Collider Dezlegat! Lhc Își Va Lovi În Curând Puterea

{h1}

Pentru prima dată, lhc își va atinge în curând energia țintă și, probabil, mai multe. Omul de știință fermilab, don lincoln, dezvăluie felurile de niveluri de energie nebunește pe care le vom vedea și cum fasciculele incredibil de luminoase pot răspunde la întrebări fundamentale despre natura

Don Lincoln este un om de știință principal la Fermilab, Departamentul de Energie al SUA, cea mai mare instituție de cercetare a coliziunilor de Hadron din Statele Unite. De asemenea, scrie despre știință pentru public, inclusiv recentul său „The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Things That Will Blow Your Mind” (Johns Hopkins University Press, 2014). Îl poți urma pe Facebook. Opiniile de aici sunt ale sale. Lincoln a contribuit cu acest articol la Live Voice's Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Dacă ești un grup științific și nu ți-ar plăcea nimic mai bun decât pentru ca o teorie științifică să fie răsturnată și înlocuită cu ceva mai nou și mai bun, atunci 2016 ar putea fi anul tău. Cel mai mare accelerator de particule din lume, Large Hadron Collider (LHC), își reia operațiunile după o pauză în lunile de iarnă, când costul pentru electricitate în Franța este cel mai mare.

Deci de ce este o afacere atât de mare încât LHC să revină online? Pentru că acesta este anul în care acceleratorul va funcționa la ceva ce se apropie de specificațiile sale de proiectare. Oamenii de știință vor sparge pedala de gaz pe podea, vor înlocui furtunul de foc larg deschis, vor roti butonul amplificatorului până la unsprezece sau vor adopta orice metaforă doriți. Anul acesta este primul an real al operațiunilor LHC la scară completă.

Un zdrobitor de particule a renăscut

Acum, dacă de fapt sunt un grup de științe, știți care este LHC și probabil ați auzit despre unele dintre realizările sale. Știi că împinge două raze de protoni care călătoresc aproape la viteza luminii. Știți că oamenii de știință care folosesc LHC au găsit bosonul Higgs. Știți că această minune este cel mai mare dispozitiv științific construit vreodată.

Deci, ce este diferit acum? Ei bine, să ne întoarcem în timp până în 2008, când LHC a circulat primele grinzi. La acel moment, cel mai mare accelerator de particule din lume era Fermilab Tevatron al Departamentului pentru Energie al SUA, care a ciocnit fascicule la o putere de 2 trilioane de electroni volți (TeV) de energie și cu o luminozitate a fasciculului de aproximativ 2 × 1032 cm-2 s-1. Termenul tehnic pentru luminozitatea fasciculului este „luminozitate instantanee” și practic este o densitate. Mai exact, când un fascicul trece printr-o țintă, luminozitatea instantanee (L) este numărul de particule pe secundă dintr-un fascicul care trece o locație (ΔNB/ Δt) împărțit la aria fasciculului (A), înmulțit cu numărul de ținte (N)T), L = ΔNB/ Δt × (1 / A) × NT. (Și ținta poate fi un alt fascicul.)

Cea mai simplă analogie care vă va ajuta să înțelegeți această cantitate este o sursă de lumină și o lupă. Puteți crește „luminozitatea” luminii prin creșterea luminozității sursei de lumină sau prin focalizarea luminii mai strâns. Este la fel cu un fascicul. Puteți crește luminozitatea instantanee prin creșterea numărului de fascicule sau particule țintă sau prin concentrarea fasciculului într-o zonă mai mică.

LHC a fost construit pentru a înlocui Tevatronul și a numărat deja numărul impresionant de performanță al mașinii. Noul accelerator a fost proiectat să colizioneze fascicule cu o energie de coliziune de 14 TeV și să aibă o luminozitate a fasciculului - luminozitate instantanee - de cel puțin 100 × 1032 cm-2 s-1. Deci, energia fasciculului trebuia să fie de șapte ori mai mare, iar luminozitatea fasciculului va crește de 50 până la 100 de ori.

Din păcate, în 2008, un defect de proiectare a fost descoperit în LHC când un scurtcircuit electric a provocat daune severe, necesitând reparația a doi ani. În plus, atunci când LHC a funcționat, în 2010, a funcționat la jumătate din energia de proiectare (7 TeV) și la o luminozitate a fasciculului practic aceeași cu cea a Fermilab Tevatron. Energia mai scăzută a fost aceea de a oferi o marjă mare de siguranță, deoarece defectul de proiectare a fost doar plasat, nu complet reproiectat.

Situația sa îmbunătățit în 2011, când luminozitatea fasciculului a ajuns la 30 × 1032 cm-2 s-1, deși cu aceeași energie a fasciculului. În 2012, energia fasciculului a fost ridicată la 8 TeV, iar luminozitatea fasciculului a fost mai mare, atingând un nivel maxim de 65 × 10.32 cm-2 s-1.

