ハドロン衝突型加速器：スタート。 大型ハドロン衝突型加速器はなぜ？どこですか？

今日、大きなハドロン・コライダーとして知られているアクセラレータの作成の歴史は、2007年の早くも始まります。 最初に、加速器の年代順はサイクロトロンで始まりました。 このデバイスは、テーブルに簡単に収まる小型のデバイスでした。 その後、加速器の歴史は急速に発展し始めました。 SynchrophasotronとSynchrotronが登場しました。

歴史上、おそらく1956年から1957年の期間が最も面白かったでしょう。 当時、ソビエトの科学、特に物理学は、外国の兄弟に遅れをとらなかった。 長年得られた経験を駆使して、ソ連の物理学者ウラジミール・ベクスラー（Vladimir Veksler）が科学の画期的な成果を上げました。 彼らはその時代に最も強力なシンクロトロスコトロトロンを作り出しました。 その作用力は10ギガ電子ボルト（100億電子ボルト）であった。 この発見の後、既にドイツの重大な電子 - 陽電子加速器、スイスの加速器、米国など、加速器の深刻なサンプルが作成されました。 それらのすべてに共通の目標、すなわち基本クォーク粒子の研究がありました。

ラド・ハドロン・コライダーは、主にイタリアの物理学者の努力のおかげで作られました。 彼の名前はノーベル賞受賞者Carlo Rubbiaです。 彼の仕事の間、Rubbiaは欧州原子力研究機構のディレクターを務めました。 研究センターの敷地内にハドロン・コライダーを正確に建設して打ち上げることが決定されました。

Hadron Colliderはどこですか？

コライダーは、スイスとフランスの国境に位置しています。 その周囲の長さは27キロメートルなので、それは大きなと呼ばれています。 加速器リングは、50〜175メートルの深さまで延びています。 コライダーには1232個の磁石が取り付けられています。 それらは超伝導であり、したがってそれらから、そのような磁石におけるエネルギー消費は事実上存在しないので、分散のための最大磁場を発生することが可能である。 各磁石の総重量は、長さ14.3メートルで3.5トンです。

どんな物理的物体と同様に、大きなハドロンコライダーが熱を発生させます。 したがって、常に冷却する必要があります。 このために、液体窒素の1,200万リットルで1.7Kの温度が維持される。 さらに、冷却には液体ヘリウム（70万リットル）が使用され、最も重要なことに、通常の大気圧よりも10倍低い圧力が使用される。

摂氏で1.7Kの温度は-271度です。 この温度は 絶対ゼロに ほぼ近い 。 絶対ゼロ は、物理的な身体が持つことができる最小限の限界です。

トンネルの内部はあまり興味深いものではありません。 超伝導機能を備えたニオブ - チタンケーブルがあります。 その長さは7600キロメートルです。 ケーブルの総重量は1200トンです。 ケーブルの内部は総距離15億キロメートルの6300ワイヤーの叢である。 この長さは10天文単位です。 例えば 、地球から太陽まで の 距離は、 そのような単位の10に等しい。

その地理的位置について話すと、フランス側にあるSaint-GenieとForney-Voltaireの都市と、スイス側のMeirinとVessuratの間に、衝突者の輪があると言えるでしょう。 PSと呼ばれる小さなリングが直径に沿って境界に沿って走っています。

存在の意味

「ハドロン・コライダーが何のためにあるのか」という質問に答えるためには、科学者に目を向けるべきです。 多くの科学者は、これが科学の存続期間中の最大の発明であり、それがなければ、今日私たちに知られている科学は単に意味をなさないと言います。 大きなハドロンコライダーの存在と発射は、ハドロンコライダーの粒子の衝突に爆発が起こる点で興味深い。 すべての最小粒子は異なる方向に散乱する。 多くのものの存在と意味を説明できる新しい粒子が形成されます。

科学者がこれらの壊れた粒子で見つけようとした最初の事は、理論的に予測された物理学者ピーター・ヒッグス（Peter Higgs）が、 ヒッグス・ボゾン（Higgs Boson）と呼ばれる素粒子でした。 この驚くべき粒子は、信じられているように、情報の運搬体です。 それはまた「神の粒子」と呼ばれています。 それを開くと、科学者は宇宙の理解に近づくだろう。 2012年7月4日には、ハドロンコライダー（その打上げが部分的に成功した）が同様の粒子を検出するのに役立つことに注意する必要があります。 今日まで、科学者はそれをより詳細に研究しようとしている。

どのくらい...

