Learn about getting involved at CERN
Lintuperspektiivikuva LHC:stä
(Luotto: CERN)
Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) on ylivoimaisesti tehokkain tähän mennessä rakennettu hiukkaskiihdytin. Päivityksen jälkeen LHC toimii nyt 7 kertaa suuremmalla energialla kuin mikään aiempi laite! LHC sijaitsee eurooppalaisessa hiukkasfysiikan laboratoriossa CERNissä Geneven lähellä Sveitsissä. CERN on maailman suurin laboratorio, ja se on omistautunut perustieteiden harjoittamiseen.
LHC:n avulla tutkijat voivat toistaa olosuhteet, jotka vallitsivat sekunnin miljardisosan sisällä alkuräjähdyksen jälkeen, törmäämällä toisiinsa suurienergisten protonien tai ionien säteitä valtavilla nopeuksilla, lähellä valonnopeutta. Tämä oli se hetki noin 13,7 miljardia vuotta sitten, jolloin maailmankaikkeuden uskotaan alkaneen energian ja aineen räjähdyksellä. Näinä ensimmäisinä hetkinä syntyivät kaikki maailmankaikkeuttamme muovaavat hiukkaset ja voimat, jotka määrittelivät sen, mitä nyt näemme.
Universumin evoluutio alkuräjähdyksen jälkeen
(Luotto: CERN)
LHC on juuri sitä, mitä sen nimikin kertoo – hadronien (mikä tahansa kvarkkien muodostama hiukkanen) suuri törmäytin. Tarkkaan ottaen LHC viittaa törmäytysautomaattiin, joka ansaitsee nimityksen ”suuri”, sillä se painaa yli 38 000 tonnia ja kulkee 27 kilometrin pituisen pyöreän tunnelin läpi 100 metriä maan alla. Hiukkaset etenevät kahdessa säteessä, jotka kiertävät LHC:n ympäri 11 000 kierrosta sekunnissa, massiivisten suprajohtavien magneettien ohjaamina! Nämä kaksi sädettä saadaan sitten risteämään, ja osa hiukkasista törmää suoraan toisiinsa.
Törmäytin on kuitenkin vain yksi LHC-hankkeen kolmesta olennaisesta osasta. Kaksi muuta ovat:
Huolto LHC:n sädelinjalla
(Luotto: CERN)
- Esimerkit
Jokainen neljästä tärkeimmästä ilmaisimesta istuu valtavissa kammioissa LHC-renkaan ympärillä havaitakseen törmäävien hiukkasten tulokset. ATLAS, ALICE, CMS ja LHCb. - Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Yleismaailmallinen tietokoneiden ja ohjelmistojen verkko, joka on välttämätön kaikkien LHC-ilmaisimien tallentamien tietomassojen käsittelyssä.
LHC on aidosti yleismaailmallinen, koska LHC-hanketta tukee valtava kansainvälinen tiedemiesten ja insinöörien yhteisö. He työskentelevät monikansallisissa tiimeissä eri puolilla maailmaa, rakentavat ja testaavat laitteita ja ohjelmistoja, osallistuvat kokeisiin ja analysoivat tietoja. Yhdistyneellä kuningaskunnalla on merkittävä rooli hankkeessa, ja sen tiedemiehet ja insinöörit työskentelevät kaikkien tärkeimpien kokeiden parissa.
Yhdistyneessä kuningaskunnassa insinöörit ja tiedemiehet osallistuvat 20 tutkimuspaikassa laitteiden suunnitteluun ja rakentamiseen sekä tietojen analysointiin. Brittiläiset tutkijat ovat mukana kaikissa neljässä pääilmaisimessa ja GRID-tietokoneessa. CERNiin sijoitetulla brittiläisellä henkilökunnalla on johtavia tehtäviä törmäyttimen ja ilmaisimien hallinnoinnissa ja käytössä.
LHC Computing Grid Globe into the computer center
(Credit: CERN)
LHC:n rakentamisen kokonaiskustannukset olivat noin 3 puntaa.74 miljardia puntaa, jotka koostuivat kolmesta pääkomponentista1:
- Biihdytin (3 miljardia puntaa)
- Kokeet (728 miljoonaa puntaa)
- Tietokoneet (17 miljoonaa puntaa)
Kokonaiskustannukset jaettiin pääosin CERNin 20 jäsenvaltion kesken, ja myös kuuden havainnoitsijana toimivan valtion osuus oli merkittävä.
