Nos arredores de Genebra, uma bela cidade suíça, há um centro de ciências que pode ser alcançado por transporte público. Um grande complexo de edifícios é a sede do CERN (você ouviu falar sobre isso recentemente no contexto da demissão de cientistas russos), onde cientistas associados e colaborando com a Organização Europeia de Pesquisa Nuclear realizam pesquisas no campo da física de altas energias. Existem milhares de trabalhadores técnicos e mais cientistas, incluindo várias centenas de poloneses.
Embora o tamanho da instalação terrestre seja impressionante, seu verdadeiro poder está escondido apenas no subsolo, onde existem grandes anéis de túneis nos quais partículas elementares são aceleradas a velocidades tremendas, às vezes próximas à velocidade da luz. Em seguida, seus fluxos são introduzidos em instrumentos científicos, onde diferentes fluxos de partículas colidem e surgem novas físicas.
Túnel do LHC no CERN perto de Genebra. De cima você pode ver o Lago Genebra e o aeroporto de Genebra.
Bem, não completamente novo, porque muitas vezes é previsto pelos teóricos, mas também pela física, que para a pessoa comum é algo muito exótico, muitas vezes além da mente. A pesquisa consome enormes somas, mas é uma despesa necessária, talvez mais do que os bilhões desperdiçados no projeto do foguete SLS da NASA, que recentemente retornou ao hangar com o rabo entre as pernas após tentativas fracassadas de reabastecimento de hidrogênio líquido.
As equipes que trabalham no CERN geralmente consistem em várias dezenas ou mais de cientistas. Por sua vez, as conclusões são muitas vezes curtas e concisas. É por isso que acontece que os artigos que os descrevem têm o mesmo tamanho que a lista de autores.
A pesquisa que está sendo feita no CERN significa que ele pode ser considerado um terreno fértil para muitos vencedores do Prêmio Nobel. Foi aí que a história da WWW começou a melhorar a comunicação entre as equipes de pesquisa e a explorar a manipulação dos enormes bancos de dados coletados durante cada experimento. Embora a lógica da exploração espacial seja difícil de entender, os sucessos do CERN, como técnicas de imagens médicas ou técnicas de neutralização de resíduos nucleares, não podem ser questionados de forma alguma.
Estados Membros e Observadores do CERN
O CERN atualmente tem 23 países (a Polônia é membro desde 1991, antes disso era um observador) e muitos países com status de observador.
Como você pode ver, ao longo das décadas de trabalho do CERN, houve muito o que comemorar.
Física de alta energia é exatamente o que o nome sugere.
A física de alta energia (física de partículas elementares) é caracterizada pelo fato de que o grau de avanço da pesquisa depende da energia que somos capazes de transmitir a uma partícula ou partículas. Quanto maior a energia, mais partículas interessantes podem surgir, mais somos capazes de estudar as leis elementares, interações e fenômenos que ocorrem no mundo das partículas elementares (que às vezes deixam de ser elementares quando o experimento confirma a existência de ainda mais constituintes elementares da matéria).
A física de alta energia também requer movimento por parte da equipe do CERN. Afinal, você precisa de alguma forma chegar aos elementos individuais do acelerador no túnel
Na física de alta energia, a energia é expressa em elétron-volts. Um elétron-volt é a energia que um elétron ganha/perde ao se mover em um campo elétrico de 1 volt. Como cada partícula tem uma massa diferente, a mesma energia dada a ela não significa a mesma velocidade. A maneira mais fácil é acelerar os elétrons, muito mais difícil – prótons e nêutrons, e este não é o fim da coleção conhecida de partículas. Na verdade, tudo está apenas começando.
A teoria prevê a existência de várias partículas cuja interação só pode ser revelada a nós em energias muito altas. Eles fazem parte de vários modelos da existência e criação do Universo, também podem ser portas de entrada para formas de manipulação da matéria hoje desconhecidas.
Muitos deles existem em nossa realidade por apenas frações de segundo muito pequenas (bilionésimos ou até muito menos), e depois decaem em partículas mais fortes, às vezes aniquilando, de modo que os instrumentos de pesquisa devem detectá-los rapidamente após a formação de outras partículas como resultado de colisões.
