Ungkapan “Large Hadron Collider” telah mengakar kuat di media sehingga banyak sekali orang yang mengetahui tentang instalasi ini, termasuk mereka yang aktivitasnya sama sekali tidak berhubungan dengan fisika. partikel elementer, dan dengan sains pada umumnya.
Memang benar, proyek berskala besar dan mahal seperti itu tidak dapat diabaikan oleh media - sebuah instalasi cincin sepanjang hampir 27 kilometer, menelan biaya puluhan miliar dolar, yang menghabiskan beberapa ribu dolar. peneliti dari seluruh dunia. Kontribusi signifikan terhadap popularitas collider dibuat oleh apa yang disebut "partikel Tuhan" atau Higgs boson, yang berhasil diiklankan, dan Peter Higgs menerima penghargaan tersebut. Penghargaan Nobel dalam fisika pada tahun 2013.
Pertama-tama, perlu dicatat bahwa Large Hadron Collider tidak dibangun dari awal, tetapi muncul menggantikan pendahulunya, Large Electron-Positron Collider (LEP). Pengerjaan terowongan sepanjang 27 kilometer dimulai pada tahun 1983, yang kemudian direncanakan untuk menemukan akselerator yang akan bertabrakan dengan elektron dan positron. Pada tahun 1988, terowongan lingkar ditutup, dan para pekerja mendekati terowongan dengan sangat hati-hati sehingga jarak antara kedua ujung terowongan hanya 1 sentimeter.
Akselerator beroperasi hingga akhir tahun 2000, ketika mencapai energi puncaknya sebesar 209 GeV. Setelah itu, pembongkarannya dimulai. Selama sebelas tahun bekerja, LEP membawa sejumlah penemuan dalam bidang fisika, termasuk penemuan boson W dan Z serta penemuannya. penelitian lebih lanjut. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, disimpulkan bahwa mekanisme interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah adalah serupa, akibatnya pekerjaan teoretis untuk menggabungkan interaksi ini menjadi elektrolemah.
Pada tahun 2001, pembangunan Large Hadron Collider dimulai di lokasi akselerator elektron-positron. Pembangunan akselerator baru selesai pada akhir tahun 2007. Itu terletak di lokasi LEP - di perbatasan antara Perancis dan Swiss, di lembah Danau Jenewa (15 km dari Jenewa), pada kedalaman seratus meter. Pada bulan Agustus 2008, pengujian collider dimulai, dan pada 10 September, peluncuran resmi LHC dilakukan. Seperti akselerator sebelumnya, konstruksi dan pengoperasian instalasi dipimpin oleh organisasi Eropa untuk penelitian nuklir - CERN.
CERN
Perlu disebutkan secara singkat tentang organisasi CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Organisasi ini bertindak sebagai laboratorium terbesar di dunia dalam bidang fisika energi tinggi. Termasuk tiga ribu karyawan tetap, dan beberapa ribu peneliti dan ilmuwan dari 80 negara ambil bagian dalam proyek CERN.
Saat ini, ada 22 negara yang berpartisipasi dalam proyek ini: Belgia, Denmark, Prancis, Jerman, Yunani, Italia, Belanda, Norwegia, Swedia, Swiss, Inggris Raya - pendiri, Austria, Spanyol, Portugal, Finlandia, Polandia, Hongaria , Republik Ceko, Slovakia, Bulgaria dan Rumania – ikut serta. Namun, seperti disebutkan di atas, beberapa lusin negara lagi mengambil bagian dalam pekerjaan organisasi ini, dan khususnya di Large Hadron Collider.
Bagaimana cara kerja Large Hadron Collider?
Apa itu Large Hadron Collider dan cara kerjanya menjadi pertanyaan utama yang menjadi perhatian publik. Mari kita lihat pertanyaan-pertanyaan ini lebih jauh.
Collider – diterjemahkan dari bahasa Inggris berarti “orang yang bertabrakan.” Tujuan dari pengaturan tersebut adalah untuk bertabrakan dengan partikel. Dalam kasus penumbuk hadron, partikel tersebut dimainkan oleh hadron - partikel yang terlibat dalam interaksi kuat. Ini adalah proton.
Mendapatkan proton
Perjalanan panjang proton dimulai dari duoplasmatron - tahap pertama akselerator, yang menerima hidrogen dalam bentuk gas. Duoplasmatron adalah ruang pelepasan tempat pelepasan listrik. Jadi hidrogen, yang hanya terdiri dari satu elektron dan satu proton, kehilangan elektronnya. Dengan cara ini, plasma terbentuk - suatu zat yang terdiri dari partikel bermuatan - proton. Tentu saja sulit untuk mendapatkan plasma proton murni, sehingga selanjutnya terbentuk plasma yang juga mengandung awan ion molekuler dan elektron, disaring untuk mengisolasi awan proton. Di bawah pengaruh magnet, proton plasma dipecah menjadi berkas.
Percepatan awal partikel
Berkas proton yang baru terbentuk memulai perjalanannya dalam akselerator linier LINAC 2, yaitu cincin sepanjang 30 meter yang digantung secara berurutan dengan beberapa elektroda silinder berongga (konduktor). Medan elektrostatis yang tercipta di dalam akselerator dinilai sedemikian rupa sehingga partikel di antara silinder berongga selalu mengalami gaya percepatan ke arah elektroda berikutnya. Tanpa mempelajari sepenuhnya mekanisme percepatan proton di panggung ini, kita hanya mencatat bahwa pada keluaran LINAC 2, fisikawan menerima seberkas proton dengan energi 50 MeV, yang sudah mencapai 31% kecepatan cahaya. Perlu dicatat bahwa dalam hal ini massa partikel meningkat sebesar 5%.
Pada tahun 2019-2020, direncanakan penggantian LINAC 2 dengan LINAC 4 yang akan mempercepat proton hingga 160 MeV.
Perlu dicatat bahwa collider juga mempercepat ion timbal, yang memungkinkan untuk mempelajari plasma quark-gluon. Mereka dipercepat di cincin LINAC 3, mirip dengan LINAC 2. Eksperimen dengan argon dan xenon juga direncanakan di masa depan.
Selanjutnya paket proton masuk ke proton synchronous booster (PSB). Ini terdiri dari empat cincin yang ditumpangkan dengan diameter 50 meter, yang berisi resonator elektromagnetik. Medan elektromagnetik yang mereka ciptakan memiliki intensitas tinggi, dan partikel yang melewatinya menerima percepatan sebagai akibat dari beda potensial medan. Jadi, hanya dalam waktu 1,2 detik, partikel-partikel tersebut dipercepat dalam PSB hingga 91% kecepatan cahaya dan mencapai energi 1,4 GeV, setelah itu memasuki proton synchrotron (PS). PS tersebut berdiameter 628 meter dan dilengkapi 27 magnet yang mengarahkan pancaran partikel dalam orbit melingkar. Di sini partikel proton mencapai 26 GeV.
