همه چیز درباره برخورد دهنده هاردونی بزرگ

به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، برخورددهنده هادرونی بزرگ ( LHC ) بزرگ‌ترین نه‌تنها بزرگ‌ترین ماشین جهان بلکه  و پرانرژی‌ترین شتاب‌دهنده پیچیده ذرات در جهان است که این شتاب‌دهنده در تلاش است تا  پرتوهای خلاف جهت هم پروتون باانرژی جنبشی زیاد  را به یکدیگر برخورد دهد.

هدف اصلی این ماشین تحقیق صحت و محدودیت مدل استاندارد، نظریه‌ی کنونی فیزیک ذرات است و درصورتی‌که این نظریه اثبات شود و این پیش‌بینی‌های مربوط  به این ماشین حقیقت داشته باشد بزرگ‌ترین کشف بشر از ابتدای تاریخ خواهد بود.

اکنون فیزیکدانان امیدوارند با رساندن ماده به حالتی که تا به حال دیده نشده، بخشی از این پرسش های تاکنون بی پاسخ مانده را در باره جهان هستی جواب دهند.

برای این کار در دور جدید آزمایشها از برخورد دو پرتو بسیار متمرکز و بسیار سریع پروتون در شتابدهنده سرن، حرارتی تولید می‌شود - که از لحظاتی بعد از انفجار بزرگ تا به حال دیده نشده- و شاید این باعث کشف چیزی ناشناخته شود.

LHC توسط موسسه اروپایی تحقیقات هسته‌ای ( CERN ) ساخته شد و در زیر مرز فرانسه – سوئیس نزدیک ژنو سوئیس قرار دارد. LHC با همکاری بیش از 8000 فیزیک‌دان از بیش از 85 کشور جهان مشابه صدها دانشگاه و آزمایشگاه سرمایه‌گذاری و ساخته ‌شده است . اولین پرتوهای این ماشین  در 10 سپتامبر 2008 به گردش درآمدند.

هرچند پرسش‌های بسیاری در مورد امنیت برخورددهنده هادرونی بزرگ در رسانه‌ها و دادگاه‌ها وجود دارد ، جامعه علمی از عدم امکان تهدید توسط برخوردهای ذره‌ای LHC اطمینان خاطر دارند.

طراحی:

LHC بزرگ‌ترین و پرانرژی‌ترین شتاب‌دهنده پیچیده ذرات در جهان است. برخورددهنده در یک تونل دایره‌ای شکل با محیط 27 کیلومتر و عمق بین 50 تا 175 متری زمین قرار دارد. عمق 3.8 متری در خط لوله بتونی که در سال 1983 تا 1988 ساخته‌شده به‌عنوان مکان برخورد بزرگ الکترون-پوزیترون در نظر گرفته‌شده است.

LHC  مرز سوئیس و فرانسه را در 4 نقطه قطع می‌کند ، اما اکثر آن در فرانسه قرار دارد. ساختمان روی سطح زمین تجهیزات فرعی مانند فشرده‌سازها ، تجهیزات تهویه ، الکترونیک‌های کنترل و دستگاه‌های خنک‌کننده را دارا است.

تونل برخورد دهنده دارای دو لوله پرتوی  موازی  در چهار نقطه تقسیم می شود و هر کدام یک پرتو پروتونی را حمل می کنند. در دو جهت مخالف حرکت می کنند هستند. این تونل ها 1232 دوقطبی مغناطیسی پرتو را در مسیر دایره ای خود نگه می دارند ، در حالی که 329 چهار قطبی معناطیسی به تمرکز پرتو کمک می کنند تا شانس برخورد بین دو ذره را در 4 نقطه اشتراکی که پرتو ها از آن عبور خواهند کرد ، بالا ببرند.  در نهایت 1600 مغناطیس ابرهادی با وزنی بالغ بر 27 تن بر آن نصب شده با تقریبا 96 تن هلیوم مایع برای نگه داشتن مغناطیس ها در دمای فعالیتشان در 1.9 درجه ی کلوین که LHC را به بزرگترین تجهیزات برودتی در جهان در دمای هلیوم مایع ساخت.

با شروع کار ماشین انرژی و سرعت پروتون ها تا اندازه ای می رسد که کمتر از 90 میلی ثانیه طول می کشد تا پروتون یک بار به دور حلقه مرکزی بچرخد – سرعتی معادل 11000 دور در ثانیه.

* اهداف:

در این عملیات حدود 7000 دانشمند از 80 کشور جهان به LHC دسترسی دارند. این تئوری وجود دارد که برخورد دهنده، آخرین ذره مشاهده نشده پیش بینی شده توسط مدل استاندارد،  را تولید خواهد کرد. گفته می شود به واسطه این تحقیق می توان به چگونگی تولید جرم یعنی بزرگترین سوال بشر پاسخ داد

 علاوه بر این ممکن است ذرات جدیدی که توسط توسعه  تولید شوند. به طور کل ، فیزیک دانان امیدوارند که LHC می تواند توانایی های آنها را در  پاسخ دادن به این سوالات بالا ببرد:

• آیا مکانیزم هیگز به درستی در طبیعت درک می شود؟
• چرا جاذبه از 3 نیروی بنیادی دیگر ضعیف تر است؟
• آیا اندازه گیری های دقیق جرم با مدل استاندارد به طور ثابتی همچنان سازگار است؟
• چرا اشتباهی آشکار در تقارن بین ماده و پاد ماده  وجود دارد؟
• طبیعت ماده تاریک و انرژی تاریک چیست؟
• آیا بعد های دیگری هم همچنان که در تئوری رشته ای با مدل های گوناگون پیش بینی شده ، وجود دارد و آیا می توانیم آن ها را ببینیم؟

هزینه ها:

هزینه ی کلی این طرح در حدود 3.2 تا 4.4 بیلیون یورو پیش بینی شده بود. ساخت LHC در سال 1995 با هزینه ی 2.6 بیلیون فرانک سوئیس به علاوه 210 میلیون فرانک بابت هزینه ی تحقیقات تصویب شد. هرچند ، هزینه ها از این حد گذشت.  

در تجدید دوباره پروژه در 2001 تا 480 میلیون فرانک برای شتاب دهنده و 50 میلیون فرانک برای تحقیقات تخمین زده شد در حالی که بودجه CERN کم شد و اتمام کار به جای سال 2005 در آوریل سال 2007 صورت گرفت.