Veliki hadronski trkalnik
Veliki hadronski trkalnik (LHC) je največji in najmočnejši pospeševalnik delcev na svetu. Zgradila ga je Evropska organizacija za jedrske raziskave (CERN). Gre za velikanski krožni predor, zgrajen pod zemljo. Predor je dolg 17 milj (27 kilometrov) in se nahaja od 50 do 175 metrov pod zemljo. Leži pod mejo med Švico in Francijo. Pri njegovi izdelavi je sodelovalo 10.000 znanstvenikov in inženirjev iz več kot 100 različnih držav, gradnja pa je stala 10,4 milijarde švicarskih frankov (10 milijard dolarjev). Zdaj je to največji in najzahtevnejši eksperimentalni raziskovalni objekt na svetu.
Kot je razvidno iz imena, raziskave na LHC vključujejo trke hadronov. Hadron je delec, sestavljen iz več kvarkov, ki jih skupaj drži subatomska močna sila. Primera hadrona sta proton in nevtron. LHC v svojih poskusih uporablja predvsem trke protonov. Protoni so deli atomov s pozitivnim nabojem. LHC te protone pospešuje skozi predor, dokler ne dosežejo skoraj svetlobne hitrosti. Različni protoni so skozi predor usmerjeni v nasprotnih smereh. Ko trčijo, ustvarijo razmere, podobne zgodnjemu vesolju.
LHC poskuša preučevati elementarne delce in načine njihovega medsebojnega delovanja. Raziskovalci so z njim spoznali kvantno fiziko in upajo, da bodo z njim izvedeli še veliko več o strukturi prostora in časa. Opazovanja, ki jih bodo raziskovalci lahko opravili, nam lahko pomagajo izvedeti, kakšno je bilo vesolje v milisekundah po velikem poku.
Zemljevid velikega hadronskega trkalnika v CERN-u
Kako deluje
LHC ionizira atome vodika, da bi pridobil njihove protone. Vodikov atom je sestavljen iz enega protona in enega elektrona. Ko ionizirajo atome, odstranijo en elektron, da dobijo neto pozitivni naboj. Vodikovi protoni se nato z elektromagneti usmerjajo skozi krog. Da bi bili magneti dovolj močni, mora biti zelo hladno. Notranjost predora se hladi s tekočim helijem. Temperaturo vzdržujejo na ravni malo nad absolutno ničlo. Protoni udarjajo drug v drugega s hitrostjo, ki je blizu svetlobne hitrosti, in se s pomočjo E=mc2 pretvorijo v energijo. Ta se nato obrne in ustvari maso. Na mestu trka so štiri plasti detektorjev. Eksplozija gre skozi vsak sloj in vsak detektor zabeleži drugo fazo reakcije.
Ko delci trčijo drug ob drugega, se njihova energija pretvori v različne delce, občutljivi detektorji pa spremljajo nastale delce. Z natančnim pregledovanjem podatkov detektorjev lahko znanstveniki preučujejo, iz česa so delci sestavljeni in kako medsebojno delujejo. To je edini način za zaznavanje nekaterih delcev, saj je za njihov nastanek potrebna zelo visoka energija. Trki delcev v LHC imajo potrebno energijo.
LHC ima tri glavne dele. Gre za pospeševalnik delcev, štiri detektorje in mrežo. Pospeševalnik ustvari trk, vendar rezultatov ni mogoče neposredno opazovati. Detektorji jih spremenijo v uporabne podatke in jih pošljejo v mrežo. Mreža je računalniško omrežje, ki ga raziskovalci uporabljajo za interpretacijo podatkov. Na 170 lokacijah v 36 različnih državah so nameščeni običajni namizni računalniki. Vsi ti računalniki so povezani in skupaj delujejo kot superračunalnik. Mreža LHC velja za najzmogljivejši superračunalnik, ki je bil kdaj koli zgrajen. Računalniki si delijo procesorsko moč in prostor za shranjevanje podatkov.
Mreža je zelo zmogljiva, vendar lahko sprejme le približno en odstotek podatkov, ki jih prejme od detektorjev. Njegove omejitve so spodbudile poskuse ustvarjanja kvantnih računalnikov, ki bi za izdelavo hitrejših računalnikov lahko uporabili vse, kar nas je LHC naučil o kvantni mehaniki.
Znanstveniki so z LHC našli Higgsov bozon, delec, katerega obstoj predvideva standardni model.
Nekateri so menili, da bi LHC lahko ustvaril črno luknjo, kar bi bilo zelo nevarno. Za to sta dva razloga, zakaj se ne bi smeli bati. Prvi je, da LHC ni naredil ničesar, česar ne bi naredili kozmični žarki, ki vsak dan udarijo v Zemljo, in ti žarki ne ustvarjajo črnih lukenj. Drugi razlog je, da tudi če bi LHC ustvaril črne luknje, bi bile te zelo majhne. Manjša kot je črna luknja, krajša je njena življenjska doba. Zelo majhne črne luknje bi izhlapele, preden bi lahko škodovale ljudem.
LHC je bil prvič uporabljen 10. septembra 2008, vendar ni deloval, ker se je pokvaril hladilni sistem. Magneti, ki pomagajo premikati nabite delce, morajo biti hladni. Zaradi okvare se je del objekta zrušil. Laboratorij se je za zimo zaprl in trkalnik je bil ponovno uporabljen šele novembra 2009. Med popravilom so znanstveniki Tevatron uporabljali za iskanje Higgsovega bozona. Ko so novembra 2009 ponovno zagnali trkalnik LHC, je postavil nov hitrostni rekord s pospeševanjem protonov na 1,18 TeV (teraelektronvolt ali trilijon elektronvolt). 30. marca 2010 je LHC ustvaril trk pri 3,5 TeV.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je veliki hadronski trkalnik (LHC)?
O: LHC je največji in najmočnejši pospeševalnik delcev na svetu. Zgradila ga je Evropska organizacija za jedrske raziskave (CERN) in je velikanski krožni predor, zgrajen pod zemljo.
V: Kje se nahaja LHC?
O: LHC leži pod švicarsko-francosko mejo, njegov predor pa je dolg 17 milj (27 kilometrov) in se nahaja od 50 do 175 metrov pod zemljo.
V: Kdo je sodeloval pri gradnji projekta?
O: Pri gradnji tega projekta je sodelovalo 10 000 znanstvenikov in inženirjev iz več kot 100 različnih držav.
V: Koliko je stala gradnja?
O: Projekt je stal 10,4 milijarde švicarskih frankov (10 milijard dolarjev).
V: Kateri delci se uporabljajo v poskusih na LHC?
O: V poskusih na LHC se uporabljajo predvsem protoni. Protoni so deli atomov s pozitivnim nabojem, ki se pospešujejo skozi predor, dokler ne dosežejo skoraj svetlobne hitrosti.
V: Kaj si raziskovalci obetajo izvedeti z uporabo te naprave? O: Raziskovalci upajo, da se bodo naučili več o kvantni fiziki in dobili vpogled v to, kakšna sta bila prostor in čas v milisekundah po velikem poku.