Cincin kedua dari belakang untuk percepatan proton adalah Super Proton Synchrotron (SPS), yang kelilingnya mencapai 7 kilometer. Dilengkapi dengan 1317 magnet, SPS mempercepat partikel hingga energi 450 GeV. Setelah sekitar 20 menit, berkas proton memasuki cincin utama - Large Hadron Collider (LHC).
Percepatan dan tumbukan partikel di LHC
Transisi antara cincin akselerator terjadi melalui medan elektromagnetik yang diciptakan oleh magnet yang kuat. Cincin utama collider terdiri dari dua garis sejajar, di mana partikel bergerak dalam orbit melingkar dengan arah berlawanan. Sekitar 10.000 magnet bertanggung jawab untuk menjaga lintasan melingkar partikel dan mengarahkannya ke titik tumbukan, beberapa di antaranya memiliki berat hingga 27 ton. Untuk menghindari magnet yang terlalu panas, digunakan sirkuit helium-4, yang melaluinya sekitar 96 ton zat mengalir pada suhu -271,25 ° C (1,9 K). Proton mencapai energi 6,5 TeV (yaitu, energi tumbukan adalah 13 TeV), sedangkan kecepatannya 11 km/jam lebih kecil dari kecepatan cahaya. Jadi, dalam satu detik, seberkas proton melewati cincin besar penumbuk sebanyak 11.000 kali. Sebelum partikel bertabrakan, mereka akan bersirkulasi mengelilingi cincin selama 5 hingga 24 jam.
Tabrakan partikel terjadi di empat titik di cincin LHC utama, tempat empat detektor berada: ATLAS, CMS, ALICE, dan LHCb.
Detektor Hadron Collider Besar
ATLAS (Peralatan LHC Toroidal)
— adalah salah satu dari dua detektor serba guna di Large Hadron Collider (LHC). Dia menjelajah jangkauan luas fisika: dari pencarian Higgs boson hingga partikel penyusunnya materi gelap. Meskipun memiliki hal yang sama tujuan ilmiah Seperti eksperimen CMS, ATLAS menggunakan solusi teknis yang berbeda dan desain sistem magnet yang berbeda.
Berkas partikel dari LHC bertabrakan di pusat detektor ATLAS, menciptakan puing-puing yang datang dalam bentuk partikel baru yang terbang keluar dari titik tumbukan ke segala arah. Enam subsistem deteksi berbeda, disusun berlapis-lapis di sekitar titik tumbukan, mencatat jalur, momentum, dan energi partikel, sehingga memungkinkan partikel tersebut diidentifikasi satu per satu. Sebuah sistem magnet yang sangat besar membengkokkan jalur partikel bermuatan sehingga impulsnya dapat diukur.
Interaksi dalam detektor ATLAS menciptakan aliran data yang sangat besar. Untuk memproses data ini, ATLAS menggunakan sistem "pemicu" yang canggih untuk memberi tahu detektor kejadian mana yang harus direkam dan mana yang harus diabaikan. Berikut ini kemudian digunakan untuk menganalisis peristiwa tabrakan yang terekam: sistem yang kompleks pengumpulan dan penghitungan data.
Detektor tersebut memiliki tinggi 46 meter dan lebar 25 meter, sedangkan massanya 7.000 ton. Parameter ini menjadikan ATLAS detektor partikel terbesar yang pernah dibuat. Terletak di sebuah terowongan pada kedalaman 100 m dekat situs utama CERN, dekat desa Meyrin di Swiss. Instalasi terdiri dari 4 komponen utama:
- Detektor bagian dalam berbentuk silinder, cincin bagian dalam terletak hanya beberapa sentimeter dari sumbu berkas partikel yang lewat, dan cincin bagian luar berdiameter 2,1 meter dan panjang 6,2 meter. Ini terdiri dari tiga sistem sensor berbeda yang direndam dalam medan magnet. Detektor internal mengukur arah, momentum, dan muatan partikel bermuatan listrik yang dihasilkan dalam setiap tumbukan proton-proton. Elemen utama detektor internal adalah: Detektor Piksel, Pelacak Semi-Konduktor (SCT), dan pelacak radiasi Transisi (TRT).
- Kalorimeter mengukur energi yang hilang dari suatu partikel saat melewati detektor. Ia menyerap partikel yang timbul selama tumbukan, sehingga mencatat energinya. Kalorimeter terdiri dari lapisan bahan “penyerap” berdensitas tinggi—timbal—bergantian dengan lapisan “media aktif”—argon cair. Kalorimeter elektromagnetik mengukur energi elektron dan foton saat berinteraksi dengan materi. Kalorimeter hadron mengukur energi hadron ketika berinteraksi dengan inti atom. Kalorimeter dapat menghentikan sebagian besar partikel yang diketahui kecuali muon dan neutrino.
LAr (Kalorimeter Argon Cair) - kalorimeter ATLAS
- Spektrometer Muon - terdiri dari 4000 ruang muon individu menggunakan empat teknologi berbeda untuk mengidentifikasi muon dan mengukur momentumnya. Muon biasanya melewati detektor internal dan kalorimeter, sehingga memerlukan spektrometer muon.
- Sistem magnet ATLAS membengkokkan partikel di sekitar berbagai lapisan sistem detektor, sehingga memudahkan pelacakan jejak partikel.
Eksperimen ATLAS (Februari 2012) melibatkan lebih dari 3.000 ilmuwan dari 174 institusi di 38 negara.
CMS (Solenoid Muon Kompak)
— adalah detektor serba guna di Large Hadron Collider (LHC). Seperti ATLAS, ia memiliki jangkauan yang luas program fisik dimulai dari belajar model standar(termasuk Higgs boson) sebelum mencari partikel yang mungkin membentuk materi gelap. Meskipun memiliki tujuan ilmiah yang sama dengan percobaan ATLAS, CMS menggunakan solusi teknis yang berbeda dan desain sistem magnet yang berbeda.
Detektor CMS dibangun di sekitar magnet solenoid besar. Ini adalah kumparan silinder kabel superkonduktor yang menghasilkan medan 4 Tesla, kira-kira 100.000 kali medan magnet bumi. Lapangan tersebut dibatasi oleh “kuk” baja, yang merupakan komponen detektor paling masif, dengan berat 14.000 ton. Detektor lengkap berukuran panjang 21 m, lebar 15 m, dan tinggi 15 m. Pemasangannya terdiri dari 4 komponen utama:
- Magnet solenoid merupakan magnet terbesar di dunia dan berfungsi untuk membengkokkan lintasan partikel bermuatan yang dipancarkan dari titik tumbukan. Distorsi lintasan memungkinkan untuk membedakan antara partikel bermuatan positif dan negatif (karena mereka membengkok ke arah yang berlawanan), serta mengukur momentum, yang besarnya bergantung pada kelengkungan lintasan. Ukuran solenoid yang besar memungkinkan pelacak dan kalorimeter ditempatkan di dalam kumparan.