LHC-hankkeeseen osallistui 111 kansakuntaa, jotka suunnittelivat, rakensivat ja testasivat laitteita ja ohjelmistoja, ja nyt se jatkuu siten, että ne osallistuvat kokeisiin ja analysoivat tietoja. Osallistumisen aste vaihtelee maittain, ja jotkin maat pystyvät osallistumaan enemmän taloudellisia ja henkilöresursseja kuin toiset.
1 CERN, Kysy asiantuntijalta
Monet Ison-Britannian yliopistot osallistuvat CERNin toimintaan tutkimustoiminnan kautta ja tukevat tiedettä tavalla tai toisella. Mutta erityisesti 20 yliopistolla on brittiläisiä LHC-keskuksia:
- Brunelin yliopisto (HEP-ryhmä)
- Imperial College – University of London (HEP-ryhmä)
- Lancaster University (HEP-ryhmä)
- Oxfordin yliopisto (PP-ryhmä)
- Queen Mary – University of London (PP-ryhmä)
- Royal Holloway – University of London (PP-ryhmä)
- STFC Rutherford Appleton Laboratory (PPD-ryhmä)
- University College London (HEP-ryhmä)
- Royal Holloway – University of London (PP-ryhmä)
- University College London (HEP-ryhmä) Ryhmä)
- Birminghamin yliopisto (EPP-ryhmä)
- Bristolin yliopisto (PP-ryhmä)
- Cambridgen yliopisto (HEP-ryhmä)
- Durhamin yliopisto (IPPP, CPT)
- Edinburghin yliopisto (PPE-ryhmä, PPT-ryhmä)
- Glasgow’n yliopisto (PPE-ryhmä, PPT-ryhmä)
- Liverpoolin yliopisto (PP-ryhmä)
- Manchesterin yliopisto (PP-ryhmä)
- Sheffieldin yliopisto (PP-ryhmä)
- Sussexin yliopisto (EPP-ryhmä, TPP-ryhmä)
- Swansean yliopisto (TPP-ryhmä)
- Warwickin yliopisto (EPP-ryhmä)
LHC on rakennettu tunneliin, joka oli alun perin rakennettu aiempaa törmäytysajuria, LEP:iä (LEP, Large Electron Positron Collider) varten. Tämä oli taloudellisin ratkaisu sekä LEP:n että LHC:n rakentamiseen. Maanalaisen tunnelin rakentaminen oli halvempaa kuin vastaavan maanpäällisen maan hankkiminen. Laitteen sijoittaminen maan alle vähentää myös huomattavasti LHC:n ja siihen liittyvien toimintojen ympäristövaikutuksia.
LHC:tä ympäröivä kallio muodostaa luonnollisen suojan, joka vähentää LHC:hen pääsevän luonnonsäteilyn määrää, mikä vähentää häiriöitä detektoreissa. Päinvastoin, LHC:n toimiessa syntyvä säteily on turvallisesti suojattu ympäristöön 50-100 metrin korkuisella kalliolla.
Voiko LHC luoda uuden maailmankaikkeuden?
Joskus puhutaan, että LHC luo uudelleen alkuräjähdyksen, mutta tämä on harhaanjohtavaa. Todellisuudessa he tarkoittavat seuraavaa:
- luodaan uudelleen olosuhteet ja energiat, jotka vallitsivat pian alkuräjähdyksen alkamisen jälkeen, ei sitä hetkeä, jolloin alkuräjähdys alkoi
- luodaan olosuhteet pienessä mittakaavassa, ei samassa mittakaavassa kuin alkuperäinen alkuräjähdys
- luodaan energioita, joita syntyy jatkuvasti luonnollisesti (korkea-energisten kosmisten säteiden osuessa maan ilmakehään), mutta tahdosta riippumatta ja kehittyneiden ilmaisimien sisällä, jotka seuraavat, mitä tapahtuu
Ei alkuräjähdystä – ei siis mahdollisuutta luoda uutta maailmankaikkeutta.
CERN ei ole koskaan osallistunut ydinvoiman tai ydinaseiden tutkimukseen, mutta se on tehnyt paljon sen eteen, että ymmärryksemme atomin perusrakenteesta on lisääntynyt.
