كيف يعمل مصادم الهادرونات الكبير؟

LHC

يعرف معظم الناس أن مصادم الهادرونات الكبير هو محطم ذرة - وهو مصادم كبير. يمتد على الحدود الفرنسية السويسرية ، وكان بناءه مكلفًا للغاية لدرجة أن أكثر من اثنتي عشرة هيئة حكومية وغير حكومية اضطرت إلى المشاركة لإنجازها. تتم إدارة الأمر برمته بواسطة آلاف العلماء من مئات البلدان ، بتنسيق من وكالة الأبحاث النووية الأوروبية ، CERN. الكاشفات الرئيسية هائلة ، وتتطلب منصات عرض وقطافين ميكانيكيين فقط لخدمتهم. لكي نكون واضحين ، إنها حلقة كبيرة جدًا - لكن يمكننا الحصول على تفاصيل أكثر من ذلك.

في الواقع ، المصادم LHC عبارة عن عدة حلقات كبيرة جدًا ، وكلها مرتبة في سلسلة من القوة المتزايدة. اتضح أن تسريع جسيم مثل البروتون يتطلب أنواعًا مختلفة من الأجهزة على طول الطريق - المغناطيسات التي يمكنها رفع الجسيم من 99٪ من سرعة الضوء إلى 99.9999٪ من سرعة الضوء ليست في الواقع نفس المغناطيسات التي يمكنها زيادة ذلك نفس الجسيم من 1٪ سرعة الضوء إلى 15٪. على هذا النحو ، فإن المصادم LHC نفسه يتم تغذيته من خلال مجموعة متقنة من مسرعات الجسيمات ، تعمل بالتتابع لتحقيق طاقة جسيمية نهائية تبلغ 7 تيرا إلكترون فولت (TeV) أو أكثر.



تُظهر هذه الخريطة ، مثل معظم LHC ، الحلقة الرئيسية لـ LHC و Super Proton Synchrotron.

تُظهر هذه الخريطة ، مثل معظم LHC ، الحلقة الرئيسية لـ LHC و Super Proton Synchrotron.



الأول هو مسرع الجسيمات الخطي (LINAC 2) ، والذي ينتج 50 ميغا إلكترون فولت (MeV) ويمرر البروتونات التجريبية إلى أول مسرعات السلسلة الحلقية ، وهو Proton Synchrotron Booster (Pb). تعمل حلقة Pb على تسريع الجسيمات بسرعة تصل إلى حوالي 2 جيجا إلكترون فولت (GeV) وتمريرها إلى Proton Synchrotron الكامل ، والذي يواصل العملية حتى حوالي 28 GeV. من هنا ، يمر البروتون السنكروترون إلى… Superالبروتون السنكروترون ، الذي يمكنه تحقيق طاقات تبلغ 400 جيجا إلكترون فولت أو أعلى. اقترح الفيزيائيون بالفعل ترقية SPS إلى ممتاز-SPS (نعم ، هذا اثنان سوبر على التوالي) بحيث يمكن للبروتونات الوصول إلى TeV كامل قبل أن يتم تمريرها إلى الحلقة الرئيسية للمصادم LHC نفسه.

LINAC هو أضعف مسرعات ، وحتى هو

تعتبر LINAC أضعف المسرّعات ، بل إنها وحش مطلق.



تتحرك هذه الجسيمات بسرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء قبل أن تدخل المصادم LHC نفسه - لكن تسريع البروتونات في تلك الأجزاء القليلة المتبقية من النسبة المئوية تبين أنه أمر بالغ الأهمية للتجارب الفيزيائية الحديثة. يعد تفجير البروتونات إلى كواركات أمرًا واحدًا - لكن المصادم LHC يتطلع إلى إحداث تأثيرات عنيفة للغاية هي في الواقع تشوه نسيج الفضاء حول نقطة التأثير ، مما يمنح نافذة قصيرة غير متناهية الصغر إلى عالم الكم الحقيقي. هذا لا يأتي بسهولة - أو رخيصة.

لاحظ أن حلقة LHC ليست تجربة في حد ذاتها ، ولكنها أداة تستخدم لتقديم تجارب مع مورد معين: الجسيمات فائقة الشحن. كيف بالضبط يجب استخدام هذه الجسيمات فائقة الشحن تمليهاتيار التجارب التي يتم تثبيتها في نقاط مختلفة حول الحلقة ، لأغراض مختلفة. هناك سبع تجارب في المجموع ، لكن أربع تجارب تحظى بأكبر قدر من الاهتمام: ATLAS و ALICE و CMS و LHCb.

