หลักการทำงานของคอลไลเดอร์ แฮดรอน คอลไลเดอร์ มีไว้เพื่ออะไร มันทำงานอย่างไร

ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับ Large Hadron Collider อย่างไรและทำไมมันถึงถูกสร้างขึ้น มันมีประโยชน์อย่างไร และมันก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษยชาติอย่างไร

1. การก่อสร้าง LHC หรือ Large Hadron Collider เกิดขึ้นในปี 1984 และเริ่มในปี 2544 เท่านั้น 5 ปีต่อมาในปี 2549 ต้องขอบคุณความพยายามของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 10,000 คนจากประเทศต่างๆ การก่อสร้าง เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่เสร็จสมบูรณ์

2. LHC เป็นสถานที่ทดลองที่ใหญ่ที่สุดในโลก

3. แล้วทำไมถึงเกิด Large Hadron Collider?
มันถูกเรียกว่าใหญ่เนื่องจากมีขนาดใหญ่: ความยาวของวงแหวนหลักที่อนุภาคถูกขับเคลื่อนคือประมาณ 27 กม.
Hadronic - เนื่องจากการติดตั้งจะเร่งแฮดรอน (อนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์ก)
Collider - เนื่องจากลำแสงของอนุภาคเร่งไปในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งชนกันที่จุดพิเศษ

4. Large Hadron Collider มีไว้เพื่ออะไร? LHC เป็นศูนย์วิจัยล้ำสมัยที่นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองกับอะตอม การชนกันของไอออน และโปรตอนซึ่งกันและกันด้วยความเร็วมหาศาล นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะใช้การวิจัยเพื่อปกปิดความลึกลับของการกำเนิดจักรวาล

5. โครงการนี้ทำให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ต้องสูญเสียเงินจำนวนมหาศาลถึง 6 พันล้านดอลลาร์ อย่างไรก็ตาม รัสเซียได้มอบหมายผู้เชี่ยวชาญ 700 คนให้กับ LHC ซึ่งยังคงทำงานอยู่ในปัจจุบัน คำสั่งซื้อของ LHC ทำให้วิสาหกิจของรัสเซียมีมูลค่าประมาณ 120 ล้านดอลลาร์

6. ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการค้นพบหลักที่ LHC คือการค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2012 หรือที่เรียกกันว่า "อนุภาคพระเจ้า" ฮิกส์โบซอนคือจุดเชื่อมต่อสุดท้ายในโมเดลมาตรฐาน เหตุการณ์สำคัญอีกเหตุการณ์หนึ่งที่ Bak'e ก็คือความสำเร็จของพลังงานการชนกันที่ 2.36 เทราอิเล็กตรอนโวลต์

7. นักวิทยาศาสตร์บางคน รวมถึงในรัสเซีย เชื่อว่าด้วยการทดลองขนาดใหญ่ที่ CERN (องค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป ซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องชนจริงๆ) นักวิทยาศาสตร์จะสามารถสร้างไทม์แมชชีนเครื่องแรกของโลกได้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เห็นด้วยกับการมองโลกในแง่ดีของเพื่อนร่วมงาน

8. ความกังวลหลักของมนุษยชาติเกี่ยวกับเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลกนั้นขึ้นอยู่กับอันตรายที่คุกคามมนุษยชาติอันเป็นผลมาจากการก่อตัวของหลุมดำขนาดจิ๋วที่สามารถดักจับสสารที่อยู่รอบๆ ได้ มีภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้นและอันตรายอย่างยิ่งอีกประการหนึ่ง - การเกิดขึ้นของ straplets (มาจาก Strange Droplet) ซึ่งตามสมมุติฐานแล้วสามารถชนกับนิวเคลียสของอะตอมได้ก่อตัวขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลทั้งหมด อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับความเคารพนับถือมากที่สุดส่วนใหญ่กล่าวว่าผลลัพธ์ดังกล่าวไม่น่าเป็นไปได้ แต่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี

9. ในปี 2008 CERN ถูกผู้อยู่อาศัยสองคนในรัฐฮาวายฟ้อง พวกเขากล่าวหาว่า CERN พยายามยุติมนุษยชาติด้วยความประมาทเลินเล่อ และเรียกร้องการรับประกันความปลอดภัยจากนักวิทยาศาสตร์

10. เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในสวิตเซอร์แลนด์ ใกล้กับเมืองเจนีวา มีพิพิธภัณฑ์ที่ CERN ซึ่งผู้เยี่ยมชมจะได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องชนกันและเหตุใดจึงถูกสร้างขึ้น

11 - และสุดท้ายก็เล็กน้อย ข้อเท็จจริงที่สนุกสนาน- เมื่อพิจารณาจากข้อความค้นหาใน Yandex หลายคนที่กำลังมองหาข้อมูลเกี่ยวกับ Large Hadron Collider ไม่ทราบวิธีสะกดชื่อคันเร่งอย่างถูกต้อง ตัวอย่างเช่น พวกเขาเขียนว่า "andronic" (และพวกเขาไม่เพียงแต่เขียนเท่านั้น NTV รายงานที่มีค่า aAndronic Collider ของพวกเขา) บางครั้งพวกเขาก็เขียนว่า "android" (The Empire Strikes Back) ในเครือข่ายชนชั้นกระฎุมพีพวกเขาก็ไม่ล้าหลังและแทนที่จะพิมพ์ "ฮาดรอน" พวกเขาพิมพ์ "hardon" ลงในเสิร์ชเอ็นจิ้น (ในภาษาอังกฤษออร์โธดอกซ์ hard-on - hard-on) รูปแบบการสะกดที่น่าสนใจในภาษาเบลารุสคือ "Vyaliki gadronny paskaralnik" ซึ่งแปลว่า "ตัวเร่ง gadrony ขนาดใหญ่"