- Silicon Tracker - Terdiri dari 75 juta sensor elektronik individual yang disusun dalam lapisan konsentris. Ketika sebuah partikel bermuatan terbang melalui lapisan pelacak, ia mentransfer sebagian energinya ke setiap lapisan; menggabungkan titik tumbukan partikel ini dengan lapisan yang berbeda memungkinkan kita untuk menentukan lebih lanjut lintasannya.
- Kalorimeter – elektron dan hadronik, lihat kalorimeter ATLAS.
- Sub-detektor - memungkinkan Anda mendeteksi muon. Mereka diwakili oleh 1.400 ruang muon, yang terletak berlapis-lapis di luar kumparan, bergantian dengan pelat logam "kuk".
Eksperimen CMS adalah salah satu eksperimen internasional terbesar penelitian ilmiah dalam sejarah, dengan 4.300 peserta: fisikawan partikel, insinyur dan teknisi, mahasiswa dan staf pendukung dari 182 institusi, 42 negara (Februari 2014).
ALICE (Eksperimen Penumbuk Ion Besar)
— adalah detektor ion berat pada cincin Large Hadron Collider (LHC). Hal ini dirancang untuk mempelajari fisika materi yang berinteraksi kuat pada kepadatan energi yang ekstrim, di mana fase materi yang disebut plasma kuark-gluon terbentuk.
Semua materi biasa di alam semesta saat ini terbuat dari atom. Setiap atom mengandung inti proton dan neutron (kecuali hidrogen, yang tidak memiliki neutron), dikelilingi oleh awan elektron. Proton dan neutron, pada gilirannya, terbuat dari quark yang terikat dengan partikel lain yang disebut gluon. Tidak ada quark yang pernah teramati secara terpisah: quark, dan juga gluon, tampaknya terikat secara permanen dan terkurung dalam partikel penyusunnya seperti proton dan neutron. Ini disebut kurungan.
Tabrakan di LHC menciptakan suhu 100.000 kali lebih panas dibandingkan di pusat Matahari. Collider memungkinkan terjadinya tumbukan antar ion timbal, menciptakan kembali kondisi serupa dengan yang terjadi segera setelah Big Bang. Dalam kondisi ekstrem ini, proton dan neutron “meleleh”, sehingga quark terbebas dari ikatannya dengan gluon. Ini adalah plasma kuark-gluon.
Eksperimen ALICE menggunakan detektor ALICE yang memiliki berat 10.000 ton, panjang 26 m, tinggi 16 m, dan lebar 16 m. Perangkat ini terdiri dari tiga set komponen utama: perangkat pelacak, kalorimeter, dan detektor pengidentifikasi partikel. Itu juga dibagi menjadi 18 modul. Detektor ini terletak di sebuah terowongan pada kedalaman 56 m di bawah, dekat desa Saint-Denis-Pouilly di Perancis.
Eksperimen ini melibatkan lebih dari 1.000 ilmuwan dari lebih dari 100 lembaga fisika di 30 negara.
LHCb (Eksperimen kecantikan Large Hadron Collider)
– Eksperimen ini mengeksplorasi perbedaan kecil antara materi dan antimateri dengan mempelajari jenis partikel yang disebut beauty quark atau b quark.
Alih-alih mengelilingi seluruh titik tumbukan dengan detektor tertutup, seperti ATLAS dan CMS, eksperimen LHCb menggunakan serangkaian subdetektor untuk mendeteksi partikel yang sebagian besar mengarah ke depan—partikel yang diarahkan ke depan karena tumbukan dalam satu arah. Subdetektor pertama dipasang dekat dengan titik tumbukan, dan subdetektor lainnya dipasang silih berganti pada jarak 20 meter.
Kelimpahan Besar Tercipta di LHC berbagai jenis quark sebelum mereka dengan cepat membusuk menjadi bentuk lain. Untuk menangkap b quark, detektor pelacakan pergerakan kompleks dikembangkan untuk LHCb, yang terletak dekat dengan pergerakan berkas partikel melalui penumbuk.
Detektor LHCb seberat 5.600 ton terdiri dari spektrometer langsung dan detektor pelat datar. Panjangnya 21 meter, tinggi 10 meter, dan lebar 13 meter, serta terletak 100 meter di bawah tanah. Sekitar 700 ilmuwan dari 66 institut dan universitas berbeda terlibat dalam eksperimen LHCb (Oktober 2013).
Eksperimen lain di Collider
Selain eksperimen di atas di Large Hadron Collider, ada dua eksperimen instalasi lainnya:
- LHCf (penyerang Hadron Collider Besar)— mempelajari partikel yang terlempar ke depan setelah tumbukan berkas partikel. Mereka mensimulasikan sinar kosmik, yang sedang dipelajari para ilmuwan sebagai bagian dari percobaan. Sinar kosmik adalah partikel bermuatan alami yang berasal dari luar angkasa yang terus-menerus membombardir atmosfer bumi. Mereka bertabrakan dengan inti atom atmosfer atas, menyebabkan aliran partikel yang mencapai permukaan tanah. Mempelajari bagaimana tumbukan di dalam LHC menghasilkan aliran partikel seperti itu akan membantu fisikawan menafsirkan dan mengkalibrasi eksperimen skala besar dengan sinar kosmik, yang dapat menjangkau ribuan kilometer.
LHCf terdiri dari dua detektor yang terletak di sepanjang LHC, berjarak 140 meter di kedua sisi titik tumbukan ATLAS. Masing-masing dari dua detektor tersebut memiliki berat hanya 40 kilogram dan berukuran panjang 30 cm, tinggi 80 cm, dan lebar 10 cm. Eksperimen LHCf melibatkan 30 ilmuwan dari 9 lembaga di 5 negara (November 2012).
- TOTEM (Penampang Total, Hamburan Elastis dan Disosiasi Difraksi)- percobaan dengan instalasi terpanjang pada collider. Misinya adalah mempelajari proton itu sendiri, dengan mengukur secara tepat proton yang dihasilkan dalam tumbukan sudut rendah. Wilayah ini dikenal sebagai arah "maju" dan tidak dapat diakses oleh eksperimen LHC lainnya. Detektor TOTEM membentang hampir setengah kilometer di sekitar titik interaksi CMS. TOTEM memiliki hampir 3.000 kg peralatan, termasuk empat teleskop nuklir, serta 26 detektor pot Romawi. Tipe terakhir memungkinkan detektor diposisikan sedekat mungkin dengan berkas partikel. Eksperimen TOTEM melibatkan sekitar 100 ilmuwan dari 16 institut di 8 negara (Agustus 2014).
Mengapa Large Hadron Collider dibutuhkan?
Internasional terbesar instalasi ilmiah mengeksplorasi berbagai masalah fisik:
- Studi tentang quark teratas. Partikel ini bukan hanya quark terberat, tetapi juga partikel elementer terberat. Mempelajari sifat-sifat top quark juga masuk akal karena merupakan alat penelitian.
- Cari dan pelajari Higgs boson. Meskipun CERN mengklaim bahwa Higgs boson telah ditemukan (pada tahun 2012), sangat sedikit yang diketahui tentang sifatnya dan penelitian lebih lanjut dapat memberikan kejelasan yang lebih besar mengenai mekanisme operasinya.
