HomeResearchParticle Physics & Particle AstrophysicsLarge Hadron ColliderWielki Zderzacz Hadronów

Dowiedz się o zaangażowaniu w CERN

Widok z lotu ptaka na LHC
(Credit: CERN)

Duży Zderzacz Hadronów (LHC) jest zdecydowanie najpotężniejszym akceleratorem cząstek zbudowanym do tej pory. Po modernizacji, LHC pracuje teraz z energią 7 razy większą niż jakakolwiek poprzednia maszyna! LHC znajduje się w europejskim laboratorium fizyki cząstek elementarnych CERN, niedaleko Genewy w Szwajcarii. CERN jest największym na świecie laboratorium zajmującym się naukami podstawowymi.

LHC pozwala naukowcom odtworzyć warunki, które istniały w ciągu miliardowej części sekundy po Wielkim Wybuchu poprzez zderzanie wiązek wysokoenergetycznych protonów lub jonów z kolosalnymi prędkościami, bliskimi prędkości światła. To był moment, około 13,7 miliarda lat temu, kiedy Wszechświat rozpoczął eksplozję energii i materii. W tych pierwszych chwilach powstały wszystkie cząstki i siły, które kształtują nasz Wszechświat, definiując to, co teraz widzimy.

Ewolucja Wszechświata po wielkim wybuchu
(Credit: CERN)

LHC jest dokładnie tym, co sugeruje jego nazwa – dużym zderzaczem hadronów (dowolnych cząstek składających się z kwarków). Ściśle rzecz biorąc, LHC odnosi się do samego zderzacza; maszyna, która zasługuje na miano „dużej”, nie tylko waży ponad 38 000 ton, ale biegnie przez 27 km (16,5 mil) w okrągłym tunelu 100 metrów pod ziemią. Cząstki są napędzane w dwóch wiązkach biegnących wokół LHC do prędkości 11 000 obiegów na sekundę, prowadzonych przez masywne magnesy nadprzewodzące! Te dwie wiązki następnie krzyżują się i niektóre cząstki uderzają w siebie nawzajem.

Zderzacz jest jednak tylko jedną z trzech istotnych części projektu LHC. Pozostałe dwie to:

Konserwacja linii wiązek LHC
(Credit: CERN)

  • Detektory
    Każdy z czterech głównych detektorów znajduje się w ogromnych komorach wokół pierścienia LHC, aby wykrywać rezultaty zderzeń cząstek. ATLAS, ALICE, CMS i LHCb.
  • Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
    Ogólnoświatowa sieć komputerów i oprogramowania, która jest niezbędna do przetwarzania ogromnych ilości danych rejestrowanych przez wszystkie detektory LHC.

Sieć LHC ma prawdziwie globalny zasięg, ponieważ projekt LHC jest wspierany przez ogromną międzynarodową społeczność naukowców i inżynierów. Pracując w wielonarodowych zespołach na całym świecie, budują oni i testują sprzęt i oprogramowanie, uczestniczą w eksperymentach i analizują dane. Wielka Brytania odgrywa główną rolę w projekcie i zatrudnia naukowców i inżynierów pracujących nad wszystkimi głównymi eksperymentami.

W Wielkiej Brytanii inżynierowie i naukowcy w 20 ośrodkach badawczych są zaangażowani w projektowanie i budowę sprzętu oraz analizę danych. Naukowcy brytyjscy są zaangażowani we wszystkie cztery główne detektory i komputer GRID. Brytyjski personel pracujący w CERN pełni wiodące role w zarządzaniu i obsłudze zderzacza i detektorów.

LHC Computing Grid Globe into the computer center
(Credit: CERN)

Całkowity koszt budowy LHC wyniósł około 3.74 miliardy funtów, składający się z trzech głównych komponentów1:

  • Akcelerator (3 miliardy funtów)
  • Doświadczenia (728 milionów funtów)
  • Komputery (17 milionów funtów)

Całkowity koszt został podzielony głównie przez 20 państw członkowskich CERN, przy znaczącym wkładzie sześciu państw-obserwatorów.

W projekt LHC zaangażowanych było 111 krajów, które zaprojektowały, zbudowały i przetestowały sprzęt i oprogramowanie, a obecnie uczestniczą w eksperymentach i analizują dane. Stopień zaangażowania różni się w zależności od kraju, przy czym niektóre mogą wnieść więcej zasobów finansowych i ludzkich niż inne.

1 CERN, Ask an Expert

Wiele brytyjskich uniwersytetów wnosi wkład do CERN poprzez badania i wspieranie nauki w taki czy inny sposób. Ale w szczególności jest 20 uniwersytetów z brytyjskimi ośrodkami LHC:

  • Uniwersytet Brunel (Grupa HEP)
  • Imperial College – University of London (Grupa HEP)
  • Lancaster University (Grupa HEP)
  • Oxford University (Grupa PP)
  • Queen Mary -. University of London (PP Group)
  • Royal Holloway – University of London (PP Group)
  • STFC Rutherford Appleton Laboratory (PPD Group)
  • University College London (HEP Group)
  • University of Birmingham (EPP Group)
  • University of Bristol (PP Group)
  • University of Cambridge (HEP Group)
  • University of Durham (IPPP, CPT)
  • University of Edinburgh (Grupa PPE, Grupa PPT)
  • University of Glasgow (Grupa PPE, PPT Group)
  • University of Liverpool (PP Group)
  • University of Manchester (PP Group)
  • University of Sheffield (PP Group)
  • University of Sussex (EPP Group, Grupa TPP)
  • Uniwersytet w Swansea (Grupa TPP)
  • Uniwersytet w Warwick (Grupa EPP)

LHC został zbudowany w tunelu pierwotnie zbudowanym dla poprzedniego zderzacza, LEP (Large Electron Positron Collider). Było to najbardziej ekonomiczne rozwiązanie przy budowie zarówno LEP-a, jak i LHC. Wybudowanie podziemnego tunelu było tańsze niż nabycie równoważnego terenu nad ziemią. Umieszczenie urządzenia pod ziemią znacznie zmniejsza również wpływ LHC i związanych z nim działań na środowisko naturalne.