แฮดรอนคอลไลเดอร์ รูปถ่าย

(หรือ ถัง)- บน ในขณะนี้เครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดในโลก ยักษ์ใหญ่นี้เปิดตัวในปี 2551 แต่เป็นเวลานานที่มันทำงานโดยมีกำลังการผลิตลดลง เรามาดูกันว่ามันคืออะไร และทำไมเราถึงต้องการเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่

ประวัติศาสตร์ ตำนาน และข้อเท็จจริง

แนวคิดในการสร้าง Collider ได้รับการประกาศในปี 1984 และโครงการก่อสร้างเครื่องชนกันนั้นได้รับการอนุมัติและนำไปใช้แล้วในปี 2538 การพัฒนานี้เป็นของศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) โดยทั่วไปแล้ว การเปิดตัวเครื่องชนกันนั้นดึงดูดความสนใจอย่างมาก ไม่เพียงแต่จากนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังดึงดูดความสนใจด้วย คนธรรมดาจากทั่วทุกมุมโลก พวกเขาพูดคุยเกี่ยวกับความกลัวและความน่าสะพรึงกลัวทุกประเภทที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยเครื่องชนกัน

อย่างไรก็ตาม ในตอนนี้อาจมีบางคนกำลังรอวันสิ้นโลกที่เกี่ยวข้องกับงานของ LHC และกำลังคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นหาก Large Hadron Collider ระเบิด แม้ว่าก่อนอื่น ทุกคนกลัวหลุมดำ ซึ่งในตอนแรกมีขนาดเล็กมาก จะเติบโตและดูดซับตัวชนกันอย่างปลอดภัยก่อน จากนั้นจึงตามด้วยสวิตเซอร์แลนด์และส่วนอื่นๆ ของโลก หายนะการทำลายล้างยังทำให้เกิดความตื่นตระหนกอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งถึงกับยื่นฟ้องเพื่อพยายามหยุดการก่อสร้าง คำกล่าวดังกล่าวระบุว่ากระจุกปฏิสสารที่สามารถผลิตได้ในเครื่องชนกันจะเริ่มทำลายล้างด้วยสสาร ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ และจักรวาลทั้งหมดจะถูกทำลาย ดังที่ตัวละครชื่อดังจาก Back to the Future กล่าวว่า:

แน่นอนว่าทั้งจักรวาลอยู่ในสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุด ที่ดีที่สุดมีเพียงกาแลคซีของเราเท่านั้น ดร.เอเมต บราวน์.

ทีนี้ลองมาทำความเข้าใจว่าทำไมมันถึงเป็นฮาโดรนิก? ความจริงก็คือมันใช้งานได้กับฮาดรอน หรือค่อนข้างจะเร่ง เร่ง และชนฮาดรอน

ฮาดรอนส์– ประเภทของอนุภาคมูลฐานที่มีปฏิกิริยารุนแรง Hadrons ทำจากควาร์ก

ฮาดรอนแบ่งออกเป็นแบริออนและมีซอน เพื่อให้ง่ายขึ้น สมมติว่าเรื่องเกือบทั้งหมดที่เรารู้จักประกอบด้วยแบริออน เรามาอธิบายให้ง่ายขึ้นอีกว่าแบริออนคือนิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม)

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ทำงานอย่างไร

ขนาดที่น่าประทับใจมาก เครื่องชนกันเป็นอุโมงค์ทรงกลมที่ตั้งอยู่ใต้ดินที่ระดับความลึกหนึ่งร้อยเมตร เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ มีความยาว 26,659 เมตร โปรตอนถูกเร่งความเร็วให้ใกล้เคียงกับความเร็วแสง บินเป็นวงกลมใต้ดินข้ามดินแดนของฝรั่งเศสและสวิตเซอร์แลนด์ ถ้าให้เจาะจงก็คือ ความลึกของอุโมงค์อยู่ระหว่าง 50 ถึง 175 เมตร แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดใช้ในการโฟกัสและบรรจุลำแสงโปรตอนที่กำลังบินอยู่ ความยาวรวมประมาณ 22 กิโลเมตร และพวกมันทำงานที่อุณหภูมิ -271 องศาเซลเซียส

Collider ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับขนาดยักษ์ 4 เครื่อง ได้แก่ ATLAS, CMS, ALICE และ LHCb นอกจากเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่หลักแล้วยังมีเครื่องตรวจจับเสริมอีกด้วย เครื่องตรวจจับได้รับการออกแบบมาเพื่อบันทึกผลการชนกันของอนุภาค นั่นคือหลังจากที่โปรตอนสองตัวชนกันด้วยความเร็วใกล้แสง ไม่มีใครรู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้น หากต้องการ "ดู" สิ่งที่เกิดขึ้น มันเด้งตรงไหน และบินไปได้ไกลแค่ไหน มีเครื่องตรวจจับที่อัดแน่นไปด้วยเซ็นเซอร์ทุกประเภท