- Studi tentang plasma quark-gluon. Ketika inti timbal bertabrakan kecepatan tinggi– terbentuk di penumbuk. Penelitiannya semoga membawa hasil yang berguna baik untuk fisika nuklir (menyempurnakan teori). interaksi yang kuat), dan untuk astrofisika (studi tentang Alam Semesta pada saat-saat pertama keberadaannya).
- Cari supersimetri. Penelitian ini bertujuan untuk membantah atau membuktikan “supersimetri”, teori bahwa setiap partikel elementer memiliki pasangan yang lebih berat yang disebut “superpartikel”.
- Studi tentang tumbukan foton-foton dan foton-hadron. Hal ini akan meningkatkan pemahaman tentang mekanisme proses tumbukan tersebut.
- Menguji teori eksotik. Kategori tugas ini mencakup tugas yang paling tidak konvensional - tugas "eksotis", misalnya, pencarian alam semesta paralel dengan membuat lubang hitam mini.
Selain permasalahan-permasalahan tersebut, masih banyak permasalahan lainnya yang solusinya juga akan memungkinkan umat manusia untuk memahami alam dan dunia di sekitar kita secara lebih utuh. level kualitas, yang pada gilirannya akan membuka peluang terciptanya teknologi baru.
Manfaat praktis dari Large Hadron Collider dan ilmu dasar
Pertama-tama, perlu dicatat bahwa penelitian dasar berkontribusi pada ilmu dasar. Ilmu terapan berkaitan dengan penerapan pengetahuan ini. Ada sebagian masyarakat yang belum menyadari manfaatnya ilmu dasar sering kali tidak menganggap penemuan Higgs boson atau penciptaan plasma quark-gluon sebagai sesuatu yang signifikan. Hubungan penelitian semacam itu dengan kehidupan orang biasa tidak jelas. Mari kita pertimbangkan contoh singkat dengan energi nuklir:
Pada tahun 1896 fisikawan Perancis Antoine Henri Becquerel menemukan fenomena radioaktivitas. Untuk waktu yang lama diyakini hal itu padanya penggunaan industri umat manusia tidak akan segera berlalu. Hanya lima tahun sebelum peluncuran yang pertama reaktor nuklir fisikawan besar Ernest Rutherford, yang sebenarnya menemukan inti atom pada tahun 1911, mengatakan hal itu energi Atom tidak akan pernah menemukan penerapannya. Para ahli berhasil memikirkan kembali sikap mereka terhadap energi yang terkandung dalam inti atom pada tahun 1939, ketika ilmuwan Jerman Lise Meitner dan Otto Hahn menemukan bahwa inti uranium, ketika disinari dengan neutron, terbelah menjadi dua bagian, melepaskan sejumlah besar energi - energi nuklir.
Dan hanya setelah tautan terakhir dalam seri ini penelitian dasar Ilmu pengetahuan terapan mulai berperan dan, berdasarkan penemuan ini, menemukan alat untuk menghasilkan energi nuklir - reaktor atom. Skala penemuan ini dapat dinilai dengan melihat pangsa pembangkitan listrik reaktor nuklir. Jadi di Ukraina, misalnya, pembangkit listrik tenaga nuklir menyumbang 56% pembangkitan listrik, dan di Prancis – 76%.
Semua teknologi baru didasarkan pada pengetahuan dasar tertentu. Berikut ini beberapa contoh singkat lainnya:
- Pada tahun 1895, Wilhelm Conrad Roentgen memperhatikan bahwa ketika terkena sinar-X, pelat fotografi menjadi gelap. Saat ini, radiografi adalah salah satu penelitian yang paling banyak digunakan dalam bidang kedokteran, memungkinkan seseorang untuk mempelajari kondisi tersebut organ dalam dan mendeteksi infeksi dan pembengkakan.
- Pada tahun 1915, Albert Einstein mengajukan usulannya sendiri. Saat ini, teori ini diperhitungkan ketika mengoperasikan satelit GPS, yang menentukan lokasi suatu objek dengan akurasi beberapa meter. GPS digunakan dalam komunikasi seluler, kartografi, pemantauan transportasi, tetapi terutama dalam navigasi. Kesalahan satelit yang tidak memperhitungkan relativitas umum akan bertambah 10 kilometer per hari sejak diluncurkan! Dan jika pejalan kaki dapat menggunakan pikiran dan peta kertasnya, maka pilot maskapai penerbangan akan berada dalam situasi yang sulit, karena tidak mungkin bernavigasi di awan.
Jika saat ini penerapan praktis dari penemuan yang dilakukan di LHC belum ditemukan, ini tidak berarti bahwa para ilmuwan “sia-sia mengutak-atik collider”. Seperti yang Anda ketahui, orang yang berakal sehat selalu berniat mendapatkan hasil maksimal aplikasi praktis dari pengetahuan yang ada, oleh karena itu pengetahuan tentang alam yang dikumpulkan dalam proses penelitian di LHC pasti akan menemukan penerapannya, cepat atau lambat. Seperti telah ditunjukkan di atas, hubungan antara penemuan mendasar dan teknologi yang memanfaatkannya terkadang tidak terlihat jelas sama sekali.
Terakhir, kami mencatat apa yang disebut penemuan tidak langsung, yang tidak ditetapkan sebagai tujuan awal penelitian. Hal ini cukup sering terjadi, karena penemuan mendasar biasanya memerlukan pengenalan dan penggunaan teknologi baru. Dengan demikian, perkembangan optik mendapat dorongan dari penelitian mendasar luar angkasa, berdasarkan pengamatan para astronom melalui teleskop. Dalam kasus CERN, inilah asal muasal teknologi yang ada di mana-mana: Internet, sebuah proyek yang diusulkan oleh Tim Berners-Lee pada tahun 1989 untuk membuat data organisasi CERN lebih mudah ditemukan.
Ada dua jenis instalasi akselerator: akselerator dengan sasaran yang tidak bergerak dan akselerator dengan balok yang bertabrakan(atau collider). Dalam akselerator tipe pertama, partikel setelah percepatan dikeluarkan dari ruang percepatan dan diarahkan ke target yang tidak bergerak, misalnya pelat logam. Dalam hal ini, tidak semuanya energi kinetik partikel yang dipercepat dapat “diinvestasikan” dalam proses yang sedang dipelajari, misalnya, dalam eksitasi internal inti atom atau partikel target atau dalam kelahiran partikel baru, karena sebagian besar energi ini tidak dapat “dihilangkan” ” dari partikel, karena untuk “memastikan” terpenuhinya hukum kekekalan momentum – momentum besar suatu partikel sebelum tumbukan harus dipertahankan dalam bentuk momentum besar (dan karenanya energi kinetik) dari produk reaksi.
Perkiraan spesifik (lihat energi ekuivalen) memungkinkan kita melihat perbedaan besar antara energi kinetik, misalnya, proton dalam akselerator dengan target diam dan dengan berkas tumbukan, yang diperlukan untuk menghasilkan partikel bermassa besar.
