Am Stadtrand von Genf, einer hübschen Schweizer Stadt, befindet sich ein Wissenschaftszentrum, das mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreichbar ist. Ein großer Gebäudekomplex ist das CERN-Hauptquartier (von dem Sie kürzlich im Zusammenhang mit der Entlassung russischer Wissenschaftler gehört haben), in dem Wissenschaftler, die mit der Europäischen Organisation für Kernforschung assoziiert sind und mit ihr zusammenarbeiten, auf dem Gebiet der Hochenergiephysik forschen. Es gibt Tausende von technischen Arbeitern und noch mehr Wissenschaftler, darunter mehrere hundert Polen.
Obwohl die Größe der Bodenanlage beeindruckend ist, verbirgt sich ihre wahre Kraft nur unter der Erde, wo sich große Tunnelringe befinden, in denen Elementarteilchen auf enorme Geschwindigkeiten beschleunigt werden, manchmal nahe an Lichtgeschwindigkeit. Dann werden ihre Ströme in wissenschaftliche Instrumente eingeführt, wo verschiedene Teilchenströme kollidieren und neue Physik entsteht.
LHC-Tunnel am CERN bei Genf. Von oben sieht man den Genfer See und den Genfer Flughafen.
Na ja, nicht ganz neu, weil sie oft von Theoretikern vorhergesagt wird, aber auch die Physik, die für den Durchschnittsmenschen etwas sehr Exotisches ist, oft jenseits des Verstandes. Forschung verschlingt riesige Summen, aber es ist eine notwendige Ausgabe, vielleicht mehr als die Milliarden, die für das NASA-SLS-Raketenprojekt verschwendet wurden, das kürzlich nach gescheiterten Betankungsversuchen mit flüssigem Wasserstoff mit eingezogenem Heck in den Hangar zurückkehrte.
Am CERN arbeitende Teams bestehen oft aus mehreren Dutzend oder mehr Wissenschaftlern. Schlussfolgerungen wiederum sind oft kurz und prägnant. Aus diesem Grund kommt es vor, dass die Artikel, in denen sie beschrieben werden, genauso lang sind wie die Liste der Autoren.
Die am CERN durchgeführte Forschung kann als Nährboden für viele Nobelpreisträger angesehen werden. Hier begann die Geschichte des WWW, die Kommunikation zwischen Forschungsteams zu verbessern und die Manipulation der riesigen Datenbanken auszunutzen, die während jedes Experiments gesammelt wurden. Während die Gründe für die Erforschung des Weltraums schwer zu verstehen sind, können die Erfolge des CERN, wie beispielsweise medizinische Bildgebungsverfahren oder Techniken zur Neutralisierung von Atommüll, in keiner Weise in Frage gestellt werden.
CERN-Mitgliedstaaten und Beobachter
CERN hat derzeit 23 Länder (Polen ist seit 1991 Mitglied, davor war es Beobachter) und viele Länder mit Beobachterstatus.
Wie Sie sehen, gab es in den Jahrzehnten der Arbeit des CERN viel zu feiern.
Hochenergiephysik ist genau das, was der Name vermuten lässt.
Die Hochenergiephysik (Elementarteilchenphysik) zeichnet sich dadurch aus, dass der Fortschritt der Forschung von der Energie abhängt, die wir einem oder mehreren Teilchen verleihen können. Je höher die Energie, desto mehr interessante Teilchen können entstehen, desto mehr können wir die elementaren Gesetze, Wechselwirkungen und Phänomene studieren, die in der Welt der Elementarteilchen auftreten (die manchmal aufhören, elementar zu sein, wenn das Experiment die Existenz von noch mehr bestätigt elementare Bestandteile der Materie).
Die Hochenergiephysik erfordert auch Bewegung seitens der CERN-Mitarbeiter. Schließlich muss man im Tunnel irgendwie an die einzelnen Elemente des Beschleunigers herankommen
In der Hochenergiephysik wird Energie in Elektronenvolt ausgedrückt. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die ein Elektron gewinnt / verliert, wenn es sich in einem elektrischen Feld von 1 Volt bewegt. Da jedes Teilchen eine andere Masse hat, bedeutet die gleiche ihm zugeführte Energie nicht die gleiche Geschwindigkeit. Der einfachste Weg besteht darin, Elektronen zu beschleunigen, viel schwieriger – Protonen und Neutronen, und dies ist nicht das Ende der bekannten Menagerie von Teilchen. Eigentlich fängt alles gerade erst an.
Die Theorie sagt die Existenz verschiedener Teilchen voraus, deren Wechselwirkung uns nur bei sehr hohen Energien offenbart werden kann. Sie sind Teil verschiedener Modelle der Existenz und Entstehung des Universums, sie können auch Tore zu heute unbekannten Möglichkeiten der Manipulation von Materie sein.