ผลลัพธ์ของเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่

ทำไมคุณถึงต้องการคอลไลเดอร์? แน่นอนว่าจะไม่ทำลายโลก ดูเหมือนว่าการชนกันของอนุภาคคืออะไร? ความจริงก็คือมีคำถามที่ยังไม่ได้ตอบมากมายในฟิสิกส์สมัยใหม่และการศึกษาโลกด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคที่มีความเร่งสามารถเปิดชั้นความเป็นจริงใหม่เข้าใจโครงสร้างของโลกและอาจตอบคำถามหลักด้วยซ้ำ “ความหมายของชีวิต จักรวาล และโดยทั่วไป” .

LHC มีการค้นพบอะไรบ้าง? สิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือการค้นพบ ฮิกส์ โบซอน(เราจะอุทิศบทความแยกต่างหากให้เขา) นอกจากนี้พวกเขายังเปิดอยู่ 5 อนุภาคใหม่, ได้รับข้อมูลแรกเกี่ยวกับการชนที่พลังงานบันทึก, แสดงว่าไม่มีความไม่สมดุลของโปรตอนและแอนติโปรตอน, ค้นพบความสัมพันธ์ของโปรตอนที่ผิดปกติ- รายการดำเนินต่อไปเป็นเวลานาน แต่ไม่สามารถตรวจพบหลุมดำขนาดจิ๋วที่ทำให้แม่บ้านหวาดกลัวได้

และแม้ว่าเครื่องชนกันจะยังไม่ถูกเร่งความเร็วจนมีกำลังสูงสุดก็ตาม ปัจจุบันพลังงานสูงสุดของ Large Hadron Collider คือ 13 เทฟ(เทราอิเล็กตรอน-โวลต์) อย่างไรก็ตาม หลังจากเตรียมการอย่างเหมาะสมแล้ว ก็มีแผนที่จะเร่งโปรตอนให้เร็วขึ้น 14 เทฟ- เพื่อการเปรียบเทียบในสารเร่ง-สารตั้งต้นของ LHC พลังงานที่ได้รับสูงสุดจะต้องไม่เกิน 1 เทวี- นี่คือวิธีที่เครื่องเร่งอนุภาคอเมริกันเทวาตรอนจากอิลลินอยส์สามารถเร่งอนุภาคได้ พลังงานที่ได้รับจากเครื่องชนนั้นยังห่างไกลจากพลังงานที่สูงที่สุดในโลก ใช่แล้ว พลังงาน รังสีคอสมิกที่บันทึกไว้บนโลกนั้นเกินกว่าพลังงานของอนุภาคที่ถูกเร่งด้วยเครื่องชนกันถึงพันล้านเท่า! ดังนั้นอันตรายจากเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนใหญ่จึงมีน้อยมาก มีแนวโน้มว่าหลังจากได้รับคำตอบทั้งหมดโดยใช้ LHC แล้ว มนุษยชาติจะต้องสร้างเครื่องชนกันที่ทรงพลังกว่านี้อีกตัวหนึ่ง

เพื่อนๆ รักวิทยาศาสตร์ แล้วมันจะรักคุณแน่นอน! และยังสามารถช่วยให้คุณหลงรักวิทยาศาสตร์ได้อย่างง่ายดาย ขอความช่วยเหลือและให้การศึกษาของคุณทำให้คุณมีความสุข!

ผู้อยู่อาศัยทั่วไปของโลกหลายคนถามตัวเองว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้ Large Hadron Collider ไม่เข้าใจมากที่สุด การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ซึ่งใช้เงินไปหลายพันล้านยูโรทำให้เกิดความระมัดระวังและความกังวล

บางทีนี่อาจไม่ใช่การวิจัย แต่เป็นต้นแบบของไทม์แมชชีนหรือพอร์ทัลสำหรับการเคลื่อนย้ายมวลสารของสิ่งมีชีวิตต่างดาวที่สามารถเปลี่ยนชะตากรรมของมนุษยชาติได้ ข่าวลือที่น่าอัศจรรย์และน่ากลัวที่สุดกำลังแพร่สะพัด ในบทความนี้ เราจะพยายามทำความเข้าใจว่าแฮดรอนคอลไลเดอร์คืออะไร และเหตุใดจึงถูกสร้างขึ้น

โครงการที่มีความทะเยอทะยานเพื่อมนุษยชาติ

เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ในปัจจุบันเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลก ตั้งอยู่ที่ชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส แม่นยำยิ่งขึ้นภายใต้นั้น: ที่ระดับความลึก 100 เมตรมีอุโมงค์วงแหวนของคันเร่งยาวเกือบ 27 กิโลเมตร เจ้าของสถานที่ทดลองซึ่งมีมูลค่ามากกว่า 10,000 ล้านดอลลาร์ คือศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป

ทรัพยากรจำนวนมหาศาลและนักฟิสิกส์นิวเคลียร์หลายพันคนกำลังทำงานเพื่อเร่งโปรตอนและไอออนตะกั่วหนักให้เข้าใกล้ความเร็วแสง ทิศทางที่แตกต่างกันหลังจากนั้นพวกเขาก็แย่งชิงกัน มีการศึกษาผลลัพธ์ของการโต้ตอบโดยตรงอย่างรอบคอบ