Skała otaczająca LHC stanowi naturalną osłonę, która zmniejsza ilość naturalnego promieniowania docierającego do LHC, co zmniejsza zakłócenia detektorów. I odwrotnie, promieniowanie wytwarzane podczas pracy LHC jest bezpiecznie ekranowane do otoczenia przez 50 – 100 metrów skały.

Czy LHC może stworzyć nowy wszechświat?

Ludzie czasami mówią, że LHC odtwarza Wielki Wybuch, ale jest to mylące. Tak naprawdę chodzi im o to, że:

  • odtworzenie warunków i energii, które istniały krótko po rozpoczęciu Wielkiego Wybuchu, a nie momentu, w którym Wielki Wybuch się rozpoczął
  • odtworzenie warunków w maleńkiej skali, nie w tej samej skali co pierwotny Wielki Wybuch
  • odtwarzając energie, które są nieustannie produkowane w sposób naturalny (przez wysokoenergetyczne promienie kosmiczne uderzające w ziemską atmosferę), ale na życzenie i wewnątrz wyrafinowanych detektorów, które śledzą, co się dzieje

Nie ma Wielkiego Wybuchu – więc nie ma możliwości stworzenia nowego Wszechświata.

CERN nigdy nie był zaangażowany w badania nad energią jądrową lub bronią jądrową, ale zrobił wiele, aby zwiększyć nasze zrozumienie fundamentalnej struktury atomu.

Tytuł CERN jest w rzeczywistości pozostałością historyczną, pochodzącą od nazwy rady, która została założona w celu ustanowienia europejskiej organizacji zajmującej się badaniami fizycznymi na światowym poziomie. CERN to skrót od nazwy „Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” (Europejska Rada Badań Jądrowych). W czasie, gdy powstawał CERN (1952-1954), badania w dziedzinie fizyki dotyczyły wnętrza atomu, co tłumaczy słowo „jądrowy” w jego nazwie. Rada została rozwiązana po utworzeniu nowej organizacji (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych), ale nazwa CERN pozostała.

Jest to wysoce nieprawdopodobne z dwóch głównych powodów:

Po pierwsze, CERN i pracujący tam naukowcy i inżynierowie oraz ich badania nie są zainteresowani badaniami nad bronią. Ich celem jest zrozumienie, jak działa świat, a na pewno nie jak go zniszczyć.

Po drugie, wiązki cząstek o wysokiej energii wytwarzane w LHC wymagają ogromnej maszyny zużywającej 120 MW mocy i mieszczącej 91 ton superchłodzonego ciekłego helu. Same wiązki mają bardzo dużo energii (równowartość całego pociągu Eurostar jadącego z maksymalną prędkością), ale mogą być utrzymywane tylko w próżni. Jeśli wiązka zostałaby uwolniona do atmosfery, natychmiast oddziaływałaby z atomami w powietrzu i rozproszyłaby całą swoją energię na bardzo małą odległość.

LHC wytwarza bardzo wysokie energie, ale te poziomy energii są ograniczone do maleńkich objętości wewnątrz detektorów. W każdej sekundzie powstaje wiele wysokoenergetycznych cząstek pochodzących ze zderzeń, ale detektory są zaprojektowane tak, aby śledzić i zatrzymywać wszystkie cząstki (z wyjątkiem neutrin), ponieważ wychwycenie całej energii ze zderzeń jest niezbędne do identyfikacji, jakie cząstki zostały wyprodukowane. Ogromna większość energii ze zderzeń jest pochłaniana przez detektory, co oznacza, że bardzo niewiele energii ze zderzeń jest w stanie uciec.

Zderzenia o energiach znacznie wyższych niż te w eksperymencie są dość powszechne we wszechświecie! Nawet promieniowanie słoneczne bombardujące naszą atmosferę może dawać takie same rezultaty; eksperymenty robią to w bardziej kontrolowany sposób na potrzeby badań naukowych. Główne zagrożenie związane z tymi poziomami energii dotyczy samej maszyny LHC. Wiązka cząstek ma energię pociągu Eurostar jadącego z pełną prędkością i jeśli zdarzy się coś, co zdestabilizuje wiązkę cząstek, istnieje realne niebezpieczeństwo, że cała ta energia zostanie odbita w ścianę rury wiązki i magnesy LHC, powodując duże zniszczenia.

LHC posiada kilka automatycznych systemów bezpieczeństwa, które monitorują wszystkie krytyczne części LHC. Jeśli zdarzy się coś nieoczekiwanego (na przykład awaria zasilania lub magnesu), wiązka jest automatycznie „zrzucana” i kierowana do ślepego tunelu, gdzie jej energia jest bezpiecznie rozpraszana. Wszystko to dzieje się w ciągu milisekund, co oznacza, że cząstki pokonałyby mniej niż 3 obwody zanim wiązka zostałaby zrzucona.

Kontakty

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

Odwiedź stronę internetową CERN
W przypadku zapytań do mediów prosimy o kontakt telefoniczny: +44 (0)1235 445 627

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.