LHC'deki proton çarpışmaları sırasında üretilen tüm parçacıkların enerjilerinin ve ayrılma açılarının tanımlanmasını ve doğru ölçümünü sağlar.
ATLAS dedektörünün oluşturulmasına Belaruslu-Rus uzmanlar da katıldı. Bu, parçacık yörüngelerini yüksek doğrulukla ölçebilen 20 m yüksekliğinde bir kurulumdur: 0,01 mm'ye kadar. Dedektörün içindeki hassas sensörler yaklaşık 10 milyar transistör içerir. ATLAS deneyinin öncelikli hedefi Higgs bozonunu tespit etmek ve özelliklerini incelemektir.
Abartmadan bilim adamlarımızın CMS ve ATLAS dedektörlerinin oluşturulmasına önemli katkıları oldu. Bazı önemli bileşenler kendi adını taşıyan Minsk Makine İmalat Fabrikasında üretildi. Ekim Devrimi (MZOR). Özellikle CMS deneyi için uç yüz hadron kalorimetreleri. Ayrıca tesis, ATLAS dedektörünün manyetik sisteminin oldukça karmaşık elemanlarını üretti. Bunlar, özel metal işleme teknolojileri ve ultra hassas işleme gerektiren büyük boyutlu ürünlerdir. CERN teknisyenlerine göre siparişler mükemmel bir şekilde tamamlandı.
“Bireylerin tarihe katkısı” da küçümsenemez. Örneğin, Teknik Bilimler Mühendisi Adayı Roman Stefanovich, CMS projesinde ultra hassas mekaniklerden sorumludur. Hatta şaka yollu bir şekilde, o olmasaydı CMS'nin inşa edilmeyeceğini söylüyorlar. Ancak ciddi olarak şunu kesinlikle söyleyebiliriz: O olmasaydı, gerekli kalitede montaj ve devreye alma son tarihleri karşılanamazdı. Oldukça zorlu bir rekabeti geçen bir diğer elektronik mühendisimiz Vladimir Chekhovsky, bugün CMS dedektörünün ve onun müon odalarının elektronik aksamındaki hataları ayıklıyor.
Bilim adamlarımız hem dedektörlerin piyasaya sürülmesinde hem de laboratuvar kısmında bunların çalıştırılması, bakımı ve güncellenmesi aşamalarında yer alıyor. Dubna'dan bilim insanları ve Belaruslu meslektaşları, maddenin derin özellikleri ve yapısı hakkında yeni bilgiler elde etmek için çalışan uluslararası fizik topluluğu CERN'de tam anlamıyla yerlerini alıyorlar.
Birçoğu şu ya da bu şekilde "Büyük Hadron Çarpıştırıcısı" terimini zaten duymuştur. Bu kelimelerden yalnızca "büyük" kelimesi sıradan insana tanıdık geliyor. Ama gerçekte nedir? Peki sıradan bir ölümlünün bu fiziksel terime hakim olması mümkün mü?
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), fizikçilerin temel parçacıklarla deneyler yapabileceği bir tesistir. Formülasyona göre LHC, ağır iyonları ve protonları hızlandırmak ve çarpışma ürünlerini incelemek için tasarlanmış, çarpışan ışınları kullanan yüklü parçacıkların hızlandırıcısıdır. Başka bir deyişle, bilim adamları atomları çarpıştırıyor ve sonra bundan ne çıktığını görüyorlar.
Şu anda bu dünyadaki en büyük deneysel tesistir. Bu kurulumun büyüklüğü, yüz metre derinlikte yer alan yaklaşık 27 kilometre çapındaki bir şehre benzetilebilir. Bu kurulum Cenevre yakınlarında bulunuyor ve inşaatı 10 milyar dolara mal oluyor.
LHC kurulumunun ana görevlerinden biri (bilim adamlarına göre) Higgs bozonunun araştırılmasıdır. Yine basit bir ifadeyle bu, kütlenin varlığından sorumlu olan parçacığı bulma girişimidir.
Buna paralel olarak çarpıştırıcıda arama deneyleri yapılıyor:
— “Standart Model”in dışındaki parçacıklar,
— manyetik monopoller (manyetik alana sahip parçacıklar),
— ayrıca kuantum kütleçekimi çalışmaları ve mikroskobik deliklerin incelenmesi de sürüyor.
Bunlar "mikroskobik kara delikler" ve pek çok insana huzur verme. Üstelik sadece okulda fizikle tanışmaları bitenler değil, aynı zamanda profesyonel düzeyde çalışmaya devam edenler de endişeleniyor.
Kara deliğin ne olduğu hem okullardan hem de bilim kurgu hikayelerinden ve filmlerinden herkes tarafından bilinmektedir. Pek çok kişi (bilim adamları dahil), bazıları "büyük patlamayı" (teoriye göre evrenin ortaya çıktığı) yeniden yaratmayı denemek için tasarlanan bu tür deneylerin tüm gezegenin kaçınılmaz çöküşüne yol açacağından endişe ediyor.
