petta? see on pigem füüsika ja tehnoloogia. aastast küsimus pole eriti tõsine, siis töötan välja üksikasjalikud juhised. AGA pidage meeles, et Hadron Colliderite valmistamine on seadusega karistatav, õhus ja hommikul.
Kiirjuhend mannekeenide taskuhadronipõrgeti ehitamiseks.
Nii et hoiatan teid - põrkuri omadused pole siiani täielikult teada ja kuhu läheb umbes pool põrkeri energiast, pole teada. Seetõttu keelustas Darth Jerohito põrkeri 2034. aastal. Nii et ehitage põrkerit omal vastutusel.
Noh, alustame.
Esiteks peame midagi selgitama - hadronite põrkajaid on mitut tüüpi:
Lugupidav – põrkub hilisema respektiviseerimise võimalusega
Expanatory – aegumise võimalusega lahingkokkupõrge.
Alamerialaga – uus põrkurmudel, millel on sisseehitatud alamspetsialist.
Siemensi kaubamärgid on kõige kohutavamad põrkajad, mille tootmine on rangelt keelatud, kuna seda tüüpi põrkerid hävitavad otseselt inimese aju ilma välist kahju tekitamata. Seda tüüpi põrkeseadme leiutas Darth Jerohito 5. sajandil pKr, viibides Ida-Rooma impeeriumis. Kombineerides õlikasti, tohutu lahinguroboti sisikonna ja Chuck Norrise räpase taskurätiku, sai ta endale kõige lihtsama Siemensi põrkur. Proovides seda proovida, muutis Dart enam kui 20 miljoni Maa elaniku aju (maised surelikud nimetasid seda katkuepideemiaks ja sellest ajast alates on maalasi vaktsineeritud – protsess, mis valutult eemaldab aju ja võimaldab neil eksisteerida ilma selleta. Seetõttu on enamiku inimeste jaoks Siemens Colliderid "Pole ohtlikud).
Kodutootmise tehnoloogia
Reageerivad väikesed põrkajad
Seda tehakse väga lihtsalt: võetakse 1,5 liitrine plastpudel, alumises osas põletatakse auk, ülemisele osale pannakse foolium ja torgatakse nõelaga läbi. (Viimast toimingut tuleb korrata tsükli jooksul vähemalt 3000 korda)
Expanatory Collider
Expraapriatory colideri tootmistehnoloogia on pisut keerulisem kui soliidse tootmistehnoloogia, vaja läheb ämbrit vett, kääre, fooliumi ja 1,5-liitrist plastikpudelit. Lõika pudeli põhi ära, pane peale foolium, torka läbi ja põrk on valmis.
Alameraldatud põrkur
Alatüübi põrkur on kõige raskem osa! Võetakse ette selgitav ja austusväärne põrkaja. Puhastame pudelid kogu entoy prügist, sulgeme augud fooliumiga, võtame sigareti, süütame ja põletame oma alam-ülalt-alla põrkeseadme korpuse külgpinnale augu. Nüüd saame hašiškütuse abil kiirendada oma aju valguse kiirusele läheneva kiiruseni, kus tekivad hiljem mustad augud.
Collider kütus
Kõik selles ülevaates loetletud põrkurid töötavad biokütustel. Reeglina on selle tarnijaks Kesk-Aasia. Kuid paljude riikide valitsus ei maga, kuna suure keelu all on keelatud "ajutised üleminekud teistesse maailmadesse" kütust kolide jaoks. Selle keelu kehtestas paljude maavälise intelligentsiga riikide valitsuste esialgne vandenõu, kuna maavälise intelligentsi esindajaid ärritasid külalistöölised-maalased, kes ilmusid pärast hadronite põrkeseadme kasutamist nende paralleelmaailmadesse.
Jätkan oma lugu lahtiste uste päeva külastamisest CERNis.
Osa 3. Arvutuskeskus.
Selles osas räägin kohast, kus nad ladustavad ja töötlevad seda, mis on CERNi töö produkt – katsete tulemused. See tuleb arvutuskeskusest, kuigi õigem oleks seda ilmselt andmekeskuseks nimetada. Kuid kõigepealt puudutan ma CERNi arvutus- ja andmesalvestusprobleeme. Ainuüksi Large Hadron Collider toodab igal aastal nii palju andmeid, et CD-le kirjutades oleks see 20 kilomeetri kõrgune virn. Selle põhjuseks on asjaolu, et põrkuri töötamise ajal põrkuvad kiired 30 miljonit korda sekundis ja iga kokkupõrge toimub umbes 20 sündmust, millest igaüks toodab detektoris suure hulga teavet. Loomulikult töödeldakse seda teavet esmalt detektoris endas, seejärel sisenetakse kohalikku arvutuskeskusesse ja alles seejärel edastatakse peamisse andmesalvestus- ja töötluskeskusesse. Siiski peate iga päev töötlema ligikaudu petabaidi andmeid. Sellele tuleb lisada, et neid andmeid ei pea mitte ainult salvestama, vaid ka levitama uurimiskeskuste vahel üle maailma ning lisaks toetama ca 4000 WiFi võrgu kasutajat CERNis endas. Olgu lisatud, et Ungaris on olemas abiandmete salvestamise ja töötlemise keskus, millega on 100 gigabitine link. Samal ajal on CERNi sees veetud 35 000 kilomeetrit valguskaablit.
