Bagaimana cara kerja Large Hadron Collider?

LHC

Kebanyakan orang tahu bahwa Large Hadron Collider adalah penghancur atom - yang besar. Itu mencakup perbatasan Prancis-Swiss, dan sangat mahal untuk dibangun sehingga lebih dari selusin badan pemerintah dan non-pemerintah harus ikut campur untuk menyelesaikannya. Semuanya dikelola oleh ribuan ilmuwan dari ratusan negara, dikoordinasikan oleh badan penelitian nuklir Eropa, CERN. Detektor utama sangat besar, membutuhkan titian dan pemetik ceri mekanis hanya untuk menyervisnya. Ini, untuk memperjelas, lingkaran yang sangat besar - tetapi kita bisa mendapatkan lebih banyak detail dari itu.

Pada kenyataannya, LHC sebenarnya adalah beberapa loop yang sangat besar, semuanya tersusun dalam rantai yang semakin bertenaga. Ternyata percepatan partikel seperti proton membutuhkan jenis perangkat keras yang berbeda di sepanjang jalan - magnet yang dapat meningkatkan kecepatan partikel dari 99% kecepatan cahaya menjadi 99,9999% kecepatan cahaya sebenarnya bukanlah magnet yang sama yang dapat meningkatkan kecepatan itu. partikel yang sama dari 1% kecepatan cahaya hingga 15%. Dengan demikian, LHC itu sendiri diumpankan oleh kumpulan akselerator partikel yang rumit, bekerja secara berurutan untuk mencapai energi partikel akhir sebesar 7 tera-electron volt (TeV) atau lebih.

Peta ini, seperti kebanyakan LHC, hanya menampilkan loop utama LHC dan Super Proton Synchrotron.

Peta ini, seperti kebanyakan LHC, hanya menampilkan loop utama LHC dan Super Proton Synchrotron.



Yang pertama adalah Linear Particle Accelerator (LINAC 2), yang menghasilkan 50 mega-electron volt (MeV) dan meneruskan proton eksperimental ke akselerator loop rantai pertama, Proton Synchrotron Booster (Pb). Loop Pb dengan cepat mempercepat partikel hingga sekitar 2 giga-electron volt (GeV) dan meneruskannya ke Proton Synchrotron penuh, yang melanjutkan proses hingga sekitar 28 GeV. Dari sini, Proton Synchrotron diteruskan ke… SuperProton Synchrotron, yang dapat mencapai energi 400 GeV atau lebih tinggi. Fisikawan sebenarnya telah mengusulkan untuk meningkatkan SPS menjadi super-SPS (ya, itu adalah dua supers berturut-turut) sehingga proton dapat mencapai TeV penuh sebelum diteruskan ke loop utama LHC itu sendiri.

LINAC adalah akselerator paling lemah, dan bahkan itu

LINAC adalah yang paling lemah di antara akseleratornya, dan bahkan itu adalah binatang buas.

Partikel-partikel ini bergerak sangat dekat dengan kecepatan cahaya sebelum mereka memasuki LHC itu sendiri - tetapi mempercepat proton pada beberapa bagian terakhir dari satu persen ternyata sangat penting untuk eksperimen fisik modern. Meledakkan proton menjadi kuark adalah satu hal - tetapi LHC ingin menciptakan dampak sehingga kekerasan sebenarnya merusak struktur ruang di sekitar titik tumbukan, memberikan jendela singkat yang sangat kecil ke dunia kuantum yang sebenarnya. Itu tidak mudah - atau murah.

Perhatikan bahwa cincin LHC bukanlah eksperimen itu sendiri, tetapi alat yang digunakan untuk memberikan eksperimen dengan sumber daya tertentu: partikel supercharged. Bagaimana tepatnya partikel supercharged itu harus digunakan ditentukan oleharus percobaan, yang dipasang di berbagai titik di sekitar ring, dengan tujuan berbeda. Ada tujuh eksperimen secara keseluruhan, tetapi empat sejauh ini paling menarik perhatian: ATLAS, ALICE, CMS, dan LHCb.