A física de alta energia é muito interessante, mas ao mesmo tempo é difícil considerá-la intuitiva para uma pessoa que tenta entendê-la diretamente. Felizmente, o básico é simples e as explicações das observações são tão claras que não há necessidade de uma introdução complicada quando as descobertas são anunciadas.
O CERN é uma instituição que está em constante expansão
Como os cientistas sempre se esforçaram para dar cada vez mais energia às partículas, foi necessário construir dispositivos cada vez maiores para acelerá-las, chamados de aceleradores. No entanto, Roma não foi construída em um dia, razão pela qual o CERN foi o primeiro a criar aceleradores que davam às partículas uma energia mais baixa. A primeira instalação desse tipo, desde 1957, acelerava partículas a uma energia de 600 MeV (megaeletronvolts, ou seja, milhões de elétronvolts). Para efeito de comparação, a massa do elétron, expressa em unidades usadas na física de partículas elementares, é 0,511 MeV/c 2 (isso decorre da fórmula m = E/c 2 ), e a massa do elétron é 938 MeV/c 2 .
Linac 4, um linac que inicialmente acelera íons de hidrogênio negativos.
Então, aceleradores cada vez mais poderosos se juntaram a eles à medida que as capacidades da geração anterior se esgotavam. Atualmente, o LHC, o Grande Colisor de Hádrons, está operando no CERN, localizado em um túnel de 27 km de extensão e 175 m de profundidade. Os mais antigos ainda funcionam e atuam como aceleradores de feixe de matéria original. O maior deles é o SPS (Superproton Synchrotron), localizado em um túnel de 7 km de extensão.
SPP interior, túnel com 7 km de comprimento
CURIOSIDADE: O hádron no nome do LHC é um termo para partículas compostas de quarks e glúons sem massa, ou seja, partículas elementares que medeiam interações fortes. Essas são as interações mais fortes conhecidas por nós, ao mesmo tempo atuando a uma distância muito curta, comparável ao tamanho, por exemplo, de um próton. Um hádron é, entre outras coisas, um próton, um nêutron.
FATO INTERESSANTE: Anteriormente, em todas as casas havia aceleradores lineares simples, ou seja, elétrons acelerando ao longo de uma linha. Faziam parte de cinescópios, televisores e monitores. Portanto, de tempos em tempos era necessário desmagnetizar a máscara do cinescópio e, em projetos não blindados, a dinâmica poderia atrapalhar a exibição correta da imagem.
O LHC substituiu o acelerador LEP (Large Electron Positron Collider) com uma energia de colisão superior a 200 GeV (gigaelectronvolts ou bilhões de electronvolts).
Após o encerramento do LEP em 2000, iniciou-se a instalação do equipamento de aceleração do LHC em um túnel sob a fronteira franco-suíça, que foi finalmente lançado em 2008. Este é capaz de fornecer energias de colisão ao nível de vários TeV ( teraelectronvolts, ou seja, trilhões de elétron-volts), mas esses valores foram alcançados gradativamente.
A operação do LHC é dividida nas chamadas partidas e longas paradas, onde os equipamentos são atualizados para atingir energias ainda maiores. O segundo período de desligamento (longa interrupção 2) acabou e o LHC está entrando em seu terceiro período de desligamento (Run3).
Após uma pausa de três anos, em 22 de abril de 2022, o LHC iniciou a terceira etapa de sua obra, que durará até 2026. Depois disso, será desligado novamente, atualizado pela terceira vez
Como funciona o BAC?
As partículas no LHC são aceleradas em um campo elétrico, e o campo magnético é usado para dobrar sua trajetória. Primeiro, o feixe de íons de hidrogênio e, em seguida, os próprios prótons são acelerados em aceleradores menores, primeiro para 160 MeV, depois para 2 GeV, depois para 25 GeV e, finalmente, para 450 GeV, e finalmente entram no túnel de 27 quilômetros do LHC. .
Para os interessados. Esquema do complexo acelerador do CERN. O LHC é a principal, mas não a única ferramenta em todo o ramo de dispositivos que aceleram partículas a enormes energias.