Arvutikeskus polnud aga alati nii võimas. Foto näitab, kuidas kasutatud varustus on aja jooksul muutunud.
Nüüd on toimunud üleminek suurarvutitelt tavapäraste personaalarvutite võrgule. Keskuses on praegu 90 000 protsessorituuma 10 000 serveris, mis töötavad 24 tundi ööpäevas ja 7 päeva nädalas. Keskmiselt töötab selles võrgus korraga 250 000 andmetöötlustööd. See arvutuskeskus on moodsa tehnoloogia tipus ja liigutab sageli andmetöötlust ja IT-d selliste suurte andmemahtude salvestamiseks ja töötlemiseks vajalike probleemide lahendamiseks. Piisab, kui mainida, et World Wide Web leiutas Tim Berners-Lee arvutuskeskusest mitte kaugel asuvas hoones (rääkige neile alternatiivselt andekatele idiootidele, kes internetis surfates ütlevad, et alusteadusest pole kasu).
Kuid tagasi andmete salvestamise probleemi juurde. Fotol on näha, et veekogude eelsel ajal olid andmed varem salvestatud magnetketastele (Jah, jah, ma mäletan neid 29 megabaidiseid kettaid ES arvutis).
Et näha, kuidas täna on, jalutan majja, kus asub arvutuskeskus.
Seal üllataval kombel väga palju rahvast ei ole ja pigem lähen ruttu sisse. Meile näidatakse lühifilmi ja siis juhatatakse lukustatud ukse juurde. Meie giid avab ukse ja leiame end üsna suures ruumis, kus on magnetlintidega kapid, millele info salvestatakse.
Suurema osa saalist hõivavad need samad riidekapid.
Nad salvestavad umbes 100 petabaiti teavet (mis võrdub 700 aasta pikkuse Full HD videoga) 480 miljonis failis. Huvitaval kombel on ligikaudu 10 000 füüsikul üle maailma juurdepääs sellele teabele 160 arvutuskeskuses. See teave sisaldab kõiki eksperimentaalseid andmeid eelmise sajandi 70ndatest. Kui vaatate lähemalt, näete, kuidas need teibid kappide sees asuvad.
Mõned riiulid sisaldavad protsessorimooduleid.
Laual on väike näitus sellest, mida andmete salvestamiseks kasutatakse.
See andmekeskus tarbib 3,5 megavatti elektrit ja elektrikatkestuse puhuks on oma diiselgeneraator. Pean ütlema ka jahutussüsteemi kohta. See asub väljaspool hoonet ja juhib külma õhku kõrgendatud põranda alla. Vesijahutust kasutatakse vaid väheses arvus serverites.
Kui vaatate kapi sisse, näete, kuidas toimub lintide automaatne proovide võtmine ja laadimine.
Tegelikult pole see saal ainuke saal, kus arvutid asuvad, aga juba see, et külastajad vähemalt siia sisse lasti, äratab korraldajate vastu austust. Pildistasin laua peal väljapandut.
Peale seda ilmus veel üks külastajate seltskond ja meil paluti lahkuda. Teen viimase foto ja lahkun arvutuskeskusest.
Järgmises osas räägin töötubadest, kus luuakse ja pannakse kokku unikaalsed seadmed, mida kasutatakse füüsilistes katsetes.
Paljud planeedi tavalised elanikud küsivad endalt, milleks on suur hadronite põrkur. Ettevaatust ja kartlikkust tekitavad enamikule arusaamatud teadusuuringud, millele on kulutatud miljardeid eurosid.
Võib-olla pole see üldse teadustöö, vaid ajamasina prototüüp või tulnukate teleportatsiooni portaal, mis võib muuta inimkonna saatust? Kuulujutud on kõige fantastilisemad ja kohutavamad. Selles artiklis püüame välja selgitada, mis on hadronite põrkur ja miks see loodi.