Keuntungan energi yang sangat besar dari akselerator berkas tumbukan telah menjadikannya atribut yang mutlak diperlukan dari pusat modern terkemuka untuk studi fisika partikel elementer. Ada dua skema utama untuk mengimplementasikan collider (Gbr. 1). Jika berkas tumbukan terdiri dari partikel-partikel yang mempunyai massa yang sama dan muatan yang berlawanan tanda (yaitu antipartikel, misalnya elektron-positron atau proton-antiproton), maka satu cincin magnet digunakan untuk kedua berkas (Gbr. 1 B). Di beberapa titik cincin ini terdapat area interaksi sinar berlawanan yang dipercepat. Jika partikel lawan memiliki muatan yang sama atau massa yang berbeda(misalnya proton-proton atau elektron-antiproton), maka diperlukan dua cincin magnet dan di beberapa tempat tercipta daerah tumbukan (persimpangan) berkas (Gbr. 1 A).
Dalam sinar berlawanan yang bergerak menuju satu sama lain, jumlah partikel maksimum yang mungkin terakumulasi (hingga 10 15 dalam satu sinar). Namun, kepadatan partikel yang terakumulasi kecil dan hanya sedikit partikel yang mengalami tumbukan nyata pada setiap putaran. Interaksi berkas cahaya hampir tidak mengganggu dinamika geraknya di dalam cincin akselerator, dan berkas cahaya dapat bersirkulasi di dalam akselerator selama berjam-jam bahkan berhari-hari tanpa perlu diisi ulang.
Karakteristik penting collider adalah kilau, dilambangkan dengan surat itu L(dari bahasa Inggris Kilau).
Balok yang bertabrakan terdiri dari kumpulan partikel terpisah yang disebut dalam tandan(dari bahasa Inggris kelompok), bergerak dengan pada interval tertentu(frekuensi) satu demi satu. Mari kita perhatikan dua tandan silinder dengan penampang yang sama terbang menuju satu sama lain dan kemudian bertabrakan (Gbr. 2). Kita asumsikan bahwa gugus-gugus tersebut terisi partikel secara merata dan saling tumpang tindih saat tumbukan. Terdapat n 1 partikel pada tandan kiri dan n 2 pada tandan kanan. Pertama, mari kita asumsikan bahwa dalam orbit penumbuk, gugus-gugus tersebut bertabrakan satu kali per satuan waktu. Jumlah interaksi N 1 per satuan waktu antara partikel dari dua tandan ini (yaitu, jumlah kejadian reaksi per satuan waktu) dapat dihitung menggunakan rumus (2) dari bagian “Penampang reaksi”, dengan mengambil tandan kiri untuk proyektil partikel, dan yang tepat untuk target:
| N = jnSl = (n 1 /S)n 2 , | (1) |
di mana adalah penampang interaksi efektif. Di sini diperhitungkan kerapatan fluks partikel dari tandan kiri yang jatuh ke tandan kanan j = n 1 /S, dan jumlah total partikel dalam tandan kanan (diambil sebagai target) n 2 = nSl, dimana dan adalah konsentrasi partikel dalam kelompok yang tepat. Jika tandan bertumbukan f kali per satuan waktu (yaitu dengan frekuensi f), maka banyaknya kejadian reaksi N akan diberikan oleh ekspresi
| N = f(n 1 n 2 /S) = L, | (2) |
| L = f(n 1 n 2 /S) | (3) |
dan ada luminositas dari collider.
Contoh. Dalam penumbuk TEVATRON, proton dan antiproton bertabrakan dengan energi 1 TeV. Berapa banyak aksi interaksinya dalam 1 detik, jika penampang interaksi total proton dan antiproton pada energi ini = 75 mb, dan luminositas penumbuk adalah L = 5. 10 31 cm -2 detik -1 .
Kami menggunakan (2):
N = L = 5. 10 31 cm -2 detik -1. 75. 10 -27 cm -2 = 3,75. 10 6 detik -1 .
Daftar penumbuk utama diberikan dalam tabel.
Akselerator sinar bertabrakan (colliders)
| Akselerator (Pusat, Negara) |
Bertahun-tahun bekerja | Energi, GeV |
| Penumbuk elektron-positron | ||
| Ada Frascati, Italia |
1961-1964 | 0.25 |
| VEPP II Polri, Uni Soviet |
1965–1974 | 0.7 |
| ACO LAL, Orsay, Prancis |
1965–1975 | 0.55 |
| TOMBAK SLAC, AS |
1972-1990(?) | 0.7 |
| VEPP-2M Polri, Uni Soviet |
1974–2000 | 0.7 |
| DORIS DESY, Jerman |
1974-1993 | 5 |
| PETRA DESY, Jerman |
1978–1986 | 20 |
| CESR Universitas Cornell, AS |
1979–2002 | 6 |
| SEMANGAT SLAC, AS |
1980-1990(?) | |
| SLC SLAC, AS |
1988-1998(?) | 45 |
| LEP CERN |
1989-2000 | 104 |
| BEPC Cina |
1089-2004 | 2.2 |
| VEPP-4M Polri, Uni Soviet |
1994- | 6 |
| PEP-II SLAC, AS |
1998–2008 | 9(е − ), 3.1(е +) |
| KEKB KEK, Jepang |
1999–2009 | 8(e − ), 3,5(e +) |
| DAΦNE Frascati, Italia |
1999- | 0.7 |
| CESR-c Universitas Cornell, AS |
2002–2008 | 6 |
| VEPP-2000 Polri, Rusia |
2006- | 1 |
| BEPC II | 2008- | 3.7 |
| Penumbuk proton-antiproton dan penumbuk ion berat | ||
|
TEVAtron |
1992-2011 | 900-980 |
Prinsip pengoperasian semua akselerator sederhana - partikel bermuatan dipercepat di bawah pengaruh Medan listrik.
Eksperimen pertama
Eksperimen pertama untuk dipelajari inti atom dilakukan tanpa akselerator sama sekali. Partikel alfa (inti helium-4) yang digunakan dalam percobaan tersebut diperoleh dari peluruhan isotop tidak stabil (misalnya radium) dan dipercepat dalam medan listrik inti induk hingga energi beberapa MeV.