Quando um feixe de partículas no túnel do LHC atinge a energia apropriada, ele é ejetado em uma instalação de teste onde colide com outro feixe (daí o nome colisor). Portanto, quando falamos sobre a energia de colisão de 14 TeV no LHC, queremos dizer a colisão (semelhante à colisão de carros viajando em direções opostas) de feixes de partículas (neste caso, prótons) com uma energia de 7 TeV cada .
A aceleração com a ajuda de um campo elétrico, por razões óbvias, só é possível para partículas ou íons carregados. Feixes de partículas de carga neutra são gerados como resultado de colisões ou como resultado do decaimento de isótopos radioativos.
Seção transversal do tubo em que as partículas são aceleradas
As colisões ocorrem dentro dos detectores para vários propósitos. Por exemplo, o ATLAS é um detector universal. ALICE se concentra em observar as colisões de íons, que geralmente são partículas mais massivas, mas carregadas. Os outros dois detectores principais são CMS e LHCb. O primeiro é usado, entre outras coisas, para estudar os pressupostos do Modelo Padrão, incluindo os bósons de Higgs (a existência de partículas com propriedades semelhantes foi confirmada em 2012), bem como para procurar partículas que podem criar matéria escura ou fornecer portas para outras dimensões. A segunda centra-se na análise das diferenças entre matéria e antimatéria.
Esta foto mostra o tamanho do detector, por exemplo, ALICE
Стандартная модель является наиболее широко принятой теорией, Описывающей физику элементарных частиц и связанных с ними взаимодействий. Все, что происходит в нашей Вселенной, следует из Стандартной модели.
Какова была цель второй модернизации БАК?
На этом этапе LHC вошел в HL-LHC, или High Luminosity, Большого адронного коллайдера. Яркость в данном случае означает интенсивность пучка частиц, которая будет увеличена как минимум на порядок по сравнению с более ранней фазой работы БАК. Столкновения таких ярких пучков частиц представляют собой гораздо более богатые резервуары других частиц, а поскольку в такой физике важна вероятность, то чем больше явлений, тем больше шансов, что мы увидим самые интересные из них. Также будет собрано больше данных, это значит, что модернизация оборудования также заставит модернизировать компьютерную сеть в церн.
Модернизация до hl-lhc параллельно с текущей фазой экспериментов и, как ожидается, завершится примерно В 2027 году.
Между тем, в ходе второй модернизации бак была модернизирована часть комплекса, связанная с инжекцией пучков частиц и ионов в основной тоннель бак. Были установлены более сильные магниты, новые источники питания, способные генерировать ток силой 5500 А, а также повышен КПД местных электростанций, мощность которых измеряется мегаваттами (лишь два новых усилителя радиочастоты имеют мощность по 1,6 МВт каждый) ..
В существующих детекторах была заменена электроника, они были расширены, а в случае с LHCb они даже были построены с нуля, Alice обзавелся новыми сенсорами, которые увеличат количество детектирований в несколько десятков раз.
Также были подготовлены новые эксперименты FASER и SND @ LHC. Первый – обнаружение очень слабо взаимодействующих частиц, в Том числе тех, которые могут быть компонентами темной материи. Второй сосредоточится на наблюдении за нейтрино, также очень слабо взаимодействующей формой материи, не имеющей заряда, незначительной по массе, но способной нести много энергии. Нейтрино являются ключевыми частицами, среди прочего, в том, как функционируют астрономическит астрономическит астрономическит астрономическит астрономическит.
В настоящее время интенсивность потоков частиц в БАК будет постепенно увеличиваться, чаще будут достигаться высокие энергии, в том числе рекордные 13,6 ТэВ.
A última atualização significativa é a melhoria do sistema de proteção contra incêndio, que é capaz de detectar e sugar o ar nas áreas dos túneis do LHC mesmo a uma distância de 700 m. Com isso, o sistema de proteção contra incêndio no túnel de carros perto de Ursynow em Varsóvia torna-se algo muito simples, embora seja difícil comparar as duas soluções.
Fonte: CERN, inf. Está
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