ข้อเสนอในการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคใหม่เกิดขึ้นอีกครั้งในปี 1984 เป็นเวลาสิบปีที่มีการพูดคุยกันหลายครั้งว่าเครื่องชนแฮดรอนจะเป็นอย่างไร ทำไมเครื่องชนขนาดใหญ่เช่นนี้จึงมีความจำเป็น โครงการวิจัย- หลังจากหารือเกี่ยวกับข้อมูลเฉพาะของโซลูชันทางเทคนิคและพารามิเตอร์การติดตั้งที่จำเป็นแล้วเท่านั้นจึงจะได้รับการอนุมัติโครงการ การก่อสร้างเริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2544 โดยใช้เครื่องเร่งอนุภาคแบบเดิม นั่นคือ Large Electron-Positron Collider เพื่อสร้างมันขึ้นมา

เหตุใดเราจึงต้องมีเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่

ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคมูลฐานอธิบายได้หลายวิธี ทฤษฎีสัมพัทธภาพขัดแย้งกับ ทฤษฎีควอนตัมสาขา การเชื่อมโยงที่ขาดหายไปในการบรรลุแนวทางที่เป็นเอกภาพในโครงสร้างของอนุภาคมูลฐานคือความเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องชนแฮดรอนกำลังสูง

พลังงานรวมของการชนกันของอนุภาคคือ 14 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ ทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวกลายเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังมากกว่าเครื่องใดๆ ในโลกปัจจุบันอย่างเห็นได้ชัด ได้ทำการทดลองที่เป็นไปไม่ได้มาก่อนด้วย เหตุผลทางเทคนิคนักวิทยาศาสตร์มักจะสามารถบันทึกหรือหักล้างได้ ทฤษฎีที่มีอยู่ไมโครเวิลด์

การศึกษาพลาสมาควาร์ก-กลูออนที่เกิดขึ้นระหว่างการชนกันของนิวเคลียสของตะกั่วจะทำให้สามารถสร้างทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงยิ่งขึ้นได้ ซึ่งสามารถเปลี่ยนฟิสิกส์นิวเคลียร์และพื้นที่ดาวฤกษ์ได้อย่างรุนแรง

ฮิกส์ โบซอน

ย้อนกลับไปในปี 1960 Peter Higgs นักฟิสิกส์ชาวสก็อตแลนด์ได้พัฒนาทฤษฎีสนาม Higgs ซึ่งอนุภาคที่เข้ามาในสนามนี้จะขึ้นอยู่กับอิทธิพลของควอนตัม ซึ่ง โลกทางกายภาพสามารถสังเกตได้เป็นมวลของวัตถุ

หากในระหว่างการทดลองสามารถยืนยันทฤษฎีของชาวสก็อตได้ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์และค้นพบฮิกส์โบซอน (ควอนตัม) เหตุการณ์นี้อาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นใหม่สำหรับการพัฒนาประชากรโลก

และการควบคุมแรงโน้มถ่วงที่ค้นพบนั้นหลายครั้งจะเกินกว่าโอกาสที่มองเห็นได้ทั้งหมดสำหรับการพัฒนาความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ยิ่งไปกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์ขั้นสูงไม่สนใจการปรากฏตัวของฮิกส์โบซอนมากกว่า แต่สนใจในกระบวนการทำลายสมมาตรทางไฟฟ้าที่อ่อนแอ

มันทำงานอย่างไร

เพื่อให้อนุภาคทดลองมีความเร็วที่พื้นผิวไม่สามารถคิดได้ ซึ่งเกือบจะเท่ากันในสุญญากาศ อนุภาคเหล่านั้นจะถูกเร่งอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยแต่ละครั้งจะเพิ่มพลังงาน

เครื่องเร่งเชิงเส้นจะฉีดไอออนตะกั่วและโปรตอนเข้าไปก่อน ซึ่งจากนั้นจะถูกเร่งความเร็วแบบเป็นขั้นตอน อนุภาคจะเข้าสู่โปรตอนซินโครตรอนผ่านบูสเตอร์ ซึ่งพวกมันจะได้รับประจุ 28 GeV

ในขั้นต่อไป อนุภาคจะเข้าสู่ซูเปอร์ซินโครตรอน ซึ่งพลังงานประจุของพวกมันจะเพิ่มขึ้นเป็น 450 GeV เมื่อถึงตัวบ่งชี้ดังกล่าว อนุภาคจะตกลงไปในวงแหวนหลักหลายกิโลเมตร โดยที่บริเวณที่มีการชนกันเป็นพิเศษ เครื่องตรวจจับจะบันทึกรายละเอียดช่วงเวลาของการชน

นอกจากเครื่องตรวจจับที่สามารถบันทึกกระบวนการทั้งหมดในระหว่างการชนแล้ว ยังมีการใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด 1625 ตัวเพื่อจับกลุ่มโปรตอนในตัวเร่งความเร็ว ความยาวรวมเกิน 22 กิโลเมตร ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้ได้อุณหภูมิ −271 °C ราคาของแม่เหล็กแต่ละอันมีมูลค่าประมาณหนึ่งล้านยูโร

