კოლაიდერი

კოლაიდერის შექმნის მიზანი:

1.    სტანდარტული მოდელის ექსპერიმენტალური დადასტურება, ჰიქსის ბოზონის აღმოჩენა;

2.    დიდი აფეთქების თეორიის ექსპერიმენტალური მოდელირება.

სტანდარტული მოდელის ექსპერიმენტალურად დასადასტურებლად საჭირო იყო დიდი მასის მქონე Z ბოზონისა და ჰიქსის ნაწილაკის მიღება, რაც საჭირდებოდა მაღალი ენერგიის მქონე ნაწილაკების შეჯახების უზრუნველყოფას. ამისათვის შეიქმნა დიდი ადრონული კოლაიდერი ცერნში.

დიდი იმიტომ რომ ეს იყო მსოფლიოში ყველაზე დიდი ექსპერიმენტალური დანადგარი.  ამაჩქარებელის სიგრძე 27 კმ -ია. ნაწილაკების სიჩქარე დაახლოებით სინათლის სიჩქარის ტოლია, დაჯახებულ ნაწილაკთა რაოდენობა  წამში  600 მილიონია და ჯამური ენერგია 7 ტევი.

 „ადრონული“ კოლაიდერს ჰქვია იმიტომ, რომ მისი დანიშნულებაა ადრონების, მძიმე ბირთვების, აჩქარება. ადრონების ძირითადი თვისებაა, რომ ისინი არ არიან ელემენტარული ნაწილაკები, ისინი შედგებიან კვარკებისაგან ,რომლებიც „შეწებებულია“ გლუონებით.

კოლაიდერი ინგლისური სიტყვაა (collide) და შეჯახებას ნიშნავს, კერძოდ,  კოლაიდერში სინათლის სიჩქარით მოძრავი ორი პროტონი გამოდის საპირისპირო მიმართულებით და ეჯახება ერთმანეთს, ამ დროს წარმოიქმნება დიდი ენერგია    (7ტევ) და უამრავი ელემენტარული ნაწილაკი. ეს ახალი ნაწილაკები ძალიან არამდგრადებია და შეუძლიათ არსებობა წამის ნაწილებში. კოლაიდერის შემადგენლობაში არსებული ანალიტიკური აპარატი იწერს ამ მონაცემებს, შემდეგ კი დეტალურად აანალიზებს.

 კოლაიდერის მუშაობის საფუძველი არის დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედების მართვა ელექტრული და მაგნიტური ველებით. ელექტრული ველი ასრულებს მუშაობას ნაწილაკების ენერგიის ასამაღლებლად.  ხოლო მაგნიტური კი მართავს ნაწილაკების ნაკადს ისე რომ არ უცვლის მას ენერგიას და ქმნის ორბიტას, რომელზეც მოძრაობს ეს ნაკადი.

საქმე იმაშია, რომ 7 ტევამდე ნაწილაკის აჩქარება პირდაპირ არ ხდება ამისათვის მან უნდა გაიაროს რამდენიმე დანადგარი . წრფივი ამაჩქარებელი Linac 2 და Linac 3 აჩქარებენ პროტონებს 50 მევ-მდე. ნაწილაკი შემდეგ გადადის PS-პროტონულ ამაჩქარებელში  ანუ Booster-ში სადაც 1,4 გევ-მდე ჩქარდება . Booster - ის რადიუსი 600 მეტრია. აქედან გადადიან PS-ში ანუ პროტონულ სინხოტრონში, სადაც პროტონის ენერგია ადის 28გევ-მდე. აქედან SPS-ში ანუ პროტონულ სუპერ სინხოტრონში, სადაც ენერგია კიდევ იზრდება და ადის 400გევ-მდე. რადიუსი ამ ამაჩქარებლის არის 7კმ. აქედან გადადის უკვე LHC-დიდ კოლაიდერში, სადაც უკვე პროტონის  ენერგია იქნება 3,5 ტევ. ე.ი.  სულ აფეთქების დროს გროვდება 7 ტევი ენერგია.

