Vysvětleno: Co je Velký hadronový urychlovač, který je nyní připraven hledat odpovědi na základní otázky částicové fyziky?

By | 5 července, 2022

Nejvýkonnější urychlovač částic na světě, Velký hadronový urychlovač (LHC), začne od 5. července rozbíjet do sebe protony v bezprecedentních úrovních energie.

Vědci budou zaznamenávat a analyzovat data, od kterých se očekává, že přinesou důkazy o „nové fyzice“ – nebo o fyzice nad rámec Standardního modelu částicové fyziky, která vysvětluje, jak základní stavební kameny hmoty interagují a řídí se čtyřmi základními silami.

LHC

Velký hadronový urychlovač je obří, komplexní stroj postavený ke studiu částic, které jsou nejmenšími známými stavebními kameny všech věcí.

Strukturálně se jedná o 27 km dlouhou trať-smyčku pohřbenou 100 metrů pod zemí na švýcarsko-francouzské hranici. Ve svém provozním stavu vystřeluje dva paprsky protonů téměř rychlostí světla v opačných směrech uvnitř prstence supravodivých elektromagnetů.

Magnetické pole vytvořené supravodivými elektromagnety udržuje protony v těsném svazku a vede je po cestě, když procházejí trubicemi svazku a nakonec se srazí.

„Těsně před srážkou se používá jiný typ magnetu, který „stlačí“ částice blíže k sobě, aby se zvýšila šance na srážky. Částice jsou tak malé, že úkol přimět je, aby se srazily, je podobný vystřelení dvou jehel vzdálených 10 km od sebe s takovou přesností, že se setkají na půli cesty,“ uvádí Evropská organizace pro jaderný výzkum (původně Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire neboli CERN, ve francouzštině), která provozuje komplex urychlovačů částic, ve kterém je umístěn LHC.

Protože výkonné elektromagnety LHC přenášejí téměř tolik proudu jako blesk, musí být chlazeny. LHC využívá distribuční systém kapalného hélia k udržení jeho kritických komponent ultrachladných na minus 271,3 stupňů Celsia, což je chladnější než mezihvězdný prostor. Vzhledem k těmto požadavkům není snadné gigantický stroj zahřát nebo zchladit.

Nejnovější upgrade

Tři roky poté, co byl odstaven z důvodu údržby a modernizací, byl urychlovač znovu zapnut letos v dubnu. Toto je třetí spuštění LHC a od úterý bude fungovat nepřetržitě po dobu čtyř let při bezprecedentních energetických úrovních 13 tera elektronvoltů. (TeV je 100 miliard neboli 10 ku 12 elektronovým voltům. Elektronvolt je energie, která je elektronu dána jeho urychlením prostřednictvím rozdílu elektrického potenciálu o 1 volt.)

„Naším cílem je zajistit 1,6 miliardy proton-protonových srážek za sekundu“ pro experimenty ATLAS a CMS, řekl podle zprávy AFP vedoucí urychlovačů a technologie CERN Mike Lamont. Tentokrát budou protonové paprsky zúženy na méně než 10 mikronů – lidský vlas má tloušťku kolem 70 mikronů – aby se zvýšila rychlost kolize, řekl.

(ATLAS je největší experiment s detektorem částic pro obecné použití na LHC; experiment Compact Muon Solenoid (CMS) je jednou z největších mezinárodních vědeckých spoluprací v historii, se stejnými cíli jako ATLAS, ale používá jiný design magnetového systému. )

Předchozí běhy a objev „božích částic“.

Před deseti lety, 4. července 2012, oznámili vědci z CERNu světu objev Higgsova bosonu neboli „boží částice“ během prvního běhu LHC. Tento objev uzavřel desetiletí trvající hledání subatomární částice „přenášející sílu“ a prokázal existenci Higgsova mechanismu, teorie předložené v polovině šedesátých let.

To vedlo k udělení Nobelovy ceny za fyziku v roce 2013 Peteru Higgsovi a jeho spolupracovníkovi Françoisi Englertovi. Higgsův boson a jeho související energetické pole sehrály při vzniku vesmíru zásadní roli.

Druhý běh LHC (běh 2) začal v roce 2015 a trval do roku 2018. Druhá sezóna sběru dat přinesla pětkrát více dat než běh 1.

Třetí jízda zaznamená 20krát více kolizí ve srovnání s jízdou 1.

„Nová fyzika“

Po objevu Higgsova bosonu začali vědci nasbíraná data používat jako nástroj k nahlédnutí za standardní model, který je v současnosti nejlepší teorií nejzákladnějších stavebních kamenů vesmíru a jejich interakcí.

Vědci z CERN říkají, že nevědí, co Run 3 odhalí; naděje je využít srážky k dalšímu pochopení takzvané „temné hmoty“.

Zpravodaj | Kliknutím dostanete do své doručené pošty nejlepší vysvětlení dne

Předpokládá se, že tato těžko detekovatelná, očekávaná částice tvoří většinu vesmíru, ale je zcela neviditelná, protože neabsorbuje, neodráží ani nevyzařuje světlo.

Luca Malgeri, vědec z CERN, řekl agentuře Reuters: „Vědci z CERNu doufají, že by mohl být spatřen, byť jen letmo, v troskách miliard kolizí, stejně jako Higgsův boson.“

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.