LHC a fost oprit în 2013 și 2014 pentru a retrofita acceleratorul, pentru a face să funcționeze în siguranță la un nivel mai aproape de specificațiile de proiectare. Retrofiturile au constat în majoritate din măsuri suplimentare de siguranță industrială care au permis o mai bună monitorizare a curenților electrici din LHC. Acest lucru ajută să vă asigurați că nu există scurtcircuite electrice și că există o aerisire suficientă. Evacuarea nu garantează ruperea catastrofală a magneților LHC (care conduc grinzile) în cazul în care lichidele criogenice - heliu și azot - în magneți se încălzește și se transformă într-un gaz. În 2015, LHC a reluat operațiunile, de această dată la 13 TeV și cu o luminozitate a fasciculului de 40 × 1032 cm-2 s-1.

Deci, ce se așteaptă în 2016?

LHC va rula la 13 TeV și cu o luminozitate a fasciculului care este de așteptat să se apropie de 100 × 1032 cm-2 s-1 și poate chiar depășește ușor această marcă. În esență, LHC va funcționa conform specificațiilor de proiectare.

În plus, există o schimbare tehnică în 2016. Protonii din grinzile LHC vor fi răspândiți mai uniform în jurul inelului, reducând astfel numărul de protoni care se ciocnesc simultan, rezultând date mai bune care sunt mai ușor de interpretat.

La nivel tehnic, este interesant. Un fascicul de particule nu este continuu ca un fascicul laser sau apă care iese dintr-un furtun. În schimb, fasciculul vine în câteva mii de „buchete” distincte. O grămadă arată cam ca un băț de spaghete necoapte, cu excepția faptului că este cam la un picior lung și mult mai subțire - aproximativ 0,3 milimetri, de cele mai multe ori. Aceste buchete călătoresc în uriașul cerc de 27 de kilometri (LHC), care este separat de celelalte buchete la o distanță care (până acum) a fost de aproximativ 50 de metri (15 metri).

Modificarea tehnică din 2016 este de a lua același număr de protoni cu fascicul (aproximativ 3 × 10)14 protoni) și împărțiți-le în 2.808 buchete, fiecare separat nu de 50 de picioare, ci de 25,6 de picioare (7,6 m). Aceasta dublează numărul de buchete, dar reduce jumătate numărul de protoni din fiecare buchet. (Fiecare buchet conține aproximativ 1011 protoni.)

Deoarece LHC are același număr de protoni, dar separați în mai multe buchete, asta înseamnă că atunci când două buche se încrucișează și se ciocnesc în centrul detectorului, există mai puține coliziuni pe traversare. Deoarece majoritatea coliziunilor sunt lucruri plictisitoare și cu consum redus de energie, având multe dintre ele în același timp în care apare o coliziune interesantă, doar înghesuie datele.

În mod ideal, doriți să aveți doar o coliziune interesantă și nici una simultan plictisitoare. Această schimbare a distanței de separare a buchetului de la 50 de picioare la 25 de picioare aduce colectarea de date mai aproape de ideal.

Grinzi luminoase

Un alt element crucial de proiectare este fasciculul integrat. Luminozitatea fasciculului (luminozitate instantanee) este legată de numărul de coliziuni de protoni pe secundă, în timp ce fasciculul integrat (luminozitate integrată) este legat de numărul total de ciocniri care apar pe măsură ce cele două fascicule contra-rotative trec continuu prin detector. Luminozitatea integrată este ceva care se adaugă pe parcursul zilelor, lunilor și anilor.

Unitatea de luminozitate integrată este un pb-1. Această unitate este un pic confuză, dar nu atât de rău. „B” în „pb” înseamnă un hambar (mai mult pe atât într-o clipă). Un hambar este de 10-24 cm2. Un picobarn (pb) este 10-36 cm2. Termenul "hambar" este o unitate de suprafață și provine dintr-un alt termen de fizică a particulelor numit secțiune transversală, care este legat de cât de probabil este ca două particule să interacționeze și să genereze un rezultat specific. Două obiecte care au o suprafață eficientă mare vor interacționa ușor, în timp ce obiectele cu o suprafață eficientă mică vor interacționa mai rar.

Un obiect cu o suprafață a unui hambar este un pătrat cu o lungime de 10-12 cm. Adică dimensiunea nucleului unui atom de uraniu.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, fizicienii de la Universitatea Purdue din Indiana lucrau cu uraniu și aveau nevoie să-și mascheze munca din motive de securitate. Așa că au inventat termenul „hambar”, definindu-l ca o zonă despre dimensiunea unui nucleu de uraniu. Având în vedere cât de mare este această zonă în ochii fizicienilor nucleari și a particulelor, oamenii de știință Purdue au cooptat sintagma „la fel de mare ca un hambar”. În lumea luminozității, cu unitățile sale de (1 / hambar), numere mici înseamnă mai multă luminozitate.

Această tendință este evidentă în luminozitatea integrată observată în LHC în fiecare an, deoarece oamenii de știință și-au îmbunătățit capacitatea de a acționa acceleratorul. Luminozitatea integrată în 2010 a fost de 45 pb-1. În 2011 și 2012, a fost de 6.100 pb-1 și 23.300 pb-1, respectiv. Pe măsură ce timpul a trecut, acceleratorul a rulat mai fiabil, rezultând un număr mult mai mare de coliziuni înregistrate.