Era teknologi akselerator dihitung sejak awal tahun 1930-an, ketika dua skema untuk mempercepat partikel hingga energi sekitar 1 MeV muncul sekaligus. Pada tahun 1932, John Cockcroft dari Inggris dan Ernest Walton dari Irlandia di Cambridge merancang generator DC berkekuatan 800 kilovolt, yang membuka era baru dalam eksperimen. fisika nuklir. Pada percobaan pertama mereka, mereka mengarahkan seberkas proton yang dipercepat ke target litium-7 dan mengamati secara nyata reaksi nuklir: Inti litium menangkap sebuah proton dan kemudian pecah menjadi dua partikel alfa.
siklotron
Sangat sulit untuk menciptakan perbedaan potensial sebesar puluhan megavolt, tetapi dengan cepat menjadi jelas bahwa hal ini tidak perlu. Sebagai gantinya, Anda dapat memutar akselerator menjadi sebuah cincin dengan menempatkannya di medan magnet. Berbeda dengan medan listrik, medan magnet tidak mempercepat partikel, tetapi hanya membelokkan lintasannya. Khususnya, dalam medan magnet seragam, lintasan partikel bermuatan berbentuk lingkaran. Jika sebuah partikel sekarang didorong maju dari waktu ke waktu oleh medan listrik, ia akan memperoleh energi, dan secara bertahap meningkatkan radius lintasannya. Dalam hal ini, dua masalah terpecahkan secara otomatis: partikel dapat tetap berada di orbit selama diperlukan, dan percepatan medan listrik tidak harus besar (seribu melewati beda potensial satu kilovolt setara dengan megavolt linier. generator).
Akselerator partikel berdasarkan prinsip ini - siklotron- dirancang oleh Ernest Lawrence pada tahun 1929 dan dirancang pada tahun 1931. Siklotron terdiri dari dua bagian piringan berongga, di dalamnya partikel berputar. Tegangan bolak-balik diterapkan pada tepi celah antara bagiannya, yang frekuensinya persis sama dengan frekuensi rotasi partikel. Ketika partikel terbang melewati celah dalam satu arah, medan listrik mendorongnya ke depan, dan setengah periode kemudian, ketika mereka melewati celah tersebut lagi, arah sebaliknya di sisi lain, secara diametris sisi yang berlawanan disk, bidang tersebut sudah berhasil mengubah tanda dan mendorongnya lagi, alih-alih memperlambatnya. Ini diulangi lingkaran demi lingkaran hingga energi maksimum tercapai.
Pada dasarnya penting bahwa meskipun kecepatan partikel jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya, frekuensi revolusinya tetap konstan: peningkatan kecepatan diimbangi dengan peningkatan radius orbit. Berkat ini, partikel selalu mendekati celah pada interval waktu yang sama, dan oleh karena itu tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang diketahui dan tetap dapat diterapkan ke tepi celah.
Siklotron pertama yang dibuat Lawrence berdiameter lebih dari 10 cm dan mempercepat proton hingga hanya 80 keV (kiloelektronvolt). Kemajuan pesat menghasilkan siklotron 8 MeV pada tahun 1936 dan raksasa multimeter 200 MeV pada tahun 1946. Benar, pada energi sebesar itu kecepatan proton sudah mendekati kecepatan cahaya, sehingga rumus non-relativistik untuk menghitung frekuensi siklotron tidak lagi berfungsi. Fisikawan mampu mencapai energi tersebut hanya dengan belajar mengatur frekuensi medan listrik bolak-balik di celah tersebut sesuai dengan frekuensi rotasi partikel.
Sinkronisasi
Peningkatan energi lebih lanjut menemui sejumlah masalah. Diantaranya adalah kesulitan desain murni (perlu untuk memastikan medan magnet yang seragam, vakum dalam dan kekuatan mekanik, tanpa mengganggu pelepasan partikel dalam bentuk spiral), dan masalah mendasar - partikel tersebar di sekitar ruangan dan jatuh ke dalam mempercepat kesenjangan pada waktu yang salah, dari -Mengapa mereka tidak mempercepatnya?
Pada tahun 1944 Fisikawan Soviet Vladimir Veksler dan, secara mandiri setahun kemudian, Edwin McMillan dari Amerika mengemukakan prinsip tersebut fase otomatis. Ide mereka adalah untuk secara khusus menyesuaikan medan listrik di celah tersebut, yang akan mendorong partikel yang tertinggal lebih kuat, dan partikel yang berjalan di depan akan lebih kecil. Akibatnya, partikel-partikel tersebut akan selalu berbentuk gumpalan padat dan tidak menyebar. Akhirnya, untuk menghilangkan masalah teknik, alih-alih menggunakan piringan besar, partikel mulai diluncurkan ke dalam tabung panjang yang digulung menjadi cincin, dan untuk menjaganya tetap pada orbit yang konstan, medan magnet ditingkatkan secara sinkron dengan peningkatan energi. Akselerator jenis ini disebut sinkrofasotron. Pada tahun-tahun berikutnya, energinya meningkat hingga beberapa GeV dan banyak penemuan dalam fisika partikel dibuat dengan menggunakannya. Banyak akselerator modern, khususnya LHC, didasarkan pada prinsip synchrophasotron.
tabrakan
Tahap selanjutnya dalam sejarah teknologi akselerator adalah penciptaan collider- akselerator dengan berkas yang bertabrakan, di mana dua berkas partikel berputar berlawanan arah dan saling bertabrakan. Awalnya, ide ini diungkapkan dan bahkan dipatenkan pada tahun 1943 oleh fisikawan Norwegia Rolf Wideröe, namun baru terwujud pada awal tahun 1960-an oleh tiga tim peneliti independen: kelompok Italia yang dipimpin oleh Bruno Touschek dari Austria, dan kelompok Amerika yang dipimpin oleh Gerard K. .O'Neill dan Wolfgang K. H. Panofsky dan kelompok Novosibirsk yang dipimpin oleh G. I. Budker.
Sampai saat itu, semua percobaan dilakukan dengan target yang tidak bergerak. Ketika partikel berenergi tinggi bertabrakan dengan partikel diam, produk tumbukan yang dihasilkan terbang ke depan kecepatan tinggi, dan pada energi kinetiknya sebagian besar energi sinar dihabiskan. Jika mereka yang terbang menuju satu sama lain bertabrakan partikel yang identik, Itu kebanyakan energi mereka dihabiskan untuk tujuan yang dimaksudkan: kelahiran partikel. Dengan menggunakan rumus mekanika relativistik, seseorang dapat menghitung energi total dalam sistem pusat massa - bagian energi partikel awal inilah yang dapat digunakan untuk kelahiran partikel baru. Dalam kasus pertama kira-kira , dan dalam kasus kedua 2 E. Jika partikelnya ultrarelativistik, E >> mc 2, maka dalam penumbuk pada balok yang bertabrakan, partikel yang jauh lebih berat dapat dihasilkan daripada percobaan dengan target diam pada energi berkas yang sama.
Pada tahun 2008, akselerator terkuat yang pernah dibuat manusia mulai beroperasi - Large Hadron Collider, LHC, dengan energi proton 7 TeV (lihat bagian LHC pada “Elemen”). Terletak di terowongan lingkar bawah tanah sepanjang 27 km di perbatasan Swiss dan Prancis. Fisikawan berharap hasil LHC akan mengarah pada terobosan baru dalam memahami struktur dalam dunia kita.