კოლაიდერის რგოლი დაყოფილია 8 სექტორად, თითოეულ სექტორზე მწკრივში დგანან მაგნიტები, გვირაბში სულ დამონტაჟებულია 1624 მაგნიტი, თითოეული მაგნიტის სიგრძე 15 მეტრია. გამოიყენება ორი სახის მაგნიტი: კვადრონული (392 ცალი) და დიპოლური (1232ცალი). დიპოლური მაგნიტები აკავებენ ნაწილაკებს რგოლში, ხოლო კვადრონული მაგნიტების დანიშნულებაა მაქსიმალურად გაზარდონ პროტონების შეჯახების შანსი. თითო მაგნიტის მასა 27 ტონაა.

 ნაწილაკების მაღალ ენერგიამდე ასაჩქარებლად საჭიროა დიდი დენი, ამიტომ მაგნიტები გარშემორტყმულია ზეგამტარებით რისთვისაც მათი გაცივება ხდება 1,9 კელვინამდე, რაც -271,3 გრადუსია. ეს ტემპერატურა უფრო მცირეა ვიდრე ღია კოსმოსის ტემპერატურა. ასეთი კოსმოსური სიცივე რომ შეექმნათ და 36800 ტონა კონსტრუქცია რომ გადაეცივებინათ საჭირო გახდა მძლავრი კრიოგენური სისტემის დამონტაჟება, რომელიც შეიცავდა 40000 მეტ ჰერმეტულ შედუღაბების ნაკერს და იყენებს ეს სისტემა 10000 ტონა თხევად აზოტს და 130 ტონა თხევად ჰელიუმს.

პროტონების ურთიერთსაპირისპირო ნაკადი იკვეთება 4 ადგილას და წარმოიქმნება აფეთქება. ამ დროს კოლაიდერში წარმოქმნილი ტემპერატურა 100000-ჯერ მეტია ვიდრე მზის გულში. ე.ი. კოლაიდერი ერთდროულად ყველაზე ცივი და ყველაზე ცხელი მანქანაა დედამიწაზე.

ორი ნაწილაკის შუბლა შეჯახება ძალიან იშვიათია. როცა იკვეთება ორი კონა თითო 100 მილიარდი ნაწილაკით, აქედან შეჯახების ალბათობა აქვს მხოლოდ 20-ს, მაგრამ რადგან გადაკვეთას ადგილი აქვს წამში დაახლოებით 30 მილიონჯერ, ამიტომ ყოველ წამში ხდება დაახლოებით 600 მილიონი დაჯახება. პროტონების შეჯახებისას ყველა მიმართულებით განიბნევა ელემენტარული ნაწილაკები. საშუალოდ თითო შეჯახების დროს იბადება დაახლოებით 100 ნაწილაკი.

ნაწილაკების შუბლა შეჯახება ეს საქმის ნახევარია, საჭიროა ამ სურათის დარეგისტრირება.  ნაწილაკების დასარეგისტრირებლად შეიქმნა სპეციალური მოწყობილობები - დეტექტორები დეტექტორი ნიშნავს დამფიქსირებელს. კერძოდ სულ არის 6 დეტექტორი: ATLAS, ALICE, CMS, LHCb, TOTEM და LHCf. ცნობისთვის, ატლასის დეტექტორი ერთი დღის მუშაობის შედეგად აგროვებს დაახლოებით 210 000  ათასი DVD დისკის ტოლ ინფორმაციას.   დეტექტორი, რომლის სახელწოდებაა ALICE მუშაობს კვარკ-იონური პლაზმის შესასწავლად. დეტექტორები ATLAS და CMS მუშაობდნენ ჰიქსის ბოზონის აღმოსაჩენად და შავი ხვრელის ,,დასაჭერად“. LHCb-ს ამოცანაა b-კვარკების ფიზიკის გამიკვლევა, რაც საშუალებას მისცემს მეცნიერებს უკეთ გაერკვნენ მატერიასა და ანტი-მატერიას შორის. TOTEM-ი სწავლობს ,,არადაჯახებად“  ნაწილაკებს, რაც საშუალებას იძლევა ზუსტად გაზომონ პროტონის ზომები. და ბოლოს LHCf-ი იკვლევს კოსმოსურ სხივებს. ყველა დეტექტორი ინფორმაციის დარეგისტრირებას და ანალიზს აკეთებს ერთი მეთოდით.

