برخورددهنده هادرونی بزرگ

مختصات: ۴۶°۱۴′۰۶″ شمالی ۰۶°۰۲′۴۲″ شرقی / ۴۶٫۲۳۵۰۰°شمالی ۶٫۰۴۵۰۰°شرقی / 46.23500; 6.04500
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
برخورددهندهٔ هادرونی بزرگ (LHC)
شمای مجتمع LHC
خواص عمومی
نوع شتابدهندهسینکروترون
نوع اشعهپروتون، یون سنگین
نوع هدفبرخورددهنده
خواص اشعه
انرژی بیشینه6.8 TeV در هر اشعه (13.6 TeV انرژی برخورد)
درخشندگی بیشینه۱×۱۰۳۴/(cm۲⋅s)
خواص فیزیکی
محیط۲۶۶۵۹ m
موقعیتژنو، سوئیس
مختصات۴۶°۱۴′۰۶″ شمالی ۰۶°۰۲′۴۲″ شرقی / ۴۶٫۲۳۵۰۰°شمالی ۶٫۰۴۵۰۰°شرقی / 46.23500; 6.04500
مؤسسهسرن
تاریخ‌های عملیات۲۰۱۰ – اکنون
بعد ازبرخورددهنده بزرگ الکترون-پوزیترون
برخورددهندهٔ هادرونی بزرگ
(LHC)
آزمایش‌های LHC
ATLASیک دستگاه مارپیچی LHC
CMSسیم‌پیچ موئونی فشرده
LHCbزیبایی-LHC
ALICEیک آزمایش برخورد یونی بزرگ
TOTEMکل مقطع عرضی، پراکندگی الاستیک و افتراق پراش
LHCfLHC-فروارد
MoEDALشناساگر تک قطب و نامتعارف در LHC
FASERآزمایش جست و جوی فروارد
SNDشناساگر پراکندگی و نوترینو
پیش شتاب دهندگان LHC
p و Pbشتابدهندگان خطی برای پروتون‌ها (لیناک ۴) و سرب (لیناک ۳)
(نشان نشده)تقویت‌کننده سینکروترون پروتونی
PSسینکروترون پروترونی
SPSابرسنکروترون پروتونی
مجتمع سرن
تجهیزات ذرات و هسته‌ای جاری
LHCپروتون‌ها و یون‌های سنگین را شتاب می‌دهد
LEIRیون‌ها را شتاب می‌دهد
SPSپروتون‌ها و یون‌ها را شتاب می‌دهد
PSBپروتون‌ها را شتاب می‌دهد
PSپروتون‌ها یا یون‌ها را شتاب می‌دهد
لیناک ۳یون‌های سنگین را تزریق می‌کند به LEIR
لیناک ۴یون‌ها را شتاب می‌دهد
ADشتاب پادپروتون‌ها را می‌کاهد
ELENAشتاب پادپروتون‌ها را می‌کاهد
ISOLDEپرتوهای یونی رادیواکتیو تولید می‌کند

برخورددهندهٔ هادرونی بزرگ (به انگلیسی: Large Hadron Collider)‏ (LHC)، بزرگ‌ترین برخورددهنده ذرات با بالاترین انرژی در جهان است.[۱][۲] این برخورددهنده توسط سازمان اروپایی برای تحقیقات هسته‌ای (CERN) بین سال‌های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۸ میلادی در همکاری با ۱۰٬۰۰۰ دانشمند و صدها دانشگاه و آزمایشگاه از بیش از ۱۰۰ کشور جهان ساخته شد.[۳] این برخورددهنده در تونلی با محیط ۲۷ کیلومتر و در عمق ۱۷۵ متری زیر مرز سوئیس-فرانسه نزدیک ژنو قرار دارد.

اولین برخوردها در ۲۰۱۰ در انرژی ۳٫۵ ترا الکترون‌ولت (TeV) به ازای هر اشعه ثبت شد که حدود چهار برابر رکورد جهان تا پیش از آن بود.[۴][۵] پس از ارتقائاتی انرژی آن به TeV‏ ۶٫۵ به ازای هر اشعه رسید (در مجموع TeV‏ ۱۳ انرژی برخورد، رکورد کنونی جهان).[۶][۷][۸][۹] در پایان ۲۰۱۸ میلادی این سامانه را به مدت سه سال جهت ارتقاء بیشتر خاموش کردند.

این برخورددهنده چهار نقطه تقاطعی دارد که در آن مکان‌ها ذرات با هم برخورد می‌کنند. هفت شناساگر، هرکدام به گونه‌ای طراحی شده‌اند تا پدیده‌های متفاوتی را تشخیص دهند که حول تقاطع تقاطع واقع شده‌اند. LHC در وهله اول پرتوهای پروتونی را برخورد می‌دهد، اما همچنین قادر است اشعه‌هایی از یون‌های سنگین همچون سرب را شتاب داده تا برخوردهای سرب-سرب و پروتون-سرب را اغلب به مدت یک ماه در سال انجام دهد.

هدف LHC این است تا امکان آزمایش پیش‌بینی‌های مرتبط با نظریات مختلف در فیزیک ذرات را به فیزیکدانان دهد که شامل این موارد است: سنجش خواص بوزون هیگز،[۱۰] جست و جو برای خانواده بزرگی از ذرات جدید پیش‌بینی شده توسط ابرتقارن[۱۱] و سایر مسائل لاینحل در فیزیک ذرات.

پس‌زمینه[ویرایش]

اصطلاح هادرون به ذرات مرکب زیراتمی اشاره دارد که متشکل از کوارک‌ها است که توسط نیروی قوی به هم چسبیده‌اند (مشابه روشی که اتم‌ها و مولکول‌ها با کمک نیروی الکترومغناطیس به هم چسبیده‌اند).[۱۲] شناخته شده‌ترین هادرون‌ها شامل باریون‌هایی چون پروتون‌ها و نوترون‌هاست؛ همچنین هادرون‌ها شامل مزون‌هایی چون پیون‌ها و کائون‌هاست که طی آزمایش‌های پرتوهای کیهانی در اواخر دهه ۱۹۴۰ و اوایل ۱۹۵۰ میلادی کشف شدند.[۱۳]

برخورددهنده نوعی شتاب‌دهنده ذرات است که دو پرتوی ذرات را در جهت مخالف چنان به سوی هم می‌آورد که با یکدیگر برخوردکنند. در فیزیک ذرات، گرچه که ساخت برخورددهنده‌ها سخت‌تر اند، اما ابزار تحقیقاتی قدرتمندی اند، چرا که نسبت به چیدمان‌های «هدف ثابت» دارای مرکز ثقل انرژی بالاتری می‌باشند.[۱] تحلیل محصولات جانبی چنین برخوردهایی به دانشمندان شواهد خوبی از ساختار جهان زیراتمی و قوانین طبیعت حاکم بر آن‌ها را ارائه می‌نماید. بسیاری از این محصولات جانبی تنها در برخوردهایی با انرژی بالا تولید شده و پس از بازه‌های زمانی بسیار کوتاهی واپاشی می‌نمایند. ازین رو مطالعه بسیاری از آن‌ها به طرق دیگر سخت یا تقریباً غیرممکن است.[۱۴]

اهداف[ویرایش]

بسیاری از فیزیک‌دانان امیدوارند که برخورددهنده هادرونی بزرگ به یافتن پاسخ برخی از سؤالات بنیادین باز در فیزیک کمک کند، سؤالاتی در رابطه با قوانین پایه‌ای حاکم بر برهمکنش‌ها و نیروهای بین اشیاء بنیادی، ساختار عمیق فضا و زمان و بخصوص روابط درونی بین مکانیک کوانتومی و نسبیت عام.[۱۵]

همچنین برای فهمیدن این که احتمال درستی کدام نسخه از مدل‌های علمی کنونی وجود دارد به داده‌های بیشتری از آزمایش‌های ذرات پرانرژی نیاز است، بخصوص برای انتخاب بین مدل استاندارد و مدل بدون هیگز و ارزیابی پیش‌بینی‌هایشان و نتیجتاً توسعه نظری بیشتر.

مسائلی که در برخوردهای LHC مورد کاوش قرار گرفته شامل این موارد اند:[۱۶][۱۷]

سایر سؤالات بازی که ممکن است با استفاده از برخورد ذرات پر انرژی مورد کاوش قرار گیرد ازین قرارند:

خط زمانی عملیات[ویرایش]

