Large Hadron Collider

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Az LHC-alagút belseje, ahol éppen a szupravezetőmágneseket helyezik be.
Nagyít
Az LHC-alagút belseje, ahol éppen a szupravezetőmágneseket helyezik be.

Hadronütköztetők: Múlt, jelen és jövő

Intersecting Storage Rings CERN, 19711984
Super Proton Synchrotron CERN, 19761984
Tevatron Fermilab, 19872009
Superconducting Super Collider 1993-ben leállították
Large Hadron Collider CERN, 2007–2020s
Very Large Hadron Collider a 21. század
közepe vagy vége
Az LHC detektorai és gyorsítórendszere. A protonnyalábok a p jelű lineáris gyorsítóban kezdik útjukat, majd a Booster, a protonszinkrotron (PS, 26 GeV) és a szuper protonszinkrotron (SPS, 450 GeV) után az LHC 27 kilométeres alagútjába jutnak, ahol a négy nagy kísérletben ütköztetik azokat. A hatos pontnál fogják a nyalábot kiereszteni; azon a helyen, ahol a LEP nevű gyorsító korábbi OPAL-kísérletének ürege található.
Nagyít
Az LHC detektorai és gyorsítórendszere. A protonnyalábok a p jelű lineáris gyorsítóban kezdik útjukat, majd a Booster, a protonszinkrotron (PS, 26 GeV) és a szuper protonszinkrotron (SPS, 450 GeV) után az LHC 27 kilométeres alagútjába jutnak, ahol a négy nagy kísérletben ütköztetik azokat. A hatos pontnál fogják a nyalábot kiereszteni; azon a helyen, ahol a LEP nevű gyorsító korábbi OPAL-kísérletének ürege található.
Az LHC CMS detektorának építése
Nagyít
Az LHC CMS detektorának építése

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 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.

A proton energiájának és sebességének összefüggése [1]. Jól látható, hogy a feszültséglökések hatására elsősorban az energia növekszik, a sebesség GeV felett már alig, fénysebességhez közelít.
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] 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] Külső hivatkozások

Commons
A Wikimedia Commons tartalmaz Large Hadron Collider témájú médiaállományokat.