สิ้นสุดแสดงให้เห็นถึงวิธีการ

เพื่อทำการทดลองที่ทะเยอทะยานดังกล่าว จึงได้สร้างเครื่องชนกันของฮาดรอนที่ทรงพลังที่สุด ทำไมคุณถึงต้องการเงินหลายพันล้านดอลลาร์? โครงการวิทยาศาสตร์นักวิทยาศาสตร์หลายคนบอกมนุษยชาติด้วยความยินดีอย่างไม่ปิดบัง จริงอยู่ในกรณีของใหม่ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์มีแนวโน้มว่าพวกมันจะถูกจัดประเภทอย่างมาก

คุณสามารถพูดได้อย่างแน่นอน นี่คือการยืนยันจากประวัติศาสตร์อารยธรรมทั้งหมด เมื่อวงล้อถูกประดิษฐ์ขึ้น มนุษยชาติเชี่ยวชาญด้านโลหะวิทยา สวัสดี ปืนและปืนไรเฟิล!

ทั้งหมดมากที่สุด การพัฒนาที่ทันสมัยวันนี้พวกเขากลายเป็นสมบัติของคอมเพล็กซ์อุตสาหกรรมการทหาร ประเทศที่พัฒนาแล้วแต่ไม่ใช่มนุษยชาติทั้งหมด เมื่อนักวิทยาศาสตร์เรียนรู้ที่จะแยกอะตอม อะไรเกิดก่อนกัน? อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้า หลังจากมีผู้เสียชีวิตหลายแสนคนในญี่ปุ่น เห็นได้ชัดว่าชาวเมืองฮิโรชิมาต่อต้านความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งพรากพวกเขาและลูกๆ ของพวกเขาไปในวันพรุ่งนี้

การพัฒนาด้านเทคนิคดูเหมือนเป็นการเยาะเย้ยผู้คนเพราะผู้คนในนั้นจะกลายเป็นจุดอ่อนที่สุดในไม่ช้า ตามทฤษฎีวิวัฒนาการ ระบบจะพัฒนาและแข็งแกร่งขึ้น โดยกำจัดจุดอ่อนของมันออกไป ในไม่ช้าอาจกลายเป็นว่าเราจะไม่เหลือที่ในโลกของการพัฒนาเทคโนโลยี ดังนั้นคำถามที่ว่า "เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้ Large Hadron Collider ในตอนนี้" จริงๆ แล้วไม่ใช่ความอยากรู้เฉยๆ เพราะมันเกิดจากความกลัวต่อชะตากรรมของมวลมนุษยชาติ

คำถามที่ไม่ได้รับคำตอบ

เหตุใดเราจึงต้องมีเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ ในเมื่อผู้คนนับล้านบนโลกนี้กำลังจะตายจากความหิวโหยและโรคที่รักษาไม่หาย และบางครั้งก็รักษาได้ เขาจะช่วยเอาชนะความชั่วร้ายนี้หรือไม่? เหตุใดมนุษยชาติจึงต้องการเครื่องชนแฮดรอนซึ่งแม้จะมีการพัฒนาเทคโนโลยีทั้งหมด แต่ก็ไม่สามารถเรียนรู้วิธีต่อสู้กับโรคมะเร็งได้สำเร็จเป็นเวลาร้อยปี หรือบางทีการให้บริการทางการแพทย์ราคาแพงอาจให้ผลกำไรมากกว่าการหาวิธีรักษา? เมื่อพิจารณาจากระเบียบโลกและการพัฒนาทางจริยธรรมที่มีอยู่แล้ว จึงมีตัวแทนเพียงไม่กี่คนเท่านั้น เผ่าพันธุ์มนุษย์ฮาดรอนคอลไลเดอร์ขนาดใหญ่มีความจำเป็นอย่างมาก เหตุใดประชากรทั้งหมดของโลกจึงต้องการมัน โดยต่อสู้อย่างไม่หยุดยั้งเพื่อสิทธิในการมีชีวิตอยู่ในโลกที่ปราศจากการโจมตีชีวิตและสุขภาพของใครก็ตาม ประวัติศาสตร์เงียบเกี่ยวกับเรื่องนี้...

ความกังวลของเพื่อนร่วมงานทางวิทยาศาสตร์

มีตัวแทนชุมชนวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ที่แสดงความกังวลอย่างจริงจังเกี่ยวกับความปลอดภัยของโครงการ มีความเป็นไปได้สูงที่ โลกวิทยาศาสตร์ในการทดลองของเขา เนื่องจากความรู้ที่จำกัด เขาอาจสูญเสียการควบคุมกระบวนการที่ไม่ได้รับการศึกษาอย่างเหมาะสมด้วยซ้ำ

วิธีการนี้ชวนให้นึกถึงการทดลองในห้องปฏิบัติการของนักเคมีรุ่นเยาว์ - ผสมทุกอย่างแล้วดูว่าเกิดอะไรขึ้น ตัวอย่างสุดท้ายอาจจบลงด้วยการระเบิดในห้องปฏิบัติการ จะเกิดอะไรขึ้นถ้า “ความสำเร็จ” ดังกล่าวเกิดขึ้นกับแฮดรอนคอลไลเดอร์?