Inimkonna ambitsioonikas projekt
Large Hadron Collider on tänapäeval planeedi võimsaim osakestekiirend. See asub Šveitsi ja Prantsusmaa piiril. Täpsemalt, selle all: 100 meetri sügavusel asub ligi 27 kilomeetri pikkune rõngakujuline kiirendustunnel. 10 miljardi dollari suuruse katsepaiga omanik on Euroopa Tuumauuringute Keskus.
Tohutu hulk ressursse ja tuhanded tuumafüüsikud tegelevad prootonite ja raskete pliioonide kiirendamisega erinevates suundades valguselähedasele kiirusele ning seejärel üksteise vastu surumisega. Otsese interaktsiooni tulemusi kontrollitakse hoolikalt.
Ettepanek luua uus osakestekiirend tuli tagasi 1984. aastal. Kümme aastat on käinud erinevaid arutelusid selle üle, milline hakkab välja nägema hadronite põrkur, miks on vaja nii mastaapset uurimisprojekti. Alles pärast tehnilise lahenduse iseärasuste ja vajalike paigaldusparameetrite läbiarutamist kinnitati projekt. Ehitamist alustati alles 2001. aastal, kui selle asukohaks eraldati endine osakeste kiirendi – suur elektron-positroni põrkur.
Miks on suurt hadronite põrgatit vaja?
Elementaarosakeste vastastikmõju kirjeldatakse erinevalt. Relatiivsusteooria läheb vastuollu kvantväljateooriaga. Puuduv lüli elementaarosakeste struktuuri ühtse käsitluse leidmisel on kvantgravitatsiooni teooria loomise võimatus. Seetõttu on vaja suure võimsusega hadronite põrgatajat.
Osakeste kokkupõrke koguenergia on 14 teraelektronvolti, mis teeb seadmest palju võimsama kiirendi kui kõik tänapäeval maailmas olemasolevad. Olles teinud katseid, mis olid varem tehnilistel põhjustel võimatud, suudavad teadlased suure tõenäosusega olemasolevaid mikromaailma teooriaid dokumentaalselt kinnitada või ümber lükata.
Plii tuumade kokkupõrkel tekkinud kvark-gluoonplasma uurimine võimaldab luua täiuslikuma tugevate vastastikmõjude teooria, mis suudab radikaalselt muuta tuumafüüsikat ja täheruumi.
Higgsi boson
Šotimaa füüsik Peter Higgs töötas veel 1960. aastal välja Higgsi välja teooria, mille kohaselt sellele väljale langevad osakesed allutatakse kvantefektile, mida füüsilises maailmas võib vaadelda kui objekti massi.
Kui katsete käigus õnnestub kinnitada Šoti tuumafüüsiku teooriat ja leida Higgsi boson (kvant), siis võib sellest sündmusest saada uus lähtepunkt Maa elanike arengule.
Ja avatud gravitatsioonijuht ületab mitu korda kõik nähtavad väljavaated tehnilise progressi arendamiseks. Pealegi ei huvita arenenud teadlasi rohkem mitte Higgsi bosoni enda olemasolu, vaid elektronõrga sümmeetria purustamise protsess.
Kuidas ta töötab
Et katseosakesed saavutaksid pinna jaoks mõeldamatu kiiruse, mis on vaakumis peaaegu võrdne, kiirendatakse neid järk-järgult, suurendades iga kord nende energiat.
Esiteks süstivad lineaarsed kiirendid pliioone ja prootoneid, mida seejärel astmeliselt kiirendatakse. Osakesed läbi võimendi sisenevad prootonite sünkrotronisse, kus nad saavad 28 GeV laengu.
Järgmises etapis sisenevad osakesed supersünkrotronisse, kus nende laengu energia viiakse 450 GeV-ni. Olles selliste näitajateni jõudnud, langevad osakesed peamisse mitmekilomeetrisesse rõngasse, kus spetsiaalselt paiknevates kokkupõrkepunktides fikseerivad detektorid üksikasjalikult kokkupõrkemomendi.
Lisaks detektoritele, mis suudavad salvestada kõiki kokkupõrkeprotsesse, kasutatakse 1625 ülijuhtivat magnetit prootonikimpude piiramiseks kiirendis. Nende kogupikkus ületab 22 kilomeetrit. Spetsiaalselt saavutatav hoiab temperatuuri -271 °C. Iga sellise magneti maksumus on hinnanguliselt miljon eurot.
Lõpp õigustab vahendeid
Selliste ambitsioonikate katsete läbiviimiseks ehitati võimsaim hadronite põrkur. Miks on vaja mitme miljardi dollarilist teadusprojekti, räägivad paljud teadlased inimkonnale varjamatu rõõmuga. Tõsi, uute teaduslike avastuste puhul klassifitseeritakse need suure tõenäosusega usaldusväärselt.