Viele von ihnen existieren in unserer Realität nur für sehr kleine Bruchteile einer Sekunde (Milliardstel oder sogar viel weniger) und zerfallen dann in stärkere Teilchen, manchmal vernichtend, daher sollten Forschungsinstrumente sie schnell nach der Bildung anderer Teilchen als Ergebnis erkennen Kollisionen.
Die Hochenergiephysik ist sehr interessant, aber gleichzeitig ist es schwierig, sie für eine Person, die versucht, sie direkt zu verstehen, als intuitiv zu betrachten. Glücklicherweise sind die Grundlagen einfach und die Erklärungen der Beobachtungen so klar, dass keine komplizierte Einführung erforderlich ist, wenn Entdeckungen bekannt gegeben werden.
CERN ist eine Institution, die ständig expandiert
Da Wissenschaftler schon immer bestrebt waren, Teilchen immer mehr Energie zu verleihen, war es notwendig, immer größere Geräte zu bauen, um sie zu beschleunigen, sogenannte Beschleuniger. Rom wurde jedoch nicht an einem Tag erbaut, weshalb CERN als erster Beschleuniger entwickelte, die Teilchen eine geringere Energie verliehen. Die erste Anlage dieser Art seit 1957 beschleunigte Teilchen auf eine Energie von 600 MeV (Megaelektronenvolt, also Millionen Elektronenvolt). Zum Vergleich: Die Elektronenmasse, ausgedrückt in Einheiten der Elementarteilchenphysik, beträgt 0,511 MeV/c 2 (folgt aus der Formel m = E/c 2 ) und die Elektronenmasse 938 MeV/c 2 .
Linac 4, ein Linac, der zunächst negative Wasserstoffionen beschleunigt.
Dann kamen immer leistungsfähigere Beschleuniger dazu, als die Möglichkeiten der vorherigen Generation erschöpft waren. Derzeit ist der LHC, der Large Hadron Collider, am CERN in Betrieb, der sich in einem 27 km langen und 175 m tiefen Tunnel befindet. Die älteren funktionieren und agieren noch immer als die ursprünglichen Materiestrahlbeschleuniger. Das größte von ihnen ist das SPS (Superproton Synchrotron), das sich in einem 7 km langen Tunnel befindet.
SPP Innenraum, Tunnel 7 km lang
NEBENBEI: Das Hadron im LHC-Namen ist ein Begriff für Teilchen, die aus Quarks und masselosen Gluonen bestehen, also Elementarteilchen, die starke Wechselwirkungen vermitteln. Dies sind die stärksten uns bekannten Wechselwirkungen, die gleichzeitig auf sehr kurze Distanz wirken, vergleichbar mit der Größe beispielsweise eines Protons. Ein Hadron ist unter anderem ein Proton, ein Neutron.
INTERESSANTES: Früher gab es in jedem Haus einfache Linearbeschleuniger, also beschleunigte Elektronen entlang einer Linie. Sie waren Teil von Bildröhren, Fernsehern und Monitoren. Daher war es von Zeit zu Zeit notwendig, die Bildröhrenmaske zu entmagnetisieren, und bei ungeschirmten Designs konnte die Dynamik die korrekte Anzeige des Bildes stören.
Der LHC hat den Beschleuniger LEP (Large Electron Positron Collider) mit einer Kollisionsenergie von über 200 GeV (Gigaelektronenvolt oder Milliarden Elektronenvolt) ersetzt.
Nach der Schließung des LEP im Jahr 2000 begann die Installation der LHC-Beschleunigungsanlage in einem Ringtunnel unter der schweizerisch-französischen Grenze, der schließlich 2008 in Betrieb genommen wurde. Dieser ist in der Lage, Kollisionsenergien in Höhe von mehreren TeV ( Teraelektronenvolt, also Billionen Elektronenvolt), aber diese Werte wurden allmählich erreicht.
Der Betrieb des LHC ist in sogenannte Start-Ups und lange Shutdowns unterteilt, in denen die Ausrüstung aufgerüstet wird, um noch höhere Energien zu erreichen. Die zweite Abschaltperiode (langer Ausfall 2) ist gerade zu Ende gegangen und der LHC tritt in seine dritte Abschaltperiode (Run3) ein.
Nach dreijähriger Pause hat der LHC am 22. April 2022 die dritte Phase seiner Arbeit aufgenommen, die bis 2026 dauern wird. Danach wird er wieder abgeschaltet, zum dritten Mal aufgerüstet
Wie funktioniert die BAK?
Teilchen im LHC werden in einem elektrischen Feld beschleunigt, und das Magnetfeld wird verwendet, um ihre Flugbahn zu biegen. Zunächst werden der Wasserstoffionenstrahl und dann die Protonen selbst in kleineren Beschleunigern zunächst auf 160 MeV, dann auf 2 GeV, dann auf 25 GeV und schließlich auf 450 GeV beschleunigt und treten schließlich in den 27 Kilometer langen LHC-Tunnel ein .