เหตุใดมนุษย์โลกจึงต้องการความเสี่ยงที่ไม่ยุติธรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนักทดลองไม่สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่ากระบวนการชนของอนุภาคซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิดาวของเราถึง 100,000 เท่าจะไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของสารทั้งหมด ของดาวเคราะห์ดวงนี้?! หรือพวกเขาจะเรียกบางสิ่งบางอย่างที่สามารถทำลายวันหยุดพักผ่อนในภูเขาของสวิตเซอร์แลนด์หรือ French Riviera...

เผด็จการข้อมูลข่าวสาร

เหตุใด Large Hadron Collider จึงจำเป็น ในเมื่อมนุษยชาติไม่สามารถแก้ปัญหาได้น้อยลง งานที่ซับซ้อน- ความพยายามที่จะระงับความคิดเห็นทางเลือกเป็นเพียงการยืนยันความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ที่ไม่อาจคาดเดาได้

อาจเป็นไปได้ที่มนุษย์ปรากฏตัวครั้งแรกคุณลักษณะคู่นี้มีอยู่ในตัวเขา - การทำความดีและทำร้ายตัวเองในเวลาเดียวกัน บางทีการค้นพบที่เครื่องชนแฮดรอนจะให้คำตอบแก่เรา เหตุใดการทดลองที่มีความเสี่ยงนี้จึงเป็นสิ่งที่ลูกหลานของเราเป็นผู้ตัดสินใจ

สัปดาห์นี้ หลังจากรอคอยมาสองปี เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุซึ่งนำไปสู่การค้นพบฮิกส์โบซอนในปี 2555 ก็สามารถเริ่มต้นใหม่ได้

เครื่องชนขนาดยักษ์ (ส่วนหนึ่งเป็นอุโมงค์ใต้ดินยาว 27 กิโลเมตรบริเวณชายแดนฝรั่งเศส-สวิส) ถูกปิดตัวลงในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556 เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการเปลี่ยนแปลงการออกแบบได้ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังหันกลับมาใช้มันอีกครั้งเพื่อก้าวกระโดดในการศึกษาฟิสิกส์ผ่านชุดการทดลองต่างๆ

1. เดี๋ยวก่อน Large Hadron Collider คืออะไร?

อุโมงค์แฮดรอนคอลไลเดอร์ขนาดใหญ่
LHC ถูกสร้างขึ้นในปี 2008 โดย CERN (สภาวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป) เครื่องชนแฮดรอนที่ใหญ่ที่สุดในโลกใช้ทุนสร้างถึงเก้าพันล้านดอลลาร์ อุโมงค์ใต้ดินที่มีความยาวเหลือเชื่อช่วยให้นักฟิสิกส์ทำการทดลองที่เหลือเชื่อได้

พูดโดยคร่าวๆ การทดลองส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเร่งอนุภาคที่มีประจุเป็น 99.9999% ของความเร็วแสง (ทำให้พวกมันเคลื่อนที่เป็นวงกลม 11,000 ครั้งต่อวินาที) จากนั้นชนพวกมันโดยใช้แม่เหล็กขนาดยักษ์ เซ็นเซอร์ที่มีความซับซ้อนจะอ่านข้อมูลทุกประเภทที่ได้รับหลังจากการชนกันของอนุภาคเหล่านี้

2. ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงชนอนุภาค?

ข้อมูลที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งใน LHC
พลังงานจำนวนมหาศาลที่ถูกปล่อยออกมาหลังจากการชนทำให้อนุภาคสลายตัวและรวมตัวกันเป็นโครงสร้างที่ค่อนข้างผิดปกติในเวลาต่อมา การทดลองเช่นนี้ช่วยค้นหาข้อบกพร่องในตัว รุ่นมาตรฐานนักฟิสิกส์ - ปัจจุบันนี้เป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทำนายพฤติกรรมของอนุภาค

นักฟิสิกส์สนใจการทดลองดังกล่าว เพราะถึงแม้แบบจำลองมาตรฐานจะถือว่ามีความแม่นยำมาก แต่ก็ยังไม่สมบูรณ์ “การคาดเดาเป็นสิ่งที่ดี แต่นักฟิสิกส์ไม่ชอบการคาดเดามากนัก” แพทริค คอปเพนเบิร์ก นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานร่วมกับ LHC ให้ความเห็น

ข้อเสียเปรียบที่ใหญ่ที่สุดของแบบจำลองนี้คือ มันไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วง (อธิบายเพียงแรงพื้นฐานอีกสามแรงเท่านั้น) และแนวคิด เช่น สสารมืดและพลังงานมืด นอกจากนี้ยังใช้ไม่ได้ผลดีนักกับทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับต้นกำเนิดของจักรวาล

กล่าวอีกนัยหนึ่ง แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์คือ คำอธิบายที่ดีที่สุดสิ่งต่างๆ รอบตัวเราทำงานอย่างไร อย่างไรก็ตาม ตามความเห็นของ Koppenburg ทฤษฎีนี้ "ผิดอย่างแน่นอนในบางจุด" ด้วยการทุบอนุภาคเข้าไปใน LHC เขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ กำลังพยายามค้นหาความเบี่ยงเบนไปจากแบบจำลองนี้

3. นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ได้ค้นพบอะไรไปแล้ว?