Sekarang akselerator telah mencapai batas desainnya. Peningkatan energi partikel yang signifikan hanya akan mungkin terjadi jika penumbuk menjadi linier dan lebih besar teknik yang efektif percepatan partikel. Sebuah terobosan dijanjikan dengan teknik akselerasi laser atau laser-plasma. Di dalamnya, pulsa laser yang pendek namun kuat secara langsung mempercepat partikel bermuatan atau menciptakan gangguan di awan plasma, yang menangkap sekumpulan elektron yang terbang dan mempercepatnya secara tajam. Agar berhasil menerapkan skema ini dalam akselerator, masih banyak lagi kesulitan yang perlu diatasi (belajar menggabungkan beberapa elemen percepatan satu sama lain, mengatasi divergensi sudut yang besar, serta penyebaran energi partikel yang dipercepat), tetapi hasil pertama sangat menggembirakan.
Berita tentang eksperimen yang dilakukan di Eropa mengguncang ketenangan masyarakat dan menduduki puncak daftar topik yang dibicarakan. Penumbuk Hadron muncul di mana-mana - di TV, di media, dan di Internet. Apa yang bisa kita katakan jika pengguna LJ membuat komunitas terpisah di mana ratusan orang yang peduli telah secara aktif mengutarakan pendapat mereka tentang gagasan baru ilmu pengetahuan. "Delo" menawarkan 10 fakta yang pasti Anda ketahui penumbuk hadron.
Ungkapan ilmiah yang misterius tidak lagi menjadi seperti itu segera setelah kita memahami arti dari setiap kata. Hadron– nama kelas partikel elementer. bertabrakan– akselerator khusus yang memungkinkan untuk mentransfer zat menjadi partikel elementer energi tinggi dan, berakselerasi ke kecepatan tertinggi, mereproduksi tabrakan mereka satu sama lain.
2. Mengapa semua orang membicarakan dia?
Menurut para ilmuwan Pusat Eropa penelitian nuklir Eksperimen CERN akan menciptakan kembali ledakan mini yang menciptakan alam semesta miliaran tahun yang lalu. Namun, yang paling dikhawatirkan masyarakat adalah apa dampak ledakan kecil tersebut terhadap planet ini jika percobaan tersebut gagal. Menurut beberapa ilmuwan, akibat tumbukan partikel elementer yang terbang dengan kecepatan ultra-relativistik dalam arah berlawanan, lubang hitam mikroskopis akan terbentuk dan partikel berbahaya lainnya akan terbang keluar. Andalkan radiasi khusus, menyebabkan penguapan lubang hitam tidak terlalu sepadan – konfirmasi eksperimental fakta bahwa itu berhasil, tidak. Itu sebabnya seperti itu inovasi ilmiah dan ketidakpercayaan muncul, yang secara aktif dipicu oleh para ilmuwan yang skeptis.
3. Bagaimana cara kerjanya?
Partikel-partikel dasar dipercepat ke orbit yang berbeda dengan arah yang berlawanan, setelah itu mereka ditempatkan dalam satu orbit. Nilai dari perangkat rumit ini adalah berkat itu, para ilmuwan memiliki kesempatan untuk mempelajari produk tumbukan partikel elementer, yang direkam oleh detektor khusus berupa kamera digital dengan resolusi 150 megapiksel, yang mampu mengambil 600 juta frame per Kedua.
4. Kapan ide untuk membuat collider muncul?
Ide untuk membangun mesin ini lahir pada tahun 1984, namun pembangunan terowongan baru dimulai pada tahun 2001. Akselerator terletak di terowongan yang sama dengan lokasi akselerator sebelumnya, Large Electron-Positron Collider. Cincin sepanjang 26,7 kilometer itu terletak di kedalaman sekitar seratus meter di bawah tanah di Prancis dan Swiss. Pada tanggal 10 September, berkas proton pertama diluncurkan dengan akselerator. Sinar kedua akan diluncurkan dalam beberapa hari ke depan.
5. Berapa biaya pembangunannya?
Ratusan ilmuwan dari seluruh dunia, termasuk Rusia, berpartisipasi dalam pengembangan proyek ini. Biayanya diperkirakan mencapai 10 miliar dolar, dimana Amerika Serikat menginvestasikan 531 juta dolar dalam pembangunan penumbuk hadron.
6. Kontribusi apa yang diberikan Ukraina terhadap penciptaan akselerator?
Ilmuwan dari Institut Ukraina fisika teoritis mengambil bagian langsung dalam pembangunan penumbuk hadron. Mereka mengembangkan sistem pelacakan internal (ITS) khusus untuk penelitian. Dia adalah jantung dari "Alice" - bagian penumbuk di mana miniatur itu seharusnya terjadi dentuman Besar" Tentunya ini bukanlah bagian terpenting dari sebuah mobil. Ukraina harus membayar 200 ribu hryvnia setiap tahun untuk hak berpartisipasi dalam proyek tersebut. Jumlah ini 500-1000 kali lebih kecil dibandingkan kontribusi negara lain terhadap proyek.
7. Kapan akhir dunia diperkirakan akan terjadi?
Eksperimen pertama tumbukan berkas partikel elementer dijadwalkan pada 21 Oktober. Hingga saat ini, para ilmuwan berencana untuk mempercepat partikel hingga mendekati kecepatan cahaya. Berdasarkan teori umum Relativitas Einstein, lubang hitam tidak mengancam kita. Namun, jika teori dengan dimensi spasial tambahan ternyata benar, kita tidak punya banyak waktu lagi untuk menyelesaikan semua permasalahan kita di planet Bumi.
8. Mengapa lubang hitam menakutkan?
Lubang hitam- suatu wilayah dalam ruang-waktu yang daya tarik gravitasinya begitu kuat sehingga benda yang bergerak dengan kecepatan cahaya pun tidak dapat meninggalkannya. Keberadaan lubang hitam dikonfirmasi oleh solusi persamaan Einstein. Terlepas dari kenyataan bahwa banyak orang sudah membayangkan bagaimana lubang hitam yang terbentuk di Eropa, berkembang, akan menelan seluruh planet, tidak perlu membunyikan alarm. Lubang hitam, yang menurut beberapa teori, mungkin muncul saat bekerja penumbuk, menurut teori yang sama, akan ada dalam jangka waktu yang sangat singkat sehingga mereka tidak punya waktu untuk memulai proses penyerapan materi. Menurut beberapa ilmuwan, mereka bahkan tidak punya waktu untuk mencapai dinding penumbuk.
9. Bagaimana penelitian dapat bermanfaat?
Selain fakta bahwa penelitian ini merupakan pencapaian sains luar biasa lainnya yang memungkinkan umat manusia mengetahui komposisi partikel elementer, hal ini bukanlah keuntungan besar yang membuat umat manusia mengambil risiko sebesar itu. Mungkin dalam waktu dekat Anda dan saya akan bisa melihat dinosaurus dengan mata kepala sendiri dan mendiskusikan strategi militer paling efektif dengan Napoleon. Ilmuwan Rusia percaya bahwa melalui percobaan tersebut, umat manusia akan mampu menciptakan mesin waktu.