تاریخ رویداد
۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ سرن با موفقیت اولین پروتون‌ها را حول کل مدار تونلی طی مراحلی شلیک کرد.
۱۹ سپتامبر ۲۰۰۸ فرونشانی مغناطیسی[معادل ۳] در حدود ۱۰۰ آهنربای خمیده در قطاع‌های ۳ و ۴ رخ دادند که موجب از دست رفتن حدود ۶ تن هلیوم مایع گشت.
۳۰ سپتامبر ۲۰۰۸ اولین برخوردهای پرانرژی برنامه‌ریزی شدند اما به دلیل سانحه عقب افتادند.[۲۹]
۱۶ اکتبر ۲۰۰۸ سرن تحلیل مقدماتی سانحه را منتشر نمود.
۲۱ اکتبر ۲۰۰۸ افتتاح رسمی
۵ دسامبر ۲۰۰۸ سرن تحلیل مفصلی را منتشر نمود.
۲۰ نوامبر ۲۰۰۹ اشعه‌های کم-انرژی در تونل برای اولین بار از وقوع سانحه چرخش یافت.[۳۰]
۲۳ نوامبر ۲۰۰۹ اولین برخورد ذرات در تمامی چهار آشکارساز در انرژی ‎450 GeV‏ روی دادند.
۳۰ نوامبر ۲۰۰۹ LHC اولین شتابدهنده ذرات پرانرژی جهان می‌شود که به ‎1.18 TeV‏ در هر اشعه رسیده و رکورد ‎0.98 TeV‏ به ازای هر پرتو که به مدت هشت سال در دست تواترون بود را شکست.
۱۵ دسامبر ۲۰۰۹ اولین نتایج علمی، ۲۸۴ برخورد در آشکارساز آلیس را پوشش می‌دهد.[۳۱]
خاموشی طویل ۱
۷ مارس ۲۰۱۵ تزریق تست‌ها برای اجرای دوم و ارسال پروتون‌ها به سمت LHCb و ALICE.
۱۲ نوامبر ۲۰۱۸ پایان عملیات پروتون ۲۰۱۸ در سرن.[۳۲]
۱۰ دسامبر ۲۰۱۸ پایان عملیات فیزیک ۲۰۱۸ و شروع خاموشی طویل ۲.[۳۲]
خاموشی طویل ۲
۲۲ آوریل ۲۰۲۲ LHC مجدداً عملیاتی می‌شود.[۳۳][۳۴]

جستارهای وابسته[ویرایش]

معادل‌ها[ویرایش]

