1

Czym jest LHC? LHC (Large Hadron Collider -Wielki Zderzacz Hadronów) jest akceleratorem cząstek budowanym przez CERN (European Organizationfor Nuclear Research) - największe na świecie fizyczne laboratorium. LHC jest aktualnie największym akceleratorem świata. Jest to kołowy tunel o średnicy 8 km i obwodzie ok. 27 km, usytuowany na głębokości 100 m, leży jednocześnie pod Szwajcarią i Francją. Zderzacz ma za zadanie sondować materię głębiej niż jakiekolwiek urządzenie dotychczas. Po jego uruchomieniu będą się w nim zderzać wiązki protonów, a całkowita energia wyniesie 14 TeV [1 TeV mniej więcej równy jest energii kinetycznej lecącego komara. W LHC ta energia jest skupiona w przestrzeni milion razy mniejszej od komara.] Będą równieżprzyspieszane wiązki jąder ołowiu, zderzając się z energią równą 1150 TeV. Ze strony LHC nie grozi nam jednak ani nowy Wielki Wybuch, aninadmierne promieniowanie – na powierzchni będzie dużo niższe od dopuszczalnych ,międzynarodowych norm bezpieczeństwa.

Budowa i zasada działaniaNa schemacie zaznaczono akceleratory oraz detektory współpracujące z głównym akceleratorem (LHC). Przyspieszane cząstki (protony) rozpoczynają swą drogę w akceleratorze liniowym - akceleratorze protonów (P), jony o masie aż do masy ołowiu są przyspieszane w oddzielnym akceleratorze (Pb). Dalsza droga protonów i jonów jest wspólna, najpierw trafiają do synchrotronu zwanego PS (Proton Synchrotron) w którym wiązka uzyskuje odpowiednią energię do 50 MeV i jest kształtowana. SPS (Super Proton Synchrotron) przyspiesza protony do energii 450 GeV, na wyjściu z tego akceleratora można ukształtować dwie wiązki, które w LHC będą poruszały się w przeciwne strony. Gdy przyspieszone wiązki są zderzane, ich analizą zajmuje się pięć zespołów detektorów, których nazwy są też utożsamiane z zespołami pracującymi nad ich budową i działaniem.

ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) –Toroidalny zespół detektorów, ma szukaćodpowiedzi dotyczących bozonu Higgsa, Supersymetrii i dodatkowych wymiarów,CMS (ang. Compact Muon Solenoid) –detektor mionów,LHCb (ang. Large Hadron Collider beauty) – detektor cząstek zawierających kwark B,ALICE (ang. A Large Ion ColliderExperiment) – zderzacz do obserwacji wyników zderzeń jonów,TOTEM (ang.Total Cross Section, ElasticScattering and Diffraction Dissociation) –badanie całkowitych przekrojów czynnych, rozpraszania elastycznego i dysocjacji dyfrakcyjnej.

LHC wykorzysta nadprzewodnictwo. Aby utrzymać wiązki na odpowiednich torach, LHC musi mieć silniejsze pole magnetyczne, niż stosowane dotychczas w jakimkolwiek akceleratorze CERN. Nadprzewodnictwo umożliwia uzyskanie takich pól, ale nigdy jeszcze nie zbudowano tak potężnych instalacji nadprzewodzących jak dla LHC.

Dlaczego potrzebujemy LHC?Gdyż nasza wiedza o Wszechświecie jest niepełna. LHC to kolejny krok w programie badań, które

rozpoczęły się ponad 100 lat temu. Naukowcy właśnie wtedy odkryli różne rodzaje tajemniczego promieniowania: X, katodowe, alfa i beta. U progu XXI wieku pojawiły się nowe pytania, na które odpowiedźma dać właśnie LHC.

Jednym z tych pytań jest powód, dla którego elementarne cząstki posiadaj ą masę, oraz dlaczego są od siebie różne Odpowiedź należy szukać w idei Higgsa, która zakłada, że cała przestrzeń wypełniona jest "polem Higgsa" - przez oddziaływanie na te pole, cząsteczki nabierają swoją masę. Cząstki które silniej oddziałują na pole Higgsa - są cięższe, natomiast te które słabiej wchodzą w reakcję - są lżejsze. Pole Higgsa ma co najmniej jedną, nową cząstkę związaną z polem - zwaną"bozonem Higgsa". Jeśli taka cząstka istnieje LHC będzie w stanie ją wykryć.

Kolejną zagadką jest istnienie czterech, ró żnych oddziaływa ń (grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne i słabe ) W młodym Wszechświecie, dużo gorętszym od obecnego, prawdopodobnie siły te zachowywały się jak jedna. Popularną ideą stałą się unifikacja zwana SUSY, według której wszystkie znane dziś cząstki elementarne mają swoje bliźniacze kopie. Jeśli ta teoria jest prawidłowa, LHC je wykryje.

Następnym problemem do rozwiązania jest antymateria. Dawniej uważano, że antymateria była perfekcyjnym odbiciem materii - jeśli zastąpimy materię antymaterią i obejrzymy wyniki w lustrze- nie zobaczymy różnicy. Teraz wiemy, że antymateria nie jest perfekcyjnym odbiciem, a to może prowadzić do braku równowagi pomiędzy materią a antymaterią. LHC będzie bardzo dobrym "lustrem antymaterii" co umożliwi poddać Standardowy Model najcięższym testom dotychczas zrobionym.LHC będzie również badać właściwości plazmy kwarkowo -gluonowej.

LHC a bezpiecze ństwo .Fizycy w akceleratorze LHC pod Genewą chcąwyprodukować małe czarne dziury. Czy to nie groźne?

Odpowiedź brzmi: NIE. Dziś z pewnością wiemy, że miniaturowe czarne dziury nie będą niebezpieczne. Czarne dziury są obiektami bardzo zwartymi, to znaczy mają duże masy i małe rozmiary. Dla małych okazów o wiele mniej zwarta Ziemia w istocie niewiele różni się od próżni i przelatują przez nią bez oporu. Hipotetyczne czarne dziury, które chcieliby wyprodukować w laboratorium fizycy, mająmasy jeszcze po wielekroć mniejsze, porównywalne z masami cząstek elementarnych. Te bardzo małe obiekty podlegają prawom mechaniki kwantowej i szybko wypromieniowują całą swoją masę, przez co żyją niesłychanie krótko, niewyobrażalnie mały ułamek sekundy.

Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a przedstawia masywną czarną dziurę w gromadzie Centaurus A. Dziura pożera właśnie galaktykę spiralną złożoną z setek milionów gwiazd. Z boków pasa ciemego pyłu widoczne jasne skupiska młodych, błękitnych gwiazd, w środku - łagodne, przymglone światło znacznie starszych "mieszkańców" galaktyki: czerwonych olbrzymów i czerwonych karłów.

Praca pod kierunkiem mgr Joanny Russy-Resztak

Pracę przygotowały: Katarzyna Słotwińska i Bernadeta Boruch