もちろん、疑問が直ちに起こり、なぜ科学者はこれらの粒子をそんなに長い間研究してきたのですか？ 楽器がある場合、それを実行することができ、さらに多くのデータを撮影するたびに実行することができます。 事実、ハドロンコライダーの仕事は高価な喜びです。 1つのランは多額の費用がかかる。 たとえば、年間エネルギー消費量は8億kW / hです。 このエネルギー量は、平均的な基準で約10万人が住んでいる市が費やしています。 そして、これはメンテナンスのコストを計算していません。 もう一つの理由は、プロトンが衝突したときに発生するハドロン衝突者の爆発は、大量のデータを得ることに関連しているということです。コンピュータは処理に多くの情報を読み込みます。 情報を受け取るコンピュータの能力は、今日の基準によっても素晴らしいですが。

次の理由はあまり知られていない暗黒物質です。 この方向でコライダーと働く科学者は、宇宙全体の可視スペクトルがわずか4％であることを確信しています。 残りは暗黒物質であると考えられています。 実験的に彼らはこの理論が正しいことを証明しようとします。

ハドロンコライダー：

ダークマターの高度な理論は、ハドロンコライダーの存在の安全性に疑問を呈した。 「ハドロン・コライダー：賛成か反対か？」という質問がありました。 彼は多くの科学者を興奮させた。 世界のすべての偉大な心は2つのカテゴリーに分かれています。 「反対派」は、そのような事柄が存在するならば、反対の粒子を持っていなければならないという興味深い理論を提唱している。 そして、加速器内の粒子の衝突において、暗い部分が生じる。 暗い部分と私たちが見る部分が衝突する危険性がありました。 その後、それは宇宙全体の死につながる可能性があります。 しかし、ハドロンコライダーの最初の打ち上げ後、この理論は部分的に分解された。

さらに、重要性については、宇宙の爆発、あるいはむしろ出生があります。 衝突では、存在の最初の秒で宇宙がどのようにふるまうかを観察することができると信じられている。 彼女がビッグバンの起源を見たやり方。 粒子の衝突のプロセスは、宇宙の起源の冒頭にあったものと非常に類似していると考えられている。

科学者がチェックする、それほど素晴らしい考えはまだありません。これらはエキゾチックなモデルです。 これは信じられないようですが、私たちのような人々と他の次元や宇宙があることを示唆する理論があります。 そして不思議なことに、アクセラレータもここで助けてくれるでしょう。

簡単に言えば、加速器の存在の目的は、宇宙が何であるか、それがどのように作成されたか、粒子や関連する現象に関するすべての既存の理論を証明するか否かを理解することです。 もちろん、これには数年かかりますが、打ち上げごとに科学の世界を覆す新たな発見があります。

アクセラレータに関する事実

加速器が粒子を光の速度の99％まで加速することは誰もが知っていますが、その割合が光の速度の 99.9999991％であることは多く分かりません。 理想的なデザインと強力な加速マグネットのおかげで、この素晴らしい姿が理にかなっています。 また、あまり知られていない事実を書き留める必要があります。

粒子衝突時と加速時の数値

束の中の陽子の数	最大1000億（1011）
束の数	最大2808
検出器領域を通過する陽子ビームの数	4つのゾーンで、毎秒最大3100万
交差点における粒子の衝突数	最大20
衝突あたりのデータ量	約1.5 MB
ヒッグス粒子の量	1粒子を2.5秒ごとに照射する（フルビーム強度で、ヒッグス粒子の特性に関する特定の仮定に基づいて）

2つのメインディテクタのそれぞれからのデータを含む約1億のストリームは、わずか100,000枚以上のCDを満たすことができます。 ちょうど1ヶ月で、ディスクの枚数は、それが積み重ねられれば、月には十分であったでしょう。 したがって、実際にはデータのフィルタとして機能するデータ収集システムを使用できるようにするだけで、検出器から来るすべてのデータを収集しないことが決定されました。 爆発の時に起こった100の出来事だけを記録することに決めました。 これらの事象は、アクセラレータの位置である欧州の粒子物理学研究室にある大型ハドロン衝突装置のシステムのコンピュータセンターのアーカイブに記録されます。 記録されたイベントは記録されませんが、科学界にとって最も関心のあるイベントは記録されます。