แผนภาพที่ 17 อนุภาคพื้นฐานรุ่นมาตรฐานรวมทั้งฮิกส์โบซอน
ที่สุด เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ทั้งหมดของ Large Hadron Collider คือการค้นพบฮิกส์โบซอน

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เชื่อกันว่า Higgs boson เป็นส่วนหนึ่งของสนาม Higgs ซึ่งเป็นสนามที่มองไม่เห็นซึ่งไหลผ่านอวกาศและส่งผลกระทบต่ออนุภาคทั้งหมด ตามที่นักฟิสิกส์กล่าวไว้ ต้องขอบคุณสนามนี้ที่ทำให้อนุภาคมีมวล (หรือความต้านทานเมื่อเคลื่อนที่)
นักฟิสิกส์ Brian Greene เขียนในบทความของเขา:

“ลองจินตนาการว่าลูกปิงปองจมอยู่ใต้น้ำ เมื่อคุณพยายามดำน้ำให้ลึกขึ้น ดูเหมือนว่ามันจะหนักกว่าตอนออกจากน้ำหลายเท่า ปฏิกิริยากับน้ำทำให้มวลเพิ่มขึ้น สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับอนุภาคที่จมอยู่ในสนามฮิกส์"

โดยหลักการแล้ว ไม่มีใครแปลกใจกับการค้นพบโบซอนและสนามฮิกส์ เพราะกฎทั้งหมดของแบบจำลองมาตรฐานชี้ให้เห็นถึงการมีอยู่ของพวกมัน สิ่งที่จับได้ก็คือไม่มีหลักฐานโดยตรง “เมื่อเราสร้าง LHC เราหวังว่าจะค้นพบฮิกส์โบซอนหรือพิสูจน์ว่ามันไม่มีอยู่จริง” คอปเพนเบิร์กให้ความเห็น

ในปี 2012 หลังจากการทดลองเป็นเวลาสามปี นักฟิสิกส์ได้พิสูจน์การมีอยู่ของฮิกส์โบซอน มีการคำนวณว่าทันทีหลังจากการชน ฮิกส์โบซอนจะสลายตัวเป็นอนุภาคอื่นตามรูปแบบบางอย่าง ข้อมูลที่รวบรวมหลังจากการชนของโปรตอนช่วยให้เข้าใจและทำนายรูปแบบเหล่านี้ได้

การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง สนามฮิกส์เป็นรากฐานสำคัญของแบบจำลองมาตรฐาน ต้องขอบคุณเขาที่ทำให้สมการอื่นๆ ทั้งหมดชัดเจนขึ้นมาก เราสามารถค้นพบมันได้ 50 ปีหลังจากการทำนายการมีอยู่ของมันบนกระดาษ ซึ่งหมายความว่าเรามาถูกทางแล้วในการศึกษาโครงสร้างของจักรวาลของเรา

4. เหตุใด TANK จึงเปิดอีกครั้ง?

อุโมงค์ของเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่
การทดลองทั้งหมดที่เกิดขึ้นในอดีตเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น หลังจากหลายปีของการปรับปรุงแม่เหล็ก (ซึ่งเร่งและควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาค) และเซ็นเซอร์ ยุคใหม่ก็จะเริ่มต้นขึ้น: ชุดการทดลองตอนนี้เกี่ยวข้องกับการเร่งและการชนกันของอนุภาคด้วยประจุสองเท่าของประจุครั้งก่อน

การชนกันของอนุภาคครั้งใหม่จะทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบอนุภาคใหม่ (และอาจใหญ่กว่านั้นด้วยซ้ำ) รวมทั้งศึกษาฮิกส์โบซอนและพฤติกรรมของมันภายใต้สภาวะที่ต่างกัน

“เราหวังว่าจะค้นพบองค์ประกอบที่แบบจำลองมาตรฐานไม่ได้ทำนายไว้ ตัวอย่างเช่น อนุภาคที่หนักมากจนยังไม่ถูกค้นพบ หรือการเบี่ยงเบนประเภทอื่นๆ” คอปเพนเบิร์กแบ่งปันความหวังของเขา

ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ว่าฮิกส์โบซอนเป็นเพียงหนึ่งในหลายอนุภาคจากกลไกฮิกส์

ปริมาณที่เพียงพอ ข้อมูลใหม่ตามที่คอปเพนเบิร์กและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ กล่าวไว้ จะช่วยให้เราค้นพบอนุภาคใหม่และปรับปรุงแบบจำลองมาตรฐานในปัจจุบัน ซึ่งช่วยให้อนุภาคสามารถโต้ตอบกับสสารมืด การกำเนิดของจักรวาล และหัวข้ออื่นๆ ที่ไม่เข้าใจได้อย่างแม่นยำ

5. มีแผนที่จะสร้างเครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่านี้ในอนาคตหรือไม่?