Bilim insanları bu deneylerin herhangi bir tehlike yaratmadığına dair güvence veriyor. Ancak bilimin aydınlatıcılarının asla hesaba katmadığı bir gerçek daha var. Silahlardan bahsediyoruz.
Bir keşif yapan veya bir şey icat eden her normal bilim adamı bunu iki amaçla yapar. İlk amaç dünyanın daha iyi yaşamasına yardımcı olmak, ikincisi ise daha az insani ama insani olan ünlü olmaktır.
Ama nedense tüm icatlar (abartmadan) aynı insanlığı ve ünlü bilim adamlarını öldürmeye yönelik araçların yaratılmasında yerini alıyor. Atom enerjisinden bahsetmeye bile gerek yok, artık bizim için sıradan hale gelen keşifler bile (radyo, mekanik motorlar, uydu televizyonu vb.) savunma sanayinde yerini sağlam bir şekilde almıştır.
2016 yılında Moskova bölgesinde Avrupa LHC'ye benzer bir kurulum başlatmayı planlıyorlar. Ancak Rus enstalasyonu, “ağabey”inden farklı olarak, aslında “büyük patlamayı” küçük ölçekte yeniden yaratmalı.
Ve komşu Moskova'nın (ve onunla birlikte Dünya'nın) geniş evrende yeni bir "kara deliğin" atası olmayacağını kim garanti edecek?
Bu hafta, iki yıllık beklemenin ardından, 2012 yılında Higgs bozonunun keşfine yol açan yüklü parçacık hızlandırıcı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı yeniden başlatılabilir.
Dev çarpıştırıcı (bir kısmı Fransa-İsviçre sınırında 27 kilometre uzunluğunda bir yer altı tüneli) Şubat 2013'te bilim adamlarının tasarımında değişiklik yapabilmesi için kapatıldı. Şimdi bilim insanları, bir dizi deney yoluyla fizik çalışmalarında bir sıçrama yapmak için bu yöntemi tekrar kullanıyorlar.
1. Durun, durun, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı nedir?
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tüneli
LHC, 2008 yılında CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi) tarafından inşa edildi. Dünyanın en büyük hadron çarpıştırıcısının inşası dokuz milyar dolara mal oldu. Yeraltı tünellerinin inanılmaz uzunluğu fizikçilerin inanılmaz deneyler yapmasına olanak tanıyor.
Kabaca söylemek gerekirse, deneylerin çoğu, yüklü parçacıkların ışık hızının %99,9999'una kadar hızlandırılmasını (saniyede 11.000 kez bir daire içinde hareket etmelerine neden olur) ve ardından onları dev mıknatıslar kullanarak çarpmayı içerir. Gelişmiş sensörler, bu parçacıkların çarpışmasından sonra elde edilen her türlü bilgiyi okur.
2. Bilim insanları neden parçacıkları çarpıştırıyor?
LHC'deki sensörlerden biri tarafından alınan bilgiler
Çarpışmadan sonra açığa çıkan büyük miktardaki enerji, parçacıkların parçalanmasına ve daha sonra oldukça sıra dışı yapılar halinde bir araya gelmesine neden olur. Bunun gibi deneyler, standart fizik modelindeki kusurların bulunmasına yardımcı oluyor - şu anda parçacıkların davranışını tahmin etmenin en iyi yolu.
Fizikçiler bu tür deneylerle ilgileniyorlar çünkü standart model oldukça doğru kabul edilse de hala eksik. LHC'de çalışan bir bilim adamı olan Patrick Koppenburg, "Tahmin etmek güzel, ancak fizikçiler tahmin etmekten pek hoşlanmazlar" yorumunu yaptı.
Modelin en büyük dezavantajı yerçekimi kuvvetini (sadece diğer üç temel kuvveti tanımlıyor) ve karanlık madde, karanlık enerji gibi kavramları hesaba katmamasıdır. Ayrıca evrenin kökenine ilişkin mevcut teorilerle de pek uyumlu değil.
Başka bir deyişle, standart fizik modeli etrafımızdaki şeylerin nasıl çalıştığının en iyi açıklamasıdır. Ancak Koppenburg'a göre bu teori "bir noktada kesinlikle yanlış." Kendisi ve diğer bilim insanları, parçacıkları LHC'ye çarparak bu modelden sapmalar bulmaya çalışıyorlar.
3. Bu bilim insanları halihazırda neyi keşfettiler?
Higgs bozonu da dahil olmak üzere standart modelin 17 temel parçacığının şeması
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarihindeki en önemli olay Higgs bozonunun keşfiydi.
1960'lı yıllardan beri Higgs bozonunun, uzaydan geçen ve tüm parçacıkları etkileyen görünmez bir alan olan Higgs alanının bir parçası olduğuna inanılıyordu. Fizikçilere göre parçacıkların kütlesi (veya hareket ederken direnci) bu alan sayesindedir.