後処理

記録後、数百キロバイトのデータが処理されます。 これを行うために、CERNには2000台以上のコンピュータが設置されています。 これらのコンピュータのタスクは、プライマリ・データの処理とデータベースの形成です。これは、今後の分析に便利です。 次に、生成されたデータストリームがGRID ネットワークに送信されます 。 このインターネットネットワークは、世界中のさまざまな機関に所在する数千のコンピュータを結びつけ、3大陸にある何百もの大規模なセンターを結んでいます。 すべてのそのようなセンターは、最大データ転送速度のためにファイバを使用してCERNに接続されています。

事実について言えば、構造の物理的指標も言及する必要がある。 加速器トンネルは、水平面の1.4％の偏差である。 これは主に加速器トンネルの大部分をモノリシックな岩石の中に置くために行われます。 したがって、反対側の配置の深さは異なる。 ジュネーブの近くにある湖の側面から数えた場合、深さは50メートルになります。 反対側の部分の深さは175メートルです。

興味深いことに、月の位相は加速器に影響します。 そのような遠くの物体がそのような距離で行動することができるように見えるだろう。 しかし、満月の間、潮があるとき、ジュネーブ地域の土地は最大25センチ上昇することがわかります。 これはコライダーの長さに影響します。 これにより長さは1ミリメートル増加し、ビームエネルギーは0.02％変化する。 ビームエネルギー制御は最大0.002％を超えなければならないため、研究者はこの現象を考慮に入れる必要があります。

また、興味深いことに、コライダートンネルは、多くの人が想像するように、円ではなく、八角形の形をしています。 短い断面により角度が形成される。 それらには設置された検出器と加速粒子のビームを制御するシステムが含まれています。

構造

Hadron Colliderは、多くの詳細の使用と科学者の興奮に関連した打ち上げであり、素晴らしいデバイスです。 アクセラレータ全体は2つのリングで構成されています。 小さなリングはプロトンシンクロトロンと呼ばれ、略語を使用する場合はPSとなります。 大きなリングは、プロトンスーパーシンクロトロン（SPS）です。 一緒に、2つのリングは、光の速度の99.9％に部品を加速することができます。 この場合、衝突者は陽子のエネルギーも増加させ、その総エネルギーを16倍増加させます。 また、パーティクル同士が1秒間に約3,000万回衝突することも可能です。 10時間以内。 4つの主な検出器から、1秒あたり100テラバイトのデジタルデータが得られます。 データの取得は、特定の要因によるものです。 例えば、それらは、負の電荷を有する基本粒子を検出することができ、また、半回転を有する。 これらの粒子は不安定であるため、直接検出することは不可能であり、ビーム軸に対して一定の角度で飛行するエネルギーのみを検出することが可能である。 このステージを最初の起動レベルと呼びます。 この段階では、ロジック実装方式が構築されている100以上の特殊データ処理ボードが監視されます。 この作業の一部は、データ取得期間中に1秒あたりのデータ数が100,000を超えるブロックがサンプリングされるという特徴があります。 これらのデータは、より高いレベルのメカニズムを使用して発生する分析に使用されます。

これとは逆に、次のレベルのシステムは、すべての検出器ストリームから情報を受信します。 検出ソフトウェアはネットワーク上で動作します。 そこで、後続のデータブロックを処理するために多数のコンピュータを使用します。ブロック間の平均時間は10マイクロ秒です。 プログラムは、元のポイントに対応するパーティクルマーカーを作成する必要があります。 その結果、1つのイベントで発生した運動量、エネルギー、軌道などからなる一連のデータを取得します。

加速器部品

加速器全体を5つの主要部分に分けることができます：

1）電子 - 陽電子加速器の加速器。 詳細は、超伝導特性を有する約7000個の磁石を表す。 それらの助けを借りて、ビームはリングトンネルに沿って導かれる。 また、ビームを1本の流れに集束させます。その幅は1本の毛の幅に減少します。

2）コンパクトなミュオンソレノイド。 それは一般的な使用を意図した検出器です。 このような検出器では、例えば、ヒッグス粒子の探索のために新しい現象が探索される。

3）検出器LHCb。 このデバイスの重要性は、クォークとそれに対向するアンチクォークの検索にあります。

4）トロイダル取付けATLAS。 この検出器はミュオンを固定するために設計されています。

5）アリス。 この検出器は、鉛イオンとプロトン - 陽子衝突の衝突を捕捉する。

ハドロンコライダーの打ち上げ時の問題

ハイテク技術の存在がエラーの可能性を排除するという事実にもかかわらず、実際にはすべてが異なる。 加速器の組み立て中、遅延が発生しただけでなく、故障も発生しました。 これは予期せぬことではないと言わなければならない。 デバイスには非常に多くのニュアンスが含まれており、そのような精度が求められます。 例えば、打上げ中に科学者が直面した問題の1つは、衝突の直前に陽子ビームを集束させた磁石の故障でした。 この重大な事故は、磁石による超伝導の損失による締結の一部の破壊によって引き起こされた。

この問題は2007年に発生しました。 彼女の打ち上げのためにコライダーは数回延期され、6月にのみ打ち上げが行われ、ほぼ1年後にコライダーがまだ始まった。

コライダーの最後の打ち上げは成功し、数テラバイトのデータが収集されました。

2015年4月5日に打ち上げられたHadron Colliderは、正常に機能しています。 1ヶ月以内に、ビームはリングに沿って駆動し、徐々にパワーを増加させます。 研究目的はありません。 ビームの衝突エネルギーが増加します。 値は7 TeVから13 TeVに上がります。 このような増加は、粒子の衝突における新しい可能性を見ることを可能にする。

2013年と2014年に。 トンネル、アクセラレータ、検出器やその他の機器の重大な技術的な検査でした。 結果は18個の双極磁石が機能を超伝導されました。 それらの総数は1232枚であることに留意されたいです。 しかし、残りの磁石は見過ごされていません。 そうしないと我々は改善入れ冷却に対する保護のシステムを、交換してください。 また、磁石の冷却システムを改善しました。 これは、彼らが最大電力で、低温で維持することができます。

すべてがうまくいけば、加速器の次の打ち上げは、わずか3年後に行われます。 この期間を通じて、コライダーの技術的な検討を改善するために計画された作業を予定しています。

修理がコストを考慮せずに、ペニーを要することに留意すべきです。 ハドロンコライダーは、2010のように7.5億ユーロに等しい値を有しています。 この図は、科学の歴史の中で最も高価なプロジェクトのリストにある最初の場所でプロジェクト全体を表示します。

最近のニュース

ハドロン衝突型加速器、休憩後に起こったの打ち上げは、成功しました。 興味深いデータを収集しました。 例えば、証拠が正しい粒子の近代的な考え方が提示されました。 これは、CMSとLHCB検出器の適切な動作のおかげで可能としています。 これらの検出器の減衰BSは、直接的な証拠の忠実度、現代の理論で2つの中間子、でキャッチ。

これは、この理論の証拠であるか、質問をする価値があります。 一つの方法は、 - これは新しい粒子の取り込みです。 衝突が現代の理論が見直されるべきであることを意味し、新たな素粒子、になる場合それは、です。

それが示す、または少なくとも超対称の方向に扉を開くことができるので、科学者たちは、粒子に着目しました。 これは、ジュネーブの科学研究センターにおけるさらなる研究や仕事のための良いスタートです。

次は何ですか？

コライダーの次の近代化を起きようした後の粒子のさらなる研究を担当します。 特に、ヒッグス粒子についての詳細を学ぶために必要となります。 この発見のためではないすべてのプロパティのは、完全に理解し、実績のある、ノーベル賞を受賞したという事実にもかかわらず。 そのため、科学者たちはこの素晴らしい粒子の研究に長く困難な仕事を持っています。

また、あなたは超対称理論を証明または反証するために働き続けなければなりません。 それは少し幻想的なようだが、それは存在する権利を持っていますが。 すべての注意がこの分野で働く科学者の独自のチームを持って、各プロジェクトのためだけに重要な最初の問題に与えられていることを考えてはいけません。

もちろん、これは科学者に対処するために必要なすべてのタスクではありません。 情報のそれぞれの新しいテラバイトで継続的に補足質問のリストを受信し、その回答は、長年にわたって調べることができ。