Für Interessierte. Schema des CERN-Beschleunigerkomplexes. Der LHC ist das wichtigste, aber nicht das einzige Werkzeug im gesamten Zweig der Geräte, die Teilchen auf enorme Energien beschleunigen.
Wenn ein Teilchenstrahl im LHC-Tunnel die entsprechende Energie erreicht, wird er in eine Testanlage ausgestoßen, wo er mit einem anderen Strahl kollidiert (daher der Name Collider). Wenn wir also von einer Kollisionsenergie von 14 TeV im LHC sprechen, meinen wir die Kollision (ähnlich der Kollision von Autos, die aus entgegengesetzten Richtungen fahren) von entgegenkommenden Teilchenstrahlen (in diesem Fall Protonen) mit einer Energie von jeweils 7 TeV .
Eine Beschleunigung mit Hilfe eines elektrischen Feldes ist aus naheliegenden Gründen nur für geladene Teilchen oder Ionen möglich. Strahlen neutral geladener Teilchen entstehen durch Kollisionen oder durch den Zerfall radioaktiver Isotope.
Querschnitt des Rohres, in dem Partikel beschleunigt werden
Kollisionen treten innerhalb von Detektoren für verschiedene Zwecke auf. ATLAS ist beispielsweise ein universeller Detektor. ALICE konzentriert sich auf die Beobachtung der Kollisionen von Ionen, die oft massivere, aber geladene Teilchen sind. Die anderen beiden Hauptdetektoren sind CMS und LHCb. Ersteres dient unter anderem dazu, die Annahmen des Standardmodells einschließlich der Higgs-Bosonen (die Existenz von Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften wurde 2012 bestätigt) zu untersuchen sowie nach Teilchen zu suchen, die dunkle Materie erzeugen oder liefern können Tore zu anderen Dimensionen. Die zweite konzentriert sich auf die Analyse der Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie.
Dieses Foto zeigt die Größe des Detektors, zum Beispiel ALICE
Стандартная Модель является наиболее широко принятой теорией, описывающей фику элементарных частиц и связанных с ними взаимодействий. Все, что происходит в нашей Вселенной, следует из Стандартной модели.
Какова была цель второй модернизации БАК?
Es ist ein LHC-Vergleich mit HL-LHC, oder High Luminosity, eine hervorragende Kombination. Яркость в данном случае означает интенсивность пучка частиц, которая будет увеличена как минимум на порядок по сравнению с более ранней фазой работы БАК. Столкновения таких ярких пучков частиц представляют собой гораздо более богатые резервуары других частиц, а поскольку в такой физике важна вероятность, то чем больше явлений, тем больше шансов, что мы увидим самые интересные из них. Также будет собрано больше данных, Ато значит, что модернизация оборудования Также заставит модернизировать Компьютернизировать Компьютернизировать церн.
Модернизация до HL-LHC проводится параллельно с текущей фазой экспериментов и, как ожидается, завершится завершитсяр 27 дун2 примен
Между тем, в ходе второй модернизации бак Выла Модернизирована часть Комплекса, Связанная с инжекцией пучков частиц и ионов в основной тоннель бак. Были установлены более сильные магниты, новые источники питания, способные генерировать ток силой 5500 А, а также повышен КПД местных электростанций, мощность которых измеряется мегаваттами (лишь два новых усилителя радиочастоты имеют мощность по 1,6 МВт каждый) ..
В существующих детекторах была заменена электроника, они были расширены, а в случае с LHCb они даже были построены с нуля, ALICE обзавелся новыми сенсорами, которые увеличат количество детектирований в несколько десятков раз.
Nehmen Sie neue Funktionen für FASER und SND @ LHC auf. Первый — обнаружение очень слабо взаимодействующих частиц, в том числе тех, которые могут быть компонентами тех Второй сосредоточится на наблюдении за нейтрино, также очень слабо взаимодействующей формой материи, не имеющей заряда, незначительной по массе, но способной нести много энергии. Нейтрино являются ключевыми частицами, среди прочего, в том, как функционируют астрономические объекты.
В настоящее время интенсивность потоков частиц в БАК будет постепенно увеличиваться, чаще будут достигаться высокие энергии, в том числе рекордные 13,6 ТэВ.
Die jüngste bedeutende Verbesserung ist die Verbesserung des Brandschutzsystems, das in der Lage ist, Luft in den Bereichen der LHC-Tunnel auch in einer Entfernung von 700 m zu erkennen und abzusaugen. Damit wird das Brandschutzsystem im Autotunnel in der Nähe von Ursynow in Warschau zu etwas sehr Einfachem, obwohl es schwierig ist, die beiden Lösungen zu vergleichen.
Quelle: CERN, Inf. es ist
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