Introducere la acceleratorul Large Hadron Collider
Modul în care întelegem Universul este pe care de a se schimba. În ultimile câteva decenii fizicienii au putut descrie din ce în ce mai amanuntit particulele fundamentale care alcatuiesc Universul si interactiunile care actioneaza asupra acestor particule. Acesta întelegere este încapsulata în ceea ce este cunoscut drept Modelul Standard al fizicii particulelor. Cu toate acestea, fizicienii recunosc ca modul lor de întelegere este incomplet. Pentru a afla ce este necesar sa fie adaugat sunt necesare date experimentale, iar urmatorul mare pas pentru a vedea direct ce se ascunde în spatele Modelului Standard este Large Hadron Collider (LHC, Marele Accelerator de Hadroni), care îsi va începe activitatea în 2007 (n.t. în 2008, dupa ultimele estimari) la CERN, laboratorul european de fizica particulelor, situat la granita franco-elevetiana de lânga Geneva.
O întrezarire a unui Univers mai exotic?
De
asemenea, LHC ar trebui sa
dezvaluie si fenomene fizice noi dincolo de Modelului Standard, cum ar fi supersimetria sau dimensiuni suplimentare ale spatiului. Supersimetria ar putea furniza o modalitate de a unifica fortele electomagnetica,
slaba si tare, însa ea de asemenea prezice o
Dimensiuni suplimentare ale spatiului ar putea furniza o noua directie catre o teorie fizica dincolo de Modelului Standard. Ele ar fi invizibile noua în viata de zi cu zi, tot asa cum o a treia dimensiune nu ar fi perceputa de o furnica care se târaste pe o coala neteda de hârtie. Însa daca dimensiunile suplimentare exista, ele ar putea produce efecte masurabile la LHC. Acesta ar putea permite LHC-ului sa patrunda în domeniul gravitatiei cuantice, contribuind astfel la mult cautata reconciliere a mecanicii cuantice si relativitatii generale.
LHC-ul este o masina a superlativelor. Este cea mai mare instalatie din lume ce foloseste superconductoari. Este mai rece decât spatiul cosmic. Contine un vid « mai perfect » decât oriunde între Pamânt si Statia Spatiala Internationala. Va produce aproape un miliard de coliziuni proton-proton pe secunda. Toate acestea fac din LHC nu doar o masina ce va testa limitele fizicii, dar si o masina care foloseste limitele tehnologiei.
Doi magneti într-unul
Gazduit într-un tunel circular, lung de 27 de km, LHC este un adevarat urias. Este cel mai complex instrument stiintific construit vreodata. Centrul sau este reprezentat de niste magneti superconductori extrem de eficienti, bazati pe bobine facute din fire de niobiu si titan care conduc electricitatea fara a impune rezistenta la temperaturi joase. Magnetii LHC-ului vor functiona la o temperatura de aproximativ 1.9 grade peste 0 absolut (în jur de -271˚ C), fiind raciti de heliu superfluid.
Fiecare magnet are o arhitectura doi în unul pentru a ghida ambele fascicule într-o singura structura. LHC-ului foloseste 1232 magneti bipolari pentru a ghida fasciculul, împreuna cu aproximativ 400 de magneti cu patru poli pentru a focaliza fasciculele si alti câteva mii de magneti suplimentari pentru a directiona bine orbitele. Cu totul, LHC-ul foloseste suficiente filamente superconductoare pentru a se întinde pâna la Soare si înapoi de cinci ori, ramânând suficiente pentru a face înca si câteva calatorii pe Luna.
Înalta intensitate a fasciculelor LHC-ului, care da nastere enormei rate de coliziune, prezinta propriile sale provocari. De exemplu, la intensitate maxima fiecare fascicul detine aproape acceasi cantitate de energie ca si un tren TGV aflat în viteza. Acesta înseamna de 200 de ori mai mult decât energia cea mai mare obtinuta de un accelerator precedent.
Culturi diferite, scop comun
LHC este situat la aproximativ 100 metri sub pamânt, nefiind vizibil de la suprafata, cu exceptia cladirilor de deasupra coloanelor care conduc catre inel, unele din ele duc catre cavernele experimentale care contin detectoarele de particule care vor captura rezultatele coliziunilor de particule din LHC.