10. Bagaimana cara tampil cerdas secara ilmiah dengan Hadron Collider?
Dan terakhir, jika seseorang, yang sudah memiliki jawaban sebelumnya, menanyakan apa itu hadron collider, kami menawarkan Anda jawaban yang layak yang dapat mengejutkan siapa pun. Jadi, kencangkan sabuk pengamanmu! Hadron Collider adalah akselerator partikel bermuatan yang dirancang untuk mempercepat proton dan ion berat dalam tumbukan berkas. Dibangun di pusat penelitian Dewan Eropa penelitian nuklir dan merupakan terowongan sepanjang 27 kilometer yang dibangun pada kedalaman 100 meter. Karena proton bermuatan listrik, proton ultrarelativistik menghasilkan awan foton yang hampir nyata yang terbang di sebelah proton. Aliran foton ini menjadi lebih kuat pada rezim tumbukan nuklir, karena ukurannya yang besar muatan listrik kernel. Mereka dapat bertabrakan dengan proton yang mendekat, menghasilkan tumbukan foton-hadron yang khas, atau satu sama lain. Para ilmuwan khawatir bahwa sebagai hasil percobaan, “terowongan” ruang-waktu dapat terbentuk di ruang angkasa, yang merupakan ciri tipologis ruang-waktu. Dari hasil percobaan tersebut, keberadaan supersimetri juga dapat dibuktikan, yang dengan demikian akan menjadi konfirmasi tidak langsung atas kebenaran teori superstring.
) - salah satu jenis akselerator siklik resonansi. Hal ini ditandai dengan fakta bahwa selama percepatan partikel, radius orbit sinar tetap konstan, dan medan magnet utama magnet lentur, yang menentukan radius ini, meningkat seiring waktu. Apalagi itu tetap ada frekuensi konstan mempercepat medan listrik (tidak seperti sinkrofasotron). Jelas bahwa untuk berkas partikel ultrarelativistik, periode revolusi hanya ditentukan oleh panjang orbit, dan karena tidak berubah, maka frekuensi medan listrik tidak perlu diubah. Oleh karena itu, semua akselerator siklik resonansi partikel cahaya (elektron dan positron), serta mesin proton dan ion berenergi tinggi, seperti LHC dan Tevatron, adalah sinkrotron. Sinkronisasi mencapai energi sekitar 4 TeV untuk proton (LHC) dan lebih dari 100 GeV untuk elektron (LEP). Faktanya, peningkatan energi lebih lanjut pada sinkrotron elektron tidak mungkin dilakukan karena hilangnya energi yang sangat besar akibat radiasi. Hilangnya energi per putaran sebanding dengan pangkat energi ke-4: W ~ E 4 /R.
Struktur dasar sinkrotron
Sinkronisasi adalah perangkat vakum elektro dengan ruang vakum berbentuk lingkaran di mana partikel dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya, dan elektromagnet kuat yang menghalangi jalurnya mengatur lintasan pergerakannya. Ruang vakum ultra-tinggi (sekitar 10 -9 Torr dan lebih tinggi) dijaga secara konstan di ruang vakum untuk menghindari hamburan partikel berkas pada atom gas sisa. Sinkronisasi beroperasi berdasarkan prinsip percepatan resonansi, yaitu sekumpulan partikel yang bersirkulasi memasuki medan listrik percepatan resonator RF selalu dalam fase yang sama, dan partikel tersebut menerima sebagian kecil energi, jauh lebih kecil daripada energi kinetik. mereka sudah memilikinya. Percepatan partikel terjadi karena beberapa penerbangan (~10 6 kali per detik) melalui bagian percepatan.
Lihat juga
Tulis ulasan tentang artikel "Sinkronisasi"
literatur
- dalam Ensiklopedia Fisik
- , E.J.N. Wilson, CERN, Proc. EPAC"1996.
|
||||||||||||
Kutipan yang mencirikan Synchrotron
Musim semi di selatan, perjalanan yang tenang dan cepat dengan kereta Wina, serta kesunyian jalan memberikan efek yang menggembirakan bagi Pierre. Ada perkebunan yang belum dia kunjungi - yang satu lebih indah dari yang lain; Masyarakat di mana pun tampak sejahtera dan sangat bersyukur atas manfaat yang diberikan kepada mereka. Di mana-mana ada pertemuan yang, meski mempermalukan Pierre, jauh di lubuk hatinya membangkitkan perasaan gembira. Di satu tempat, orang-orang itu menawarinya roti dan garam serta gambar Petrus dan Paulus, dan meminta izin untuk menghormati malaikatnya Petrus dan Paulus, sebagai tanda cinta dan syukur atas perbuatan baik yang telah dilakukannya, untuk mendirikan bangunan baru. kapel di gereja dengan biaya sendiri. Di tempat lain, para wanita yang memiliki bayi menemuinya, mengucapkan terima kasih karena telah menyelamatkannya dari kerja keras. Di perkebunan ketiga dia bertemu dengan seorang pendeta dengan salib, dikelilingi oleh anak-anak, yang, atas karunia penghitungan, dia mengajar literasi dan agama. Di semua perkebunan, Pierre melihat dengan matanya sendiri, menurut rencana yang sama, bangunan batu rumah sakit, sekolah, dan rumah amal yang akan segera dibuka. Di mana-mana Pierre melihat laporan dari para manajer tentang pekerjaan corvée, berkurang dibandingkan dengan yang sebelumnya, dan mendengar ucapan terima kasih yang menyentuh hati dari perwakilan petani dengan kaftan biru.Pierre hanya tidak tahu bahwa di mana mereka membawakannya roti dan garam dan membangun kapel Peter dan Paul, ada desa perdagangan dan pekan raya pada Hari Peter, bahwa kapel itu sudah lama dibangun oleh para petani kaya. desa, mereka yang datang kepadanya, dan sembilan per sepuluh petani di desa ini berada dalam kehancuran terbesar. Dia tidak tahu bahwa karena, atas perintahnya, mereka berhenti mengirim anak-anak dari perempuan yang memiliki bayi ke kerja paksa, anak-anak yang sama ini pekerjaan yang paling sulit dibawa di bagian mereka. Dia tidak tahu bahwa pendeta yang menemuinya dengan salib membebani para petani dengan pemerasannya, dan bahwa para murid yang berkumpul kepadanya dengan air mata diberikan kepadanya, dan dibeli oleh orang tua mereka dengan banyak uang. Ia tidak mengetahui bahwa bangunan-bangunan batu tersebut, menurut rencana, didirikan oleh para pekerjanya sendiri dan meningkatkan kerja paksa para petani, dikurangi hanya di atas kertas. Dia tidak tahu bahwa ketika manajer menunjukkan kepadanya dalam buku bahwa uang sewa dikurangi sepertiga atas kemauannya, tugas corvée ditambah setengahnya. Oleh karena itu, Pierre senang dengan perjalanannya melalui perkebunan, dan sepenuhnya kembali ke suasana filantropis saat dia meninggalkan Sankt Peterburg, dan menulis surat yang antusias kepada saudara mentornya, begitu dia memanggil guru besar itu.
“Betapa mudahnya, betapa sedikit usaha yang diperlukan untuk melakukan begitu banyak kebaikan, pikir Pierre, dan betapa sedikitnya kita mempedulikannya!”