แผนผังของเครื่องชนเชิงเส้นระหว่างประเทศ
ใช่. นักฟิสิกส์หวังว่าจะสร้างเครื่องเร่งอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่านี้มากในที่สุดเพื่อเร่งอนุภาคออกมา พลังงานอันยิ่งใหญ่กว่าบาค ซึ่งในทางกลับกันจะช่วยให้สามารถค้นพบอนุภาคใหม่ๆ และช่วยให้เข้าใจเรื่องสสารมืดได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ความยาวของ International Linear Collider จะเป็น 32 กิโลเมตร ต่างจาก LHC ที่อนุภาคถูกเร่งเป็นวงกลม ในโครงการนี้ อนุภาคจะชนกันโดยตรง โครงการนี้ยังอยู่ระหว่างการพิจารณา แต่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าเครื่องเร่งดังกล่าวจะสามารถสร้างได้ในญี่ปุ่น และจะเริ่มดำเนินการได้ภายในปี 2569

กาลครั้งหนึ่งดูเหมือนว่าทุกคนจะมีการสร้างเครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ในสหรัฐอเมริกา ในปี 1989 สภาคองเกรสตกลงที่จะใช้จ่ายหกพันล้านดอลลาร์เพื่อสร้างตัวนำยิ่งยวด พวกเขากำลังจะสร้างมันในเมืองวาซาฮาชี รัฐเท็กซัส อุโมงค์นี้มีความยาวประมาณ 86 กิโลเมตร แรงที่อนุภาคจะชนกันนั้นจะแรงกว่าแรงของ Large Hadron Collider ถึงสี่เท่า แต่น่าเสียดายที่ในปี 1993 ค่าใช้จ่ายของโครงการเพิ่มขึ้นเป็น 11 พันล้านดอลลาร์ และสภาคองเกรสก็ตัดสินใจปิดโครงการนี้ แม้ว่าจะใช้เงินสองพันล้านไปแล้วในการสร้างอุโมงค์ความยาว 25 กิโลเมตรก็ตาม

ต้นฉบับ: ว็อกซ์
แปลแล้ว

เป็นการค้นหาวิธีที่จะรวมทฤษฎีพื้นฐานสองทฤษฎีเข้าด้วยกัน - GTR (เกี่ยวกับทฤษฎีความโน้มถ่วง) และแบบจำลองมาตรฐาน (แบบจำลองมาตรฐานที่รวมปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพพื้นฐานสามประการเข้าด้วยกัน ได้แก่ แม่เหล็กไฟฟ้า แรง และอ่อน) การค้นหาวิธีแก้ปัญหาก่อนการสร้าง LHC ถูกขัดขวางโดยความยากลำบากในการสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม

การสร้างสมมติฐานนี้เกี่ยวข้องกับการรวมทฤษฎีทางกายภาพสองทฤษฎีเข้าด้วยกัน - กลศาสตร์ควอนตัมและ ทฤษฎีทั่วไปทฤษฎีสัมพัทธภาพ

เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการใช้สิ่งที่ได้รับความนิยมและจำเป็นหลายอย่างพร้อมกัน แนวทางที่ทันสมัย– ทฤษฎีสตริง ทฤษฎีเบรน ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงยิ่งยวด และทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมด้วย ก่อนการสร้างเครื่องชนกัน ปัญหาหลักในการทำการทดลองที่จำเป็นคือการขาดพลังงาน ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ที่มีประจุอื่น ๆ

Geneva LHC เปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองที่เป็นไปไม่ได้ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าในอนาคตอันใกล้นี้ทฤษฎีทางกายภาพจำนวนมากจะได้รับการยืนยันหรือหักล้างโดยใช้เครื่องมือนี้ หนึ่งในปัญหามากที่สุดคือทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวดหรือทฤษฎีสตริง ซึ่งแบ่งฟิสิกส์ออกเป็นสองค่ายมายาวนาน - "สตริงเกอร์" และคู่แข่ง

การทดลองพื้นฐานอื่นๆ ดำเนินการโดยเป็นส่วนหนึ่งของงาน LHC

การวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ในสาขาการศึกษา top- ซึ่งเป็นควาร์กที่หนักที่สุดและหนักที่สุด (173.1 ± 1.3 GeV/c²) ของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดที่รู้จักในปัจจุบัน ก็น่าสนใจเช่นกัน

เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ก่อนที่จะมีการสร้าง LHC นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถสังเกตควาร์กได้ที่เครื่องเร่งเทวาตรอนเท่านั้น เนื่องจากอุปกรณ์อื่นๆ ไม่มีพลังงานและพลังงานเพียงพอ ในทางกลับกัน ทฤษฎีควาร์กก็เป็นองค์ประกอบสำคัญของสมมติฐานฮิกส์โบซอนที่ได้รับการยกย่อง

นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดเกี่ยวกับการสร้างและศึกษาคุณสมบัติของควาร์กในห้องอบไอน้ำท็อปควาร์ก-แอนติควาร์กที่ LHC

เป้าหมายสำคัญของโครงการเจนีวาก็คือกระบวนการศึกษากลไกของสมมาตรทางไฟฟ้าซึ่งมีความเกี่ยวข้องเช่นกัน หลักฐานการทดลองการดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอน เพื่อกำหนดปัญหาให้แม่นยำยิ่งขึ้น หัวข้อการศึกษาไม่ได้เกี่ยวกับโบซอนมากนัก แต่เป็นกลไกในการทำลายความสมมาตรของปฏิกิริยาอิเล็กโทรอ่อนแอที่ปีเตอร์ ฮิกส์ ทำนายไว้

LHC กำลังทำการทดลองเพื่อค้นหาสมมาตรยิ่งยวด - และผลลัพธ์ที่ต้องการจะเป็นข้อพิสูจน์ทฤษฎีที่ว่า อนุภาคมูลฐานมักจะมาพร้อมกับคู่หูที่หนักกว่าและการโต้แย้งของเธอ