Patru experimente
principale - ALICE, ATLAS, CMS, si
LCHb - se pregatesc la
LHC. De
asemenea, doua experimente mai mici, TOTEM si LCHf au fost aprobate
si alte propuneri sunt în discutie. ATLAS si CMS sunt
detectoare cu scop general,
construite pentru a « vedea » orice ar
putea LHC dezvalui.
Fiecare înconjoara un punct în
care protonii se ciocnesc si masoara energiile si traiectoriile particulelor aparute. Fiecare a fost construit de o colaborare a aproximativ
2000 de cercetatori din toata
lumea, un prim exemplu de culturi diferite care lucreazâ pentru a îndeplini un scop comun. Particulele Higgs si supersimetria
sunt capul listei de prioritati pentru a fi descoperite
în aceste detectoare.
De fiecare data când protoni se ciocnesc în interiorul unui detector de particule, sute sau milioane de particule vor aparea. Din moment ce vor fi aproape un miliard de coliziuni pe secunda, rezulta ca se va produce o cantitate enorma de date experimentale. Sisteme electronice performante vor selecta coliziunile interesante, respingându-le pe acelea care sunt neinteresante si înregistrând datele ramase. Chiar si în urma acestei selectii riguroase, volumul de date care va fi înregistrat de fiecare experiment va umple în fiecare an o stiva înalta de 20 km de CD-ROM-uri.
La granita fizicii
Conceput în anii 1980, aprobat în anii 1990 si planificat sa înceapa în 2007 (n.t. 2008, dupa ultimele estimari), LHC-ul este o învestitie uriasa si un proiect pe termen lung. În prima sa faza de functionare, el va explora o vasta arie noua din fizica si va ajuta la alegerea unei strategii de cercetare pentru viitor. Ce noi experimente va aduce viitorul ramâne de vazut, însa LHC-ul va ramâne cel putin un deceniu experimentul unde se poate studia cel mai bine fizica particulelor. Mai mult, LHC-ul însusi ar putea sa faca parte din viitorul peisaj al stiintei, caci el poate fi îmbunatatit pentru a produce mai multe coliziuni de energie mai înalta.
Ceea rezultate va aduce LHC-ul nu se cunoaste înca, însa oricum, o întreaga lume de potentiale descoperiri ni se în timp ce încercam sa întelegem structura fundamentala a Universului.
Ce sunt gaurile negre?
O gaura neagra este un obiect a carui atractie gravitationala esta atât de intensa încât nimic nu poate scapa din acesta, nici macar lumina, odata ce a intrat în o zona din imediata vecinatate a obiectului, regiune continuta în interiorul "orizontul evenimentului". Când gazul si praful (sau chiar stele întregi) sunt aspirate de gaura neagra, materia este accelerata si încalzita la temperaturi foarte mari. Acesta duce la emisie the radiatii X. Gaurile negre care au în vecinatatea lor mari cantitati de gaz si praf, asa cum este aceasta galaxie din clusterul stelar Perseus, emit cantitati uriase de lumina sub forma de raze X.
Cantitati si mai mari de raze X sunt emise atunci când materia ce se invarte în jurul gaurii negre nu cade spre aceasta, ci mai degraba este expulzata în spatiu cu o viteza incredibila (aproape de viteza luminii). Ca sa întelegeti de ce este expulzata materia, gânditi-va la o analogie: la cineva care încearca sa mânce prea mult de-odata. Unui asemenea gurmand îi va mai cadea mâncare din gura.
Gaurile negre sunt aidoma unor asemenea gurmanzi. O parte din material nu va ajunge la horizontul evenimentului, ci va fi prins în intesele câmpurile magnetice existente în jurul gaurii negre. Aceste "jeturi" nu numai ca arunca în afara o parte din materie, dar si emit cantitati prolifice de energie sub forma de unde radio, lumina vizibila si la raze X.
Jeturile de materie expulzate din gaura neagra centrala din clusterul Perseus au facut gauri mari în mediul gazos din apropiere - ca niste valuri propagându-se pe suprafata apei - si au facut valuri prin tot mediul din clusterul stelar. Aceste valuri sunt undele sonore.
|