Fizikçi Brian Greene makalesinde şunları yazdı:
“Bir pinpon topunun suya batırıldığını hayal edin. Daha derine dalmaya çalıştığınızda, suyun dışında olduğundan kat kat daha ağır görünüyor. Su ile etkileşimi kütlesinin artmasına neden olur. Aynı şey Higgs alanına daldırılan parçacıklar için de geçerli."
Prensipte hiç kimse bozonun ve Higgs alanının keşfine şaşırmadı çünkü standart modelin tüm yasaları bunların varlığına işaret ediyordu. İşin püf noktası, doğrudan bir kanıtın olmamasıydı. Koppenburg, "LHC'yi inşa ettiğimizde ya Higgs bozonunu keşfetmeyi ya da onun var olmadığını kanıtlamayı umuyorduk" dedi.
2012 yılında, üç yıllık deneylerin ardından fizikçiler Higgs bozonunun varlığını kanıtladılar. Çarpışmadan hemen sonra Higgs bozonunun belirli bir düzen izleyerek başka parçacıklara ayrıştığı hesaplandı. Proton çarpışmasından sonra toplanan veriler bu kalıpların anlaşılmasına ve tahmin edilmesine yardımcı oldu.
Bu keşif inanılmaz derecede önemlidir: Higgs alanı standart modelin temel taşıdır. Onun sayesinde diğer tüm denklemler çok daha netleşiyor. Varlığı kağıt üzerinde tahmin edildikten 50 yıl sonra onu keşfetmeyi başardık, bu da evrenimizin yapısını incelemekte doğru yolda olduğumuz anlamına geliyor.
4. TANK neden tekrar açıldı?
Büyük Hadron Çarpıştırıcısının Tünelleri
Geçmişte gerçekleştirilen tüm deneyler sadece başlangıçtı. Mıknatısların (parçacıkların hareketini hızlandıran ve kontrol eden) ve sensörlerin birkaç yıl geliştirilmesinden sonra yeni bir dönem başlayacak: Artık parçacıkların bir öncekinin iki katı yük ile hızlandırılması ve çarpıştırılmasıyla ilgili bir dizi deney yapılacak.
Yeni parçacık çarpışmaları, bilim adamlarının yeni (ve belki de daha büyük) parçacıkları keşfetmesine, ayrıca Higgs bozonunu ve onun farklı koşullar altındaki davranışını incelemesine olanak tanıyacak.
"Standart modelin öngörmediği unsurları keşfetmeyi umuyoruz. Örneğin, henüz keşfedilmemiş kadar ağır parçacıklar veya başka türden sapmalar," diye umuyor Koppenburg.
Örneğin Higgs bozonunun Higgs mekanizmasındaki birkaç parçacıktan yalnızca biri olması mümkündür.
Koppenburg ve diğer bilim insanları, yeterli sayıda yeni bilginin yeni parçacıklar keşfetmemize ve mevcut standart modeli geliştirmemize yardımcı olacağını, bunun da karanlık madde, evrenin doğuşu ve diğer yeterince anlaşılmamış konularla doğru bir şekilde etkileşime girmesine olanak sağlayacağını söylüyor.
5. Gelecekte daha da büyük parçacık hızlandırıcıları yaratma planları var mı?
Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcının Şeması
Evet. Fizikçiler en sonunda LHC'den daha yüksek enerjili parçacıkları hızlandırabilecek çok daha büyük hızlandırıcılar inşa etmeyi umuyorlar. Bu da yeni parçacıkların keşfedilmesine olanak tanıyacak ve karanlık maddenin daha net anlaşılmasını sağlayacak. Örneğin Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcının uzunluğu 32 kilometre olacak. Parçacıkların bir daire içinde hızlandırıldığı LHC'den farklı olarak bu projede parçacıklar doğrudan birbirleriyle çarpışacak. Proje halen değerlendiriliyor ancak bilim insanları böyle bir hızlandırıcının Japonya'da inşa edilebileceğini ve 2026 yılına kadar faaliyete geçeceğini umuyor.
Bir zamanlar herkes ABD'de dev bir parçacık hızlandırıcının inşa edileceğini düşünüyordu. 1989'da Kongre, süper iletken bir süper çarpıştırıcı inşa etmek için altı milyar dolar harcamayı bile kabul etti. Waxahachie, Teksas'ta inşa edeceklerdi, tünellerinin uzunluğunun 86 kilometreye ulaşması gerekiyordu. Parçacıkların burada çarpışacağı kuvvet, Büyük Hadron Çarpıştırıcısınınkinden dört kat daha güçlü olacaktır. Ancak ne yazık ki 1993 yılında projenin maliyeti on bir milyar dolara yükseldi ve Kongre, tünelin 25 kilometrelik kısmının inşası için halihazırda iki milyar harcanmış olmasına rağmen projeyi kapatmaya karar verdi.
Orijinal: Vox
Tercüme edildi.