Võite isegi kindlalt öelda. Seda kinnitab kogu tsivilisatsiooni ajalugu. Kui ratas leiutati, ilmus see Inimkond valdas metallurgiat – tere, relvad ja relvad!
Kõik tänapäeva moodsamad arendused on saamas arenenud riikide sõjatööstuskomplekside, kuid sugugi mitte kogu inimkonna omandiks. Kui teadlased õppisid aatomit poolitama, mis oli enne? Tuumareaktorid, mis annavad elektrit, aga pärast sadu tuhandeid surmajuhtumeid Jaapanis. Hiroshima inimesed olid ühemõtteliselt vastu teaduse progressile, mis võttis neilt ja nende lastelt homse päeva.
Tehniline areng näeb välja nagu inimeste mõnitamine, sest selles osalevast inimesest saab peagi kõige nõrgem lüli. Evolutsiooniteooria järgi süsteem areneb ja tugevneb, vabanedes nõrkustest. Peagi võib selguda, et tehnoloogia täiustamise maailmas ei jää meile enam kohta. Seetõttu pole küsimus "miks meil praegu suurt hadronite põrkurit vaja on" tegelikult tühine uudishimu, sest selle põhjuseks on hirm kogu inimkonna saatuse ees.
Küsimustele ei vastatud
Miks on meil vaja suurt hadronite põrgatajat, kui miljonid inimesed planeedil surevad nälga ning ravimatutesse ja mõnikord ravitavatesse haigustesse? Kas ta aitab sellest kurjusest üle saada? Miks on inimkonnal vaja hadronite põrkurit, mis kogu tehnoloogia arengu juures pole suutnud vähiga edukalt võidelda juba üle saja aasta? Või äkki on lihtsalt tulusam osutada kalleid raviteenuseid kui leida viis tervenemiseks? Arvestades praegust maailmakorda ja eetilist arengut, vajab vaid käputäis inimkonna esindajaid hädasti suurt hadronite põrgatajat. Miks on seda vaja kogu planeedi elanikkonnale, kes peab lakkamatut võitlust õiguse eest elada maailmas, kus ei tohi sekkuda kellegi ellu ja tervisesse? Sellest lugu vaikib...
Teadlaste kolleegide hirmud
On ka teisi teadusringkondade liikmeid, kes väljendavad tõsist muret projekti ohutuse pärast. Suure tõenäosusega võib teadusmaailm oma katsetes oma piiratud teadmiste tõttu kaotada kontrolli protsesside üle, mida pole isegi korralikult uuritud.
Selline lähenemine meenutab noorte keemikute laborikatseid – sega kõik kokku ja vaata, mis juhtub. Viimane näide võib lõppeda plahvatusega laboris. Ja kui selline "edu" tabab hadronite põrkurit?
Miks vajavad maalased põhjendamatut riski, eriti kuna katsetajad ei saa täie kindlusega väita, et osakeste kokkupõrke protsessid, mis põhjustavad meie tähe temperatuuri 100 tuhat korda kõrgemate temperatuuride teket, ei põhjusta kogu ahelreaktsiooni. planeedi asi?! Või helistavad nad lihtsalt kellelegi, kes suudab surmavalt rikkuda puhkuse Šveitsi mägedes või Prantsuse Rivieras ...
Infodiktatuur
Miks on vaja suurt hadronipõrgetit, kui inimkond ei suuda lahendada vähem keerulisi probleeme? Katse alternatiivset arvamust alla suruda vaid kinnitab sündmuste käigu ettearvamatuse võimalust.
Tõenäoliselt oli seal, kus inimene esimest korda ilmus, see kaksikomadus - teha head ja kahjustada ennast samal ajal. Ehk annavad vastuse need avastused, mida hadronite põrkur annab? Miks seda riskantset katset vaja oli, otsustavad meie järeltulijad.
Aasta tagasi konstrueerisime iga-aastaselt Liege'is toimuva teadusfestivali Spring of Science raames koos abikaasaga elementaarosakeste põrkuri mehaanilise mudeli. See on väga lihtne mudel, milles metallkuulid veerevad, põrkuvad ja lendavad laiali. Kuid seda saab kasutada tosina füüsikalise nähtuse demonstreerimiseks, mis esinevad tõelistes kiirendites ja detektorites. Mudeli demonstreerimine koolilastele läks pauguga, pärast selgitusi roniti ise palle vette laskma ja kokkupõrkeid registreerima.
Nüüd jõudsin lõpuks selleni, et pildistasin seda tegevuses ja jutustasin, mida huvitavat selle abil näidata saab.
Meie mehaaniline mudel koosneb C-kujulisest pleksiklaasist torust, nutika kujuga metallist sisetükist, