Large Hadron Collider
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
|
Az LHC-alagút belseje, ahol éppen a szupravezetőmágneseket helyezik be.
|
|
|
Hadronütköztetők: Múlt, jelen és jövő |
|
| Intersecting Storage Rings | CERN, 1971–1984 |
| Super Proton Synchrotron | CERN, 1976–1984 |
| Tevatron | Fermilab, 1987–2009 |
| Superconducting Super Collider | 1993-ben leállították |
| Large Hadron Collider | CERN, 2007– |
| Very Large Hadron Collider | a 21. század közepe vagy vége |
A Large Hadron Collider ring, magyarul nagy hadronütköztető gyűrű, röviden LHC a CERN épülő részecskegyorsítója, amely a 2000-ben leállított LEP 27 km kerületű alagútját használja fel. Várhatóan 2007 novemberében áll üzembe. Energiáját fokozatosan növelik, 2008-ban ez a gyorsító lesz a legnagyobb és a legnagyobb energiájú.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] A kísérlet kutatási céljai
A fizikusok azt remélik, hogy közelebb jutnak a következő kérdések megválaszolásához az LHC kísérleteivel:
- Sérül-e a népszerű Higgs-bozon elmélet, amely magyarázattal szolgál az elemi részecskék tömegére? Ha nem, hányféle Higgs-bozon van, és mekkorák a tömegeik?
- Továbbra is összhangban lesz a barionok még pontosabban mért tömege a részecskefizika standard modelljével?
- Léteznek-e a jelenleg ismert részecskéknek szuperszimmetrikus („SUSY”) partnerei?
- Miért van több anyag mint antianyag?
- Léteznek-e extra dimenziók, ahogy a húrelmélet által inspirált modellek jósolják, és „látjuk”-e azokat.
- Milyen természetű az az anyag, amely a világegyetem tömegének 96%-át alkotja, és a jelenlegi csillagászati megfigyelések számára elérhetetlenek?
[szerkesztés] A gyorsító elhelyezkedése
A gyorsító egy 27 km kerületű kör alakú föld alatti alagútban helyezkedik el, a felület domborzati viszonyaitól függően 50-150 méter mélyen.[1] A korábbi nagy elektron–pozitron ütköztetőgyűrű (LEP) alagútját hasznosítja újra. A 3 méter átmérőjű alagút négy helyen keresztezi a svájci–francia határt, hosszának legnagyobb része francia területen fekszik. Az ütköztető maga ugyan föld alatt fekszik – mivel így csökkenthetők a területbérleti díjak és a mérést zavaró kozmikus sugárzás – több felszíni épület van amelyek az olyan kiegészítő berendezéseket tartalmazzák, mint a kompresszorok, ventillátorok, vezérlő elektronika és a hűtőtelep.
[szerkesztés] A gyorsító főbb jellemzői
A gyorsító egy szinkrotron, mely kör alakú pályán gyorsítja fel a részecskéket a fénysebesség közelébe. A részecskék a kerület mentén több csomagban keringenek, a gyorsító ezeket a részecskecsomagokat több óráig keringeti mindkét irányban két olyan csőben, amelyben nagy vákuum van. Az ilyen gyorsítót – amelyben hosszú ideig keringenek a részecskék – nevezzük tárológyűrűnek (storage ring). A gyorsító kerületén négy nagy detektor található, azok középpontjában a részecskenyalábokat pályáját keresztezik lehetővé téve a részecskék ütközését. Kétféle ütközést hoznak létre, egyikben protont ütköztetnek protonnal protononként 7 TeV energiával, másikban ólomatommagot ólomatommaggal 1312 TeV energiával. A felgyorsított protonoknak akkora mozgási energiájuk lesz, mint egy repülő szúnyogé. A teljes kerület mentén 2835 protoncsomag fog keringeni mindkét irányban, egyenként nagyjából 1011 darab protonnal, és 25 ns-enként lesz majd egy ütközés.
Az LHC egyedülálló mérnöki kihívást jelent egyedülálló biztonsági előírásokkal. Üzemelése alatt a mágnesekben tárolt összes energia 10 GJ lesz, a nyalábok összenergiája pedig 725 MJ. A nyalábenergia jellemzésére álljon itt két adat. Ha nyalábnak csak egy egész kicsi része a falnak ütközne, akkor megszünne a szupravezetés a mágnesekben, tehát a nyalábvezető mágneseknek szabályozásának nagyon fontos szerepük van. Amikor pedig pár órai keringés után a nyalábot kivezetik a gyorsítóból, annak energiája egész jelentős robbanással ér fel.
| energia | sebesség mint a fénysebesség törtrésze |
|---|---|
| 1eV | 0,00005 |
| 1 MeV | 0,046 |
| 1 GeV | 0,876 |
| 1 TeV | 0,99999956 |
| 7 TeV | 0,999999991 (LHC) |
[szerkesztés] Az LHC, mint ionütköztető
Az LHC fizikai programja főként a proton–proton ütközéseken alapul. Rövidebb időre azonban – tipikusan évente egy hónapban – nehézion-ütközések is szerepelnek a programban. Bár könnyebb elemekkel is dolgoznak majd, az alapterv az ólomionokkal (Pb) dolgozik.[2] Ez lehetővé teszi majd a jelenleg a relativisztikus nehézion ütköztetőnél (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC, BNL) folyamatban lévő program továbbfejlesztését.
[szerkesztés] Detektorok
A részecskegyorsító kerületén 4 nagy részecskedetektor helyezkedik el. Két nagyobb általános célú detektor a CMS és az ATLAS. A másik kettő, az LHCb és az ALICE kisebb és speciálisabb feladatot lát el. Magyarország legnagyobb létszámmal a CMS kísérletben vesz részt, de az ALICE-ban és az ATLAS-ban is vesznek részt magyarok. (A magyar részvételről egyelőre a CERN szócikkben olvashatunk. A magyar Wikipédiában a legrészletesebb leírás az ATLAS-kísérletről, több hasznos ábra a CMS szócikkben található.)
[szerkesztés] Számítástechnikai háttér
Évente körülbelül 10-15 petabájt adat tárolására lesz szükség, ezek azok az adatok, amelyeket az LHC detektorok programja „érdekesnek talál”. Várhatóan átlagosan minden tízbilliomodik (1013) érdekes eseményben fog Higgs-részecske keletkezni.
A nagy mennyiségű adat tárolására és feldolgozására a CERN fejleszti a Grid saját változatát, amely LCG (LHC Computing Grid) névre hallgat, és az adatok több helyen történő tárolását és elemzését szolgálja. A Központi Fizikai Kutató Intézete (KFKI RMKI) 2002 óta rajta van az LCG-n. (http://www.lcg.kfki.hu) A Grid tulajdonképpen egy csomó összekapcsolt számítógép, melyeknek a processzoridejét a Grid rendszer közel optimálisan használja ki, ezzel sokkal gyorsabb számítást téve lehetővé, mintha a gépek külön-külön dolgoznának.
[szerkesztés] Hivatkozások
- ↑ Symmetry magazine, April 2005
- ↑ Ions for LHC


Based on work by