Lär dig mer om att engagera dig vid CERN
En fågelperspektiv på LHC
(Credit: CERN)
The Large Hadron Collider (LHC) är den i särklass kraftfullaste partikelacceleratorn som hittills byggts. Efter en uppgradering arbetar LHC nu med en energi som är 7 gånger högre än någon tidigare maskin! LHC är baserad vid det europeiska partikelfysiklaboratoriet CERN, nära Genève i Schweiz. CERN är världens största laboratorium och ägnar sig åt grundläggande vetenskap.
Med LHC kan forskarna återskapa de förhållanden som rådde inom en miljarddels sekund efter Big Bang genom att kollidera strålar av högenergiprotoner eller -joner med kolossala hastigheter, nära ljusets hastighet. Detta var det ögonblick, för cirka 13,7 miljarder år sedan, då universum tros ha börjat med en explosion av energi och materia. Under dessa första ögonblick uppstod alla de partiklar och krafter som formar vårt universum och definierade det vi nu ser.
Universums utveckling efter big bang
(Credit: CERN)
LHC är precis vad namnet antyder – en stor kolliderare av hadroner (alla partiklar som består av kvarkar). LHC är en maskin som förtjänar att kallas ”stor”, eftersom den inte bara väger mer än 38 000 ton, utan också löper i en 27 km lång cirkelformad tunnel 100 meter under marken. Partiklarna drivs i två strålar som går runt LHC i hastigheter på 11 000 kretsar per sekund, styrda av massiva supraledande magneter! Dessa två strålar korsas sedan och en del av partiklarna slår huvudstupa in i varandra.
Collideraren är dock bara en av tre viktiga delar av LHC-projektet. De andra två är:
Underhåll av LHC-strålen
(Credit: CERN)
- Detektorerna
Var och en av de fyra huvuddetektorerna sitter i enorma kammare runt LHC-ringen för att detektera resultaten av partiklarnas kollisioner. ATLAS, ALICE, CMS och LHCb. - Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Ett globalt nätverk av datorer och mjukvara som är nödvändigt för att bearbeta de mängder av data som registreras av alla LHC:s detektorer.
LHC har en verkligt global räckvidd eftersom LHC-projektet stöds av ett enormt internationellt samfund av forskare och ingenjörer. De arbetar i multinationella team över hela världen och bygger och testar utrustning och programvara, deltar i experiment och analyserar data. Storbritannien har en viktig roll i projektet och har vetenskapsmän och ingenjörer som arbetar med alla de viktigaste experimenten.
I Storbritannien är ingenjörer och vetenskapsmän vid 20 forskningsanläggningar involverade i att utforma och bygga utrustning och analysera data. Brittiska forskare är involverade i alla fyra huvuddetektorerna och datorn GRID. Brittisk personal baserad vid CERN har ledande roller i förvaltningen och driften av kollideraren och detektorerna.
LHC Computing Grid Globe in the computer center
(Credit: CERN)
Den totala kostnaden för att bygga LHC uppgick till cirka 3 pund.74 miljarder pund och bestod av tre huvudkomponenter1:
- Acceleratorn (3 miljarder pund)
- Experimenten (728 miljoner pund)
- Datorerna (17 miljoner pund)
Den totala kostnaden delades huvudsakligen av CERN:s 20 medlemsstater, med betydande bidrag från de sex observatörsländerna.
LHC-projektet involverade 111 nationer i att utforma, bygga och testa utrustning och programvara, och fortsätter nu med att de deltar i experiment och analyserar data. Graden av engagemang varierar mellan länderna, där vissa kan bidra med mer ekonomiska och mänskliga resurser än andra.
1 CERN, fråga en expert
Många av Storbritanniens universitet bidrar till CERN genom forskning och stödjer vetenskapen på ett eller annat sätt. Men det finns framför allt 20 universitet med brittiska LHC-center:
- Brunel University (HEP Group)
- Imperial College – University of London (HEP Group)
- Lancaster University (HEP Group)
- Oxford University (PP Group)
- 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)
- Universitetet i Edinburgh (PPE-gruppen, PPT-gruppen)
- Universitetet i Glasgow (PPE-gruppen, PPT Group)
- University of Liverpool (PP Group)
- University of Manchester (PP Group)
- University of Sheffield (PP Group)
- University of Sussex (EPP Group, TPP Group)
- University of Swansea (TPP Group)
- University of Warwick (EPP Group)
LHC har byggts i en tunnel som ursprungligen byggdes för en tidigare kolliderare, LEP (Large Electron Positron Collider). Detta var den mest ekonomiska lösningen för att bygga både LEP och LHC. Det var billigare att bygga en underjordisk tunnel än att förvärva motsvarande mark ovan jord. Att placera maskinen under jord minskar också avsevärt miljöpåverkan från LHC och tillhörande verksamhet.