Deoarece acceleratorul a fost reconfigurat în timpul opririi din 2013 până în 2014, luminozitatea a fost mai mică în 2015, ajungând la 4.200 pb-1, cu toate că, desigur, la o energie a fasciculului mult mai mare. Proiecția din 2016 ar putea ajunge la 35.000 pb-1. Creșterea prevăzută reflectă doar încrederea crescută a operatorilor de accelerator în capacitatea lor de a opera instalația.

Acest lucru înseamnă că în 2016, am putea înregistra, de fapt, de opt ori mai multe date decât am făcut-o în 2015. Și este de așteptat ca 2017 să aducă performanțe și mai mari.

Iluminând noi științe

Să ne gândim la ce înseamnă aceste îmbunătățiri. Când LHC s-a ciocnit pentru prima dată, în 2010, bosonul Higgs era încă de observat. Pe de altă parte, particula era deja prevăzută și existau dovezi circumstanțiale bune care să se aștepte ca Higgs să fie descoperit. Și, fără îndoială, trebuie admis că descoperirea bosonului Higgs a fost un enorm triumf științific.

Dar confirmarea particulelor anterioare, oricât de impresionante, nu este motivul pentru care LHC a fost construit.

Teoria actuală a oamenilor de știință despre lumea particulelor se numește Modelul Standard și a fost dezvoltată la sfârșitul anilor '60, acum o jumătate de secol. Deși este o teorie incredibil de reușită, se știe că are găuri. Deși explică de ce particulele au masă, nu explică de ce unele particule au mai multă masă decât altele. Nu explică de ce există atât de multe particule fundamentale, având în vedere că sunt necesare doar o mână de ele pentru a constitui materia obișnuită a atomilor și a cățelușilor și a pizza. Nu explică de ce universul este compus doar din materie, când teoria prevede că materia și antimateria ar trebui să existe în cantități egale. Nu identifică materia întunecată, de cinci ori mai răspândită decât materia obișnuită și este necesar să explicăm de ce galaxiile se rotește într-un mod impunător și nu se rup.

Dacă sunteți un expert de actualitate - cercetător, lider de afaceri, autor sau inovator - și doriți să contribuiți la o piesă op, editați-ne aici.

Dacă sunteți un expert de actualitate - cercetător, lider de afaceri, autor sau inovator - și doriți să contribuiți la o piesă op, editați-ne aici.

Când ajungeți corect la ea, există o mulțime de lucruri pe care Modelul Standard nu le explică. Și în timp ce există tone de idei despre teorii noi și îmbunătățite care ar putea să o înlocuiască, ideile sunt ieftine. Trucul este să afli care este ideea corectă.

Acolo vine LHC. LHC poate explora ce se întâmplă dacă expunem materia la condiții din ce în ce mai severe. Folosind ecuația lui Einstein E = mc2, putem vedea cum energiile cu coliziune mare realizabile doar în LHC sunt transformate în forme ale materiei niciodată văzute. Putem trece prin datele LHC pentru a găsi indicii care ne indică în direcția corectă, pentru a da seama, în viitor, a următoarei teorii mai mari și mai eficiente. Putem face un alt pas către obiectivul nostru final de a găsi o teorie a tuturor.

Cu LHC care funcționează acum la specificații de design esențial, putem folosi în sfârșit mașina pentru a face ceea ce am construit-o pentru: să explorăm noi tărâmuri, să investigăm fenomene niciodată văzute și, furând o linie din emisiunea mea de televiziune preferată, „să mergem cu îndrăzneală. unde nu a mai trecut nimeni înainte ”. Noi oamenii de știință suntem încântați Suntem prosti. Suntem pompați. De fapt, nu poate exista decât o modalitate de a exprima modul în care vedem acest an următor:

Este spectacol.

Obțineți mai multă perspectivă asupra modului de funcționare a luminilor de iluminat, de ce supercolliderii nu creează găuri negre și multe altele Pagina de destinație Expert Voices a lui Don Lincoln.

Urmăriți toate problemele și dezbaterile Expert Voices - și deveniți parte a discuției - pe Facebook, Twitter și Google+. Opiniile exprimate sunt cele ale autorului și nu reflectă neapărat opiniile editorului. Această versiune a articolului a fost publicată inițial pe WordsSideKick.com.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Renunțarea La Junk Food Este Ca Retragerea Drogurilor, Sugerează Studiul
Renunțarea La Junk Food Este Ca Retragerea Drogurilor, Sugerează Studiul

Un Cutremur De 7,0 Magnitudini Tocmai A Zguduit Alaska
Un Cutremur De 7,0 Magnitudini Tocmai A Zguduit Alaska

Cum Se Calculează Numărul De Calorii?
Cum Se Calculează Numărul De Calorii?

7 Descoperiri Îndepărtate Despre Începuturile Universului
7 Descoperiri Îndepărtate Despre Începuturile Universului

Icoane Și Cascade Înghețate: Peșterile De Gheață Ale Insulelor Apostol
Icoane Și Cascade Înghețate: Peșterile De Gheață Ale Insulelor Apostol


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com