ATLAS mungkin adalah eksperimen LHC yang paling terkenal - di sinilah CERN mengumpulkan sebagian besar data yang akhirnya mengkonfirmasi keberadaan Higgs boson. Ini adalah singkatan dari A Toroidal LHC ApparatuS (sedikit peregangan untuk S terakhir ...) dan menganga dengan diameter lebih dari 80 kaki! ATLAS dirancang sebagai detektor tujuan umum hingga 40 juta peristiwa penyeberangan sinar per detik, dan mengumpulkan data tentang peristiwa ini sebanyak mungkin.

ATLAS vs CMS

ATLAS vs CMS

CMS, atau Compact Muon Solenoid, adalah upaya untuk mencapai hal yang sama dengan ATLAS, tetapi dengan cara yang berbeda. Juga merupakan detektor 'tujuan umum', CMS lebih kecil tetapi lebih terkonsentrasi secara magnetis, menghasilkan bidang pada empat Tesla ke dua ATLAS. Ini dirancang untuk melihat fenomena yang kira-kira sama seperti ATLAS, tetapi membuat kompromi yang sedikit berbeda di sepanjang jalan. CMS juga berkontribusi untuk menemukan Higgs boson, tetapi tidak banyak diputar di media.

ALICE, di sisi lain, lebih terspesialisasi. Disebut Eksperimen Penghancur Ion Besar, penyelidikannya tidak memprioritaskan kecepatan partikel sebanyak momentum, yang mengkhususkan diri dalam mengukur efek 'inti berat' seperti timbal yang saling bertabrakan antara 2 dan 3 TeV. Ini menciptakan tingkat energi destruktif yang dapat mendorong atom membentuk plasma kuark-gluon, di mana mereka dapat bergerak dan bertindak dengan bebas, dan mudah-mudahan dapat diamati pada keadaan tersebut. Ini berarti ALICE dirancang untuk melihat konsep yang disebut Quantum Chromo-Dynamics (QCD), dan pemahaman ilmiah yang lebih baik tentang bidang ini telah meningkat sejak mulai beroperasi pada tahun 2010.

ATLAS jelas merupakan eksperimen LHC yang paling mengesankan secara visual.

ATLAS jelas merupakan eksperimen LHC yang paling mengesankan secara visual.

Lalu ada kecantikan Large Hadron Collider (LHCb), yang baru-baru ini menjadi berita karena telah mengonfirmasi partikelnya sendiri: pentaquark tersebut. LHCb dirancang untuk mempelajari perilaku eksotik materi dan, khususnya, sifat asimetri materi-antimateri di alam semesta - pertanyaan mengapa ada materi yang masih hidup. Teori mengatakan bahwa pada permulaan alam semesta, Big Bang seharusnya menciptakan materi dan anti-materi dalam jumlah yang sama. Kedua bahan ini musnah saat berinteraksi, jadi bagaimana alam semesta bisa sampai pada titik ini, di mana terdapat begitu banyak materi dan sedikit atau bahkan tidak ada antimateri? LHCb dirancang untuk mencari tahu.

Pemikiran tentang langkah besar berikutnya untuk ilmu partikel kemungkinan besar akan tetap ada di LHC untuk beberapa waktu; daripada mengajukan proyek konstruksi yang semuanya baru, para ilmuwan lebih peduli dengan menambah rantai percepatan di LHC. Akselerator baru-baru ini dibuka kembali setelah serangkaian peningkatan yang panjang. Tidak ada yang tahu berapa kali mungkin untuk mendorong fisika maju dengan cara ini, sebelum proyek konstruksi ilmiah besar berikutnya harus dimulai lagi, dari awal.

Sekarang baca: Apakah Higgs Boson itu, dan mengapa itu sangat penting?

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com