Rocken som omger LHC är en naturlig sköld som minskar mängden naturlig strålning som når LHC och detta minskar störningarna på detektorerna. Omvänt är den strålning som produceras när LHC är igång säkert avskärmad mot omgivningen av 50-100 meter sten.
Kan LHC skapa ett nytt universum?
Man talar ibland om att LHC återskapar Big Bang, men detta är missvisande. Vad de egentligen menar är:
- återskapar de förhållanden och energier som existerade strax efter Big Bang, inte det ögonblick då Big Bang startade
- återskapar förhållanden på en liten skala, inte på samma skala som den ursprungliga Big Bang
- skapar energier som kontinuerligt produceras naturligt (av kosmisk strålning med hög energi som träffar jordens atmosfär) men som skapas när som helst och inuti sofistikerade detektorer som spårar vad som händer
Ingen Big Bang – alltså ingen möjlighet att skapa ett nytt universum.
CERN har aldrig varit inblandat i forskning om kärnkraft eller kärnvapen, men har gjort mycket för att öka vår förståelse för atomens grundläggande struktur.
Tecknet CERN är egentligen en historisk kvarleva, från namnet på det råd som bildades för att upprätta en europeisk organisation för fysikforskning i världsklass. CERN står för ”Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” (eller Europeiska rådet för kärnforskning). När CERN grundades (1952-1954) var fysikforskningen inriktad på att utforska atomens inre, vilket förklarar ordet ”kärnkraft” i CERN:s namn. Rådet upplöstes när den nya organisationen (European Organization for Nuclear Research) bildades, men namnet CERN kvarstod.
Detta är högst osannolikt, av två huvudskäl:
För det första har CERN och de vetenskapsmän och ingenjörer som arbetar där och deras forskning inget intresse av vapenforskning. De är inriktade på att försöka förstå hur världen fungerar, och definitivt inte hur den ska förstöras.
För det andra kräver de högenergipartikelstrålar som produceras vid LHC en enorm maskin som förbrukar 120 MW kraft och rymmer 91 ton superkylt flytande helium. Strålarna i sig har mycket energi (motsvarande ett helt Eurostartåg som färdas i högsta hastighet), men de kan bara upprätthållas i ett vakuum. Om strålen släpps ut i atmosfären skulle den omedelbart interagera med atomer i luften och förflytta all sin energi på ett extremt kort avstånd.
LHC producerar mycket höga energier, men dessa energinivåer är begränsade till små volymer inuti detektorerna. Många högenergipartiklar, från kollisioner, produceras varje sekund, men detektorerna är utformade för att spåra och stoppa alla partiklar (utom neutriner) eftersom det är viktigt att fånga upp all energi från kollisioner för att kunna identifiera vilka partiklar som har producerats. Den stora majoriteten av energin från kollisionerna absorberas av detektorerna, vilket innebär att mycket lite av energin från kollisionerna kan fly.
Kollisioner med energier som är mycket högre än de i experimentet är ganska vanliga i universum! Även solstrålning som bombarderar vår atmosfär kan ge samma resultat; experimenten gör detta på ett mer kontrollerat sätt för vetenskapliga studier. Den största faran från dessa energinivåer är för själva LHC-maskinen. Partikelstrålen har samma energi som ett Eurostartåg i full fart, och om något skulle hända som destabiliserar partikelstrålen finns det en verklig risk att all denna energi kommer att avledas in i strålrörets väggar och LHC:s magneter, vilket skulle orsaka stora skador.
LHC har flera automatiska säkerhetssystem som övervakar alla kritiska delar av LHC. Om något oväntat skulle inträffa (t.ex. strömavbrott eller magnetfel) ”dumpas” strålen automatiskt genom att den sprutas in i en blind tunnel där dess energi sprids på ett säkert sätt. Allt detta sker på millisekunder, vilket innebär att partiklarna skulle ha navigerat mindre än tre kretsar innan dumpningen är klar.
Kontakter
Charlotte Jamieson
UK CERN Liaison and Accelerator Programme Manager
Tel: +44 (0)1793 442 027
Anthony Davenport
Program Support Manager
Tel: +44 (0)1793 442 004
Besök CERN:s webbplats
För mediaförfrågningar vänligen ring: +44 (0)1235 445 627