Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 17 гостей.

Ускорители большого адронного коллайдера.

 БАК − это крупнейший в мире и самый мощный ускоритель частиц. Ускорители были изобретены в 30-х годах 20 века, для получения частиц высоких энергий, чтобы исследовать структуру атомного ядра. В электрических и магнитных полях ускоренные частицы достигают огромных энергий.
 В круговом ускорителе пучок частиц проходит многократно круговые петли, в линейном ускорителе пучок частиц движется от одного конца до другого.

 В БАКе, для достижения более высоких энергий пучков частиц, используется ряд объеденных последовательно ускорителей.
Первый ускоритель в цепи, ускоряет протоны до энергии 50 МэВ. Для того чтобы атомы водорода потеряли свои электроны и остались только протоны их пропускают через электрическое поле. К тому времени, когда протоны достигают другого конца ускорителя они приобретают энергию 50 МэВ и прибавил 5 % по массе.


 Разогнанные протоны поступают в протонный синхротрон, который состоит из четырех наложенных синхротронных колец. Получив пучки протонов с энергией 50 МэВ, синхротрон ускоряет их до 1,4 ГэВ.

 Ускоренные пучки протонов поступают в следующий протонный синхротрон (PS), который является важнейшим компонентом в ЦЕРНЕ. Окружность ускорителя 628 метров, электромагниты находятся при обычной комнатной температуре. Ускоритель работает на частоте до 25 ГэВ. Кроме протонов, ускоритель ускоряет альфа-частицы (ядра гелия), ядра кислорода и серы, другие ядра, электроны.

 Далее протоны направляются в Super Proton Synchrotron (SPS) - Супер-Протонный Синхротрон, где они ускоряются до 450 ГэВ.

 СПС имеет семикилометровую окружность и разгоняет поставленные пучки до энергий 450 ГэВ. Он имеет 1317 электромагнитов при обычной комнатной температуре. Ускоритель умеет работать с различными видами частиц: ядрами серы и кислорода, электронами, позитронами, протонами и антипротонами.
 Пучки протонов, с энергиями 450 ГэВ поступают в Большой адронный коллайдер. БАК − это крупнейший в мире и самый мощный ускоритель частиц. Он начал свою работу 10 сентября 2008 года, и остается последним дополнением к ускорительному комплексу в ЦЕРН. БАК состоит из 27-километрового кольца ускоряющих структур − сверхпроводящих магнитов.
 Внутри ускорителя два высокоэнергетических пучка частиц движущихся со скоростями близкими к скорости света. Пучки движутся в противоположных направлениях в отдельных трубах в которых поддерживается состояние сверхвысокого вакуума.
 В ускорителе имеется три отдельных вакуумных системы:

  1. Чтобы избежать столкновения с молекулами газа пучков частиц внутри ускорителя находится вакуум как и в межпланетном пространстве.
  2. Чтобы уменьшить количество тепла, которое просачивается из окружающей среды комнатной температуры в криогенную зону в которой поддерживается температура в 1,9 K (-271.3°C).
  3. Чтобы уменьшать потери тепла криогенно охлаждаемых магнитов.

 Электромагниты находятся при температуре -271,3 °С и построены из катушек со специальным электрическим кабелем, который работает в сверхпроводящем состоянии, эффективно проводит электричество без сопротивления или потери энергии. По этой причине, ускоритель подключен к системе жидкого гелия, который охлаждает магниты.
 В БАК находятся тысячи магнитов, разных сортов и размеров. Они включают в себя 1232 дипольных магнита 15 метровой длины, по изгибу балки, и 392 квадрупольных магнита, каждый по 5-7 метров в длину, где фокусируются лучи. Незадолго до столкновения, другой тип магнитов используется, чтобы прижать частички ближе друг к другу, для увеличения вероятности столкновения. В коллайдере решается похожая по сложности задача, как если бы взять две швейные иглы, расположенных на расстоянии 10 км, выстрелить навстречу друг друга с высокой вероятностью попадания. Пучки частиц настолько малы, что столкнуть их точно является сложнейшей задачей.


 Пучки в 1-й трубе циркулируют по часовой стрелке, пока пучки в другой трубе циркулируют против часовой стрелки. Время заполнения каждого кольца 4 минуты и 20 секунд, и 20 минут для того, чтобы достичь максимальной энергии 4 ТэВ. Пучки могут циркулировать в течение многих часов внутри труб при нормальных условиях эксплуатации. Два пучка приводятся в столкновение внутри четырех детекторов − Алиса, Атлас, CMS и LHCb − где полная энергия при столкновении равна 8 ТэВ.
Алиса представляет собой детектор − 26 м в длину, 16 м в высоту, и шириной 16 м. Применяется для изучения кварк-глюонной плазмы. Детектор находится в огромной пещере 56 м под землей недалеко от поселка сен-Жени-Пуйи, Франция.

Атлас это один из двух детекторов общего назначения, на Большом Адронном Коллайдере. 46 м в длину, 25 м в высоту и 25 м в ширину, 7000-тонный детектор ATLAS является наибольшим детектором частиц из когда-либо построенных. Он находится в пещере, в 100 м под землей возле главного центра ЦЕРНА, недалеко от деревни Meyrin в Швейцарии.

Компактный Мюонный Соленоид (CMS)-это универсальный детектор в БАКе. Он предназначен для решения широкого спектра физических задач, в том числе поиск Бозон Хиггса, поиск частицы, из которых может состоять темная материя. Хотя он решает похожие задачи с ATLAS, но использует другое техническое решение при проектировании детектора, другой магнит. Огромный соленоид магнит имеет форму цилиндрической катушки из сверхпроводящего кабеля, который генерирует поле 4 Тл, что около 100000 раз больше магнитного поля Земли.
 Необычная особенность детектора CMS является то, что он был построен из 15 секций на уровне земли, прежде чем был опущен в подземную пещеру возле Cessy во Франции и разбираются. Полный детектор 21 м в длину, 15 м в ширину и 15 м в высоту.

 В Большом адронном коллайдере проводятся исследование различий между материей и антиматерией, изучаются частицы называемые "beauty quark", или "b-кварк".
 Обилие различных типов кварков создаются в БАК прежде чем они быстро распадаются в другие формы. Чтобы поймать b-кварки, в БАКе разработана сложная подвижная система трековых детекторов возле траекторий пучков.
5600-тонный детектор БАК состоит из переднего спектрометра и планарных детекторов. Это 21 м в длину, 10 м в высоту и 13 м в ширину, детектор находится в 100 метрах под землей возле села Ферней-Вольтер, Франция.

 По материалам http://home.web.cern.ch


Интересные вопросы.
Качественные вопросы.
Нобелевская премия 2013 г.