Suur Hadronite Põrguti
Suur hadronite põrguti (LHC) on maailma suurim ja võimsaim osakeste kiirendi. Selle ehitas Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon (CERN). Tegemist on hiiglasliku ringikujulise tunneliga, mis on ehitatud maa alla. Tunnel on 27 kilomeetri pikkune ja asub 50-175 meetri sügavusel maa all. See asub Šveitsi ja Prantsusmaa piiri all. Selle projekti loomisel töötas koos 10 000 teadlast ja inseneri enam kui 100 eri riigist ning selle ehitamine läks maksma 10,4 miljardit Šveitsi franki (10 miljardit dollarit). Praegu on see maailma suurim ja kõige keerulisem eksperimentaalne uurimisrajatis.
Nagu nimigi ütleb, on LHC-s tehtavad teadusuuringud seotud hadronite kokkupõrkega. Hadron on osake, mis koosneb mitmest kvargist, mida hoiab koos subatomaarne tugev jõud. Hadronite hulka kuuluvad näiteks prootonid ja neutronid. LHC kasutab oma katsetes peamiselt prootonite kokkupõrkeid. Prootonid on aatomite positiivse laenguga osad. LHC kiirendab neid prootoneid läbi tunneli, kuni nad saavutavad peaaegu valguse kiiruse. Erinevad prootonid suunatakse läbi tunneli vastassuunas. Kui nad põrkuvad, tekitavad nad varajase universumi tingimustega sarnased tingimused.
LHC püüab uurida elementaarosakesi ja nende vastastikmõju. Teadlased on seda kasutanud kvantfüüsika tundmaõppimiseks ning loodavad saada palju rohkem teada ruumi ja aja struktuuri kohta. Vaatlused, mida teadlased suudavad teha, võivad aidata meil teada saada, milline võis universum olla millisekundite jooksul pärast suurt pauku.
CERNi suure hadronite põrguti kaart
Kuidas see töötab
LHC ioniseerib vesiniku aatomeid, et saada nende prootonid. Vesiniku aatom koosneb ainult ühest prootonist ja ühest elektronist. Kui nad ioniseerivad aatomeid, eemaldavad nad ühe elektroni, et anda aatomile positiivne netolaeng. Seejärel suunatakse vesiniku prootonid elektromagnetite abil läbi ringi. Selleks, et magnetid oleksid piisavalt tugevad, peab olema väga külm. Tunneli sisemust jahutab vedel heelium. Nad hoiavad temperatuuri veidi üle absoluutse nulli. Prootonid tabavad üksteist peaaegu valguse kiirusega ja muunduvad energiaks, kasutades E=mc2. Seejärel pöördub see ümber ja tekitab massi. Kokkupõrkekohas on neli kihti detektoreid. Plahvatus läbib iga kihi ja iga detektor registreerib reaktsiooni eri etappi.
Kui osakesed omavahel kokku põrkuvad, muundub nende energia paljudeks erinevateks osakesteks ja tundlikud detektorid jälgivad tekkinud osakesi. Detektori andmeid hoolikalt vaadates saavad teadlased uurida, millest osakesed koosnevad ja kuidas need osakesed omavahel suhtlevad. See on ainus viis mõnede osakeste avastamiseks, sest nende tekkimiseks on vaja väga suurt energiat. LHC osakeste kokkupõrgetel on vajalik energia olemas.
LHC-l on kolm peamist osa. See on osakeste kiirendi, neli detektorit ja võrk. Kiirendi tekitab kokkupõrke, kuid selle tulemusi ei saa otseselt jälgida. Detektorid muudavad selle kasutatavateks andmeteks ja saadavad need võrku. Grid on arvutivõrk, mida teadlased kasutavad andmete tõlgendamiseks. Võrgustikus on 170 asukohta 36 erinevas riigis, mis on täidetud tavaliste lauaarvutitega. Kõik need arvutid on omavahel ühendatud ja koos tegutsevad nad superarvutina. LHC Gridi peetakse kõige võimsamaks superarvutiks, mis on kunagi ehitatud. Arvutid jagavad arvutusvõimsust ja andmesalvestusruumi.
Grid on väga võimas, kuid see suudab vastu võtta ainult umbes ühe protsendi detektorite poolt saadud andmetest. Selle piirangud on ajendanud püüdlusi luua kvantarvuteid, mis võiksid kasutada seda, mida LHC on meile kvantmehaanika kohta õpetanud, et teha kiiremaid arvuteid.
Teadlased kasutasid LHC-d, et leida Higgsi boson, mis on standardmudeli järgi ennustatud osakese.
Mõned inimesed arvasid, et LHC võib tekitada musta augu, mis oleks väga ohtlik. On kaks põhjust mitte muretseda. Esimene on see, et LHC ei teinud midagi sellist, mida ei tee kosmilised kiired, mis tabavad Maad iga päev, ja need kiired ei tekita musti auke. Teine põhjus on see, et isegi kui LHC tekitaks musti auke, oleksid need väga väikesed. Mida väiksem on must auk, seda lühem on selle eluiga. Väga väikesed mustad augud aurustuksid enne, kui nad saaksid inimestele haiget teha.
LHC-d kasutati esimest korda 10. septembril 2008, kuid see ei töötanud, sest jahutussüsteem läks katki. Magnetid, mis aitavad laetud osakesi liigutada, peavad olema külmad. Rike põhjustas osa rajatise kokkuvarisemise. Labor suleti talveks ja põrguti kasutati uuesti alles 2009. aasta novembris. Remondi ajal kasutasid teadlased Tevatroni Higgsi bosoni otsimiseks. Kui LHC 2009. aasta novembris uuesti käivitus, püstitas see uue kiirusrekordi, kiirendades prootonid 1,18 TeV (teraelektronvolt ehk triljon elektronvolt). 30. märtsil 2010 tekitas LHC kolonni kiirusel 3,5 TeV.
Küsimused ja vastused
K: Mis on suur hadronite põrguti (LHC)?
V: LHC on maailma suurim ja võimsaim osakeste kiirendi. Selle ehitas Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon (CERN) ja see on maa alla ehitatud hiiglaslik ümmargune tunnel.
K: Kus asub LHC?
V: LHC asub Šveitsi ja Prantsusmaa piiri all, selle tunnel on 17 miili (27 kilomeetrit) pikk ja asub 50-175 meetri sügavusel maa all.
K: Kes töötasid projekti ehitamisel?
V: Selle projekti ehitamiseks töötas koos 10 000 teadlast ja inseneri enam kui 100 eri riigist.
K: Kui palju maksis selle ehitamine?
V: Projekt maksis 10,4 miljardit Šveitsi franki (10 miljardit dollarit).
K: Milliseid osakesi kasutatakse LHC eksperimentides?
V: LHC eksperimentides kasutatakse peamiselt prootoneid. Prootonid on positiivse laenguga aatomite osad, mida kiirendatakse läbi tunneli, kuni nad saavutavad peaaegu valguse kiiruse.
K: Mida loodavad teadlased selle rajatise kasutamisest teada saada? V: Teadlased loodavad rohkem teada saada kvantfüüsikast ning saada aimu sellest, millised olid ruum ja aeg millisekundite jooksul pärast suurt pauku.