  1. strange matter
  2. jet quenching
  3. magnetic quench

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ "The Large Hadron Collider". CERN.
  2. Joel Achenbach (March 2012). "The God Particle". National Geographic Magazine. Archived from the original on 25 February 2008. Retrieved 25 February 2008.
  3. Highfield, Roger (16 September 2008). "Large Hadron Collider: Thirteen ways to change the world". The Daily Telegraph. London. Archived from the original on 24 September 2009. Retrieved 10 October 2008.
  4. "CERN LHC sees high-energy success". BBC News. 30 March 2010. Retrieved 30 March 2010.
  5. "LHC to run at 4 TeV per beam in 2012". Media and Press Relations (Press release). CERN. 13 February 2012.
  6. Jonathan Webb (5 April 2015). "Large Hadron collider restarts after pause". BBC. Retrieved 5 April 2015.
  7. O'Luanaigh, Cian. "Proton beams are back in the LHC". CERN. Retrieved 24 April 2015.
  8. Rincon, Paul (3 June 2015). "Large Hadron Collider turns on 'data tap'". Retrieved 28 August 2015.
  9. Webb, Jonathan (21 May 2015). "LHC smashes energy record with test collisions". Retrieved 28 August 2015.
  10. "Missing Higgs". CERN. 2008. Retrieved 10 October 2008.
  11. "Towards a superforce". CERN. 2008. Retrieved 10 October 2008.
  12. "LHCb – Large Hadron Collider beauty experiment". lhcb-public.web.cern.ch.
  13. Street, J.; Stevenson, E. (1937). "New Evidence for the Existence of a Particle of Mass Intermediate Between the Proton and Electron". Physical Review. 52 (9): 1003. Bibcode:1937PhRv...52.1003S. doi:10.1103/PhysRev.52.1003. S2CID 1378839.
  14. "The Physics". ATLAS Experiment at CERN. 26 March 2015.
  15. Overbye, Dennis (15 May 2007). "CERN – Large Hadron Collider – Particle Physics – A Giant Takes On Physics' Biggest Questions". The New York Times (به انگلیسی). ISSN 0362-4331. Retrieved 23 October 2019.
  16. Giudice, G. F. (2010). A Zeptospace Odyssey: A Journey Into the Physics of the LHC. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-958191-7. Archived from the original on 1 November 2013. Retrieved 11 August 2013.
  17. Brian Greene (11 September 2008). "The Origins of the Universe: A Crash Course". The New York Times. Retrieved 17 April 2009.
  18. "... in the public presentations of the aspiration of particle physics we hear too often that the goal of the LHC or a linear collider is to check off the last missing particle of the Standard Model, this year's Holy Grail of particle physics, the Higgs boson. The truth is much less boring than that! What we're trying to accomplish is much more exciting, and asking what the world would have been like without the Higgs mechanism is a way of getting at that excitement." – Chris Quigg (2005). "Nature's Greatest Puzzles". Econf C. 040802 (1). arXiv:hep-ph/0502070. Bibcode:2005hep.ph....2070Q.
  19. "Why the LHC". CERN. 2008. Retrieved 28 September 2009.
  20. "Accordingly, in common with many of my colleagues, I think it highly likely that both the Higgs boson and other new phenomena will be found with the LHC."..."This mass threshold means, among other things, that something new – either a Higgs boson or other novel phenomena – is to be found when the LHC turns the thought experiment into a real one."Chris Quigg (February 2008). "The coming revolutions in particle physics". Scientific American. 298 (2): 38–45. Bibcode:2008SciAm.298b..46Q. doi:10.1038/scientificamerican0208-46. OSTI 987233. PMID 18376670.
  21. Shaaban Khalil (2003). "Search for supersymmetry at LHC". Contemporary Physics. 44 (3): 193–201. Bibcode:2003ConPh..44..193K. doi:10.1080/0010751031000077378. S2CID 121063627.
  22. Alexander Belyaev (2009). "Supersymmetry status and phenomenology at the Large Hadron Collider". Pramana. 72 (1): 143–160. Bibcode:2009Prama..72..143B. doi:10.1007/s12043-009-0012-0. S2CID 122457391.
  23. Anil Ananthaswamy (11 November 2009). "In SUSY we trust: What the LHC is really looking for". New Scientist.
  24. Lisa Randall (2002). "Extra Dimensions and Warped Geometries" (PDF). Science. 296 (5572): 1422–1427. Bibcode:2002Sci...296.1422R. doi:10.1126/science.1072567. PMID 12029124. S2CID 13882282. Archived from the original (PDF) on 7 October 2018. Retrieved 3 September 2008.
  25. Panagiota Kanti (2009). "Black Holes at the Large Hadron Collider". Physics of Black Holes. Lecture Notes in Physics. Vol. 769. pp. 387–423. arXiv:0802.2218. Bibcode:2009LNP...769..387K. doi:10.1007/978-3-540-88460-6_10. ISBN 978-3-540-88459-0. S2CID 17651318.
  26. "Heavy ions and quark–gluon plasma". CERN. 18 July 2012.
  27. "LHC experiments bring new insight into primordial universe". Media and Press Relations (Press release). CERN. 26 November 2010. Retrieved 2 December 2010.
  28. Aad, G.; et al. (ATLAS Collaboration) (2010). "Observation of a Centrality-Dependent Dijet Asymmetry in Lead–Lead Collisions at sNN = 2.76 TeV with the ATLAS detector at the LHC". Physical Review Letters. 105 (25): 252303. arXiv:1011.6182. Bibcode:2010PhRvL.105y2303A. doi:10.1103/PhysRevLett.105.252303. PMID 21231581.
  29. Stephen Myers (4 October 2013). "The Large Hadron Collider 2008-2013". International Journal of Modern Physics A. 28 (25): 1330035-1–1330035-65. Bibcode:2013IJMPA..2830035M. doi:10.1142/S0217751X13300354.
  30. "The LHC is back". Media and Press Relations (Press release). CERN. 20 November 2009. Retrieved 13 November 2016.
  31. "LHC sets new world record". Media and Press Relations (Press release). CERN. 30 November 2009. Retrieved 2016-11-13.
  32. ۳۲٫۰ ۳۲٫۱ "LHC Report: Another run is over and LS2 has just begun…". CERN.
  33. "Al Cern riavviato LHC, il più grande acceleratore di particelle" [LHC, the largest particle accelerator, restarted at CERN]. Askanews (به ایتالیایی). 22 April 2022. Retrieved 22 April 2022.
  34. Keane, Sean (22 April 2022). "CERN's Large Hadron Collider Restarts After Three-Year Upgrade". CNET. Retrieved 22 April 2022.

پیوند به بیرون[ویرایش]

مستندات کاملی در رابطه با طراحی و ساخت LHC و شش شناساگرش (۲۰۰۸):

ویدئو
اخبار