من المحتمل أن يكون ATLAS أشهر تجارب LHC - وهذا هو المكان الذي جمعت فيه CERN معظم البيانات التي أكدت في النهاية وجود بوزون هيغز. إنه يرمز إلى A Toroidal LHC ApparatuS (يمتد قليلاً عن ذلك S الأخير ...) ويبلغ قطره أكثر من 80 قدمًا! تم تصميم ATLAS ككاشف للأغراض العامة لما يصل إلى 40 مليون حدث عبور للحزمة في الثانية ، ويجمع أكبر قدر ممكن من البيانات حول هذه الأحداث.



ATLAS مقابل CMS

ATLAS مقابل CMS

CMS ، أو Compact Muon Solenoid ، هي محاولة لتحقيق نفس الشيء مثل ATLAS ، ولكن بوسائل مختلفة. يعد أيضًا كاشفًا 'للأغراض العامة' ، CMS أصغر ولكنه أكثر تركيزًا مغناطيسيًا ، مما يولد مجالًا عند أربعة تسلا إلى اثنين من أطلس. إنه مصمم للنظر في نفس الظواهر تقريبًا مثل ATLAS ، ولكنه يقدم تنازلات مختلفة قليلاً على طول الطريق. ساهم نظام إدارة المحتوى أيضًا في العثور على بوزون هيغز ، لكنه لا يحصل على نفس القدر من التأثير في الوسائط.

أليس ، من ناحية أخرى ، أكثر تخصصًا. تسمى تجربة مصادم الأيونات الكبير ، ولا تعطي تحقيقاتها الأولوية لسرعة الجسيمات بقدر الزخم ، وتتخصص في قياس تأثيرات 'النوى الثقيلة' مثل تحطيم الرصاص معًا عند 2 و 3 إلكترون فولت. هذا يخلق مستوى من الطاقة المدمرة التي يمكن أن تدفع الذرات إلى تشكيل بلازما كوارك-غلوون ، حيث يمكن أن تتحرك وتتصرف بحرية ، ونأمل أن يتم ملاحظتها في تلك الحالات. هذا يعني أن ALICE تم تصميمها للنظر في مفهوم يسمى Quantum Chromo-Dynamics (QCD) ، وقد عملت على تحسين الفهم العلمي لهذا المجال منذ أن بدأ العمل في عام 2010.

يعد ATLAS بالتأكيد أكثر تجارب LHC فرضًا بصريًا.

يعد ATLAS بالتأكيد أكثر تجارب LHC فرضًا بصريًا.

ثم هناك جمال مصادم الهادرونات الكبير (LHCb) ، والذي ظهر مؤخرًا في الأخبار لتأكيد وجود جزيء خاص به: بنتاكوارك. تم تصميم LHCb لدراسة السلوك الغريب للمادة ، وخاصة طبيعة عدم تناسق المادة والمادة المضادة في الكون - السؤال عن سبب وجود أي مادة باقية على الإطلاق. تقول النظرية أنه في بداية الكون ، كان من المفترض أن يكون الانفجار العظيم قد خلق كمية متساوية من المادة والمادة المضادة. هاتان المادتان تبيدان عند التفاعل ، فكيف يمكن للكون أن يصل إلى هذه النقطة ، حيث يوجد الكثير من المادة والقليل من المادة المضادة؟ تم تصميم LHCb لمعرفة ذلك.

من المرجح أن تظل الأفكار حول الخطوة العظيمة التالية لعلم الجسيمات مع LHC لبعض الوقت ؛ بدلاً من الترويج لمشروع بناء جديد كليًا ، يهتم العلماء أكثر بزيادة سلسلة التسارع في LHC. تمت إعادة فتح المسرع مؤخرًا بعد سلسلة طويلة من الترقيات. لا يوجد تحديد لعدد المرات التي يمكن فيها دفع الفيزياء إلى الأمام بهذه الطريقة ، قبل أن يبدأ مشروع البناء العلمي العظيم التالي مرة أخرى ، من الصفر.

اقرأ الآن: ما هو بوزون هيجز ، ولماذا هو مهم جدًا؟

تحقق من سلسلة 2007es.com Explains الخاصة بنا لمزيد من التغطية المتعمقة.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com