1.          ურთიერთქმედების წერტილი;

2.          ტრიგერული სისტემა;

3.          ელექტრო-მაგნიტური კალორიმეტრი;

4.          ადრონული კალორიმეტრი;

5.          მიონური კალორიმეტრი;

ტრიგერული სისტემა შედგება სამი დონის ტრიგერისგან: პირველი დონის ტრიგერი არჩევს ინფორმაციას 100 000 შემთხვევა წამში სიჩქარით, შემდეგ დონეზე სიჩქარე უკვე 100 შემთხვევაა წამში, რაც მეტყველებს იმაზე რომ დეტექტორმა დაიწყო მისთვის საჭირო ინფორმაციის დამუშავება, ხოლო მესამე დონეზე ეს პროცესი უფრო იხვეწება და დეტექტორი საბოლოო სახით გადასცემს ინფორმაციას კალორიმეტრებს.

კალორომეტრები გარს აკრავენ შიგა დეტექტორს, მათი დანიშნულებაა გაიგოს ნაწილაკების ენერგია მათი შთანთქმის შედეგად. ორივე კალორიმეტრიდან ენერგიის დიდი ნაწილი შთაინთქმება მაღალი სიმკვრივის ლითონში, სადაც წარმოიქმნება ამ ნაწილაკების ზვავი, რომელთა ენერგიასაც ზომავს მაღალი მგრძნობელობის მქონე ნივთიერება.

ელექტრო-მაგნიტური კალორიმეტრი შთანთქავს იმ ნაწილაკებს, რომელთა შეუძლიათ ელექტრო-მაგნიტური ურთიერთქმედება. მათ მიეკუთვნება დამუხტული ნაწილაკები და ფოტონები. ენერგიის შთანმთქმელი ნივთიერებებია უჟანგავი ფოლადი და ტყვია, ხოლო მაღალი მგრძნობელობის მქონე ნივთიერებაა თხევადი არგონი. კალორიმეტრი მოთავსებულია კრიოსტატში რომ არგონი არ აორთქლდეს.

ადრონული კალორიმეტრი შთანთქავს ადრონების ენერგიას, რომლებმაც თავისუფლად გაიარეს ემ კალორიმეტრი. ენერგიის მშთანთქავი - ფოლადია, ხოლო ენერგიას ზომავენ პლასტიკური სცინცილატორები(მანათობლები).

მიონური სპექტრომეტრი- დიდი სისტემაა, რომელიც გარს ეხვევა კალორიმეტრებს. მხოლოდ მისი რადიუსი - 4,25 მეტრია. როცა მთლიანი დეტექტორის რადიუსი 11 მეტრია. ასეთი დიდი ზომა საჭიროა იმისათვის რომ დეტექტორმა ზუსტად გამოთვალოს მიონის იმპულსი.

 ამ დეტექტორებიდან მიღებული ინფორმაცია ძალიან დიდია და მას გადასცემენ იმ ქვეყნებში, სადაც მუშაობენ ამ ექსპერიმენტის მონაწილეები. ცერნმა შეიმუშავა ამ მონაცემების გამავრცელებელი ახლი სისტემა - GRID. ეს სისტემა ამუშავებს და ინახავს დეტექტორებიდან მოსულ ინფორმაციას. ეს ინფორმაცია აღწევს 15 მლნ გეგაბაიტს წელიწადში. შესაძლოა GRID სისტემა გახდეს ახლი სუპერ-ინტერნეტის საფუძველი. გასათვალისწინებელია, რომ თვით ინტერნეტი(მსოფლიო ქსელი) შეიქმნა ცერნში, რადგანაც საჭირო იყო ამ უზარმაზარი ინფორმაციის სწრაფი მიწოდება სხვადასხვა კონტინენტებზე მცხოვრები მეცნიერებისთვის. შედეგად ცერნში შეიქმნა მსოფლიო ინტერნეტ-ქსელის(WWW) პროტოტიპი და შესაბამისი პროგრამული უზრუნველყოფა. 

პრეზენტაცია