Nimitys CERN on itse asiassa historiallinen jäänne, joka on peräisin sen neuvoston nimestä, joka perustettiin perustamaan eurooppalainen maailmanluokan fysiikkatutkimusjärjestö. CERN on lyhenne sanoista ”Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” (eli Euroopan ydintutkimusneuvosto). CERNin perustamisajankohtana (1952-1954) fysiikan tutkimuksessa tutkittiin atomin sisäpuolta, mikä selittää sanan ”nuclear” sen nimessä. Neuvosto lakkautettiin, kun uusi organisaatio (Euroopan ydintutkimusjärjestö) perustettiin, mutta nimi CERN säilyi.
Tämä on erittäin epätodennäköistä kahdesta pääsyystä:
Ensiksikin CERNillä ja siellä työskentelevillä tiedemiehillä, tutkijoilla ja insinööreillä ja heidän tutkimuksillaan ei ole mitään kiinnostusta asetutkimukseen. He ovat omistautuneet yrittämään ymmärtää, miten maailma toimii, eivätkä missään nimessä sitä, miten se voidaan tuhota.
Toiseksi, LHC:ssä tuotettavat suurienergiset hiukkassäteet vaativat valtavan koneen, joka kuluttaa 120MW tehoa ja johon mahtuu 91 tonnia superjäähdytettyä nestemäistä heliumia. Itse säteissä on paljon energiaa (se vastaa kokonaisen huippunopeudella kulkevan Eurostar-junan energiamäärää), mutta niitä voidaan ylläpitää vain tyhjiössä. Jos säde päästettäisiin ilmakehään, se vuorovaikuttaisi välittömästi ilmassa olevien atomien kanssa ja haihduttaisi kaiken energiansa äärimmäisen lyhyellä matkalla.
LHC tuottaa kyllä erittäin korkeita energioita, mutta nämä energiatasot rajoittuvat pieniin tilavuuksiin ilmaisimien sisällä. Törmäyksistä syntyy joka sekunti monia suurienergisiä hiukkasia, mutta ilmaisimet on suunniteltu seuraamaan ja pysäyttämään kaikki hiukkaset (lukuun ottamatta neutriinoja), koska kaiken törmäyksistä peräisin olevan energian talteenotto on olennaista sen tunnistamiseksi, mitä hiukkasia on syntynyt. Valtaosa törmäysten energiasta absorboituu detektoreihin, mikä tarkoittaa, että hyvin pieni osa törmäysten energiasta pääsee pakoon.
Törmäykset, joiden energiat ovat paljon suuremmat kuin tässä kokeessa, ovat melko yleisiä maailmankaikkeudessa! Jopa ilmakehäämme pommittava auringon säteily voi tuottaa samoja tuloksia; kokeissa tämä tehdään hallitummin tieteellistä tutkimusta varten. Suurin näistä energiatasoista aiheutuva vaara kohdistuu itse LHC-laitteeseen. Hiukkassäteessä on energiaa kuin täydellä nopeudella kulkevassa Eurostar-junassa, ja jos hiukkassäteessä tapahtuu jotain, joka horjuttaa sitä, on olemassa todellinen vaara, että kaikki tämä energia ohjautuu sädeputken seinämään ja LHC:n magneetteihin aiheuttaen suurta vahinkoa.
LHC:ssä on useita automaattisia turvajärjestelmiä, jotka valvovat kaikkia LHC:n kriittisiä osia. Jos jotain odottamatonta tapahtuu (esimerkiksi virta- tai magneettivika), säde ”tyhjennetään” automaattisesti ruiskuttamalla se sokeaan tunneliin, jossa sen energia haihdutetaan turvallisesti. Tämä kaikki tapahtuu millisekunneissa, mikä tarkoittaa, että hiukkaset ovat kulkeneet vain alle kolme piiriä ennen kuin heitto on valmis.
Yhteystiedot
Charlotte Jamieson
UK CERN Liaison and Accelerator Programme Manager
Tel: +44 (0)1793 442 027
Anthony Davenport
Programme Support Manager
Tel: +44 (0)1793 442 004
Käy CERNin verkkosivuilla
Tiedotusvälineiden tiedustelut: puh: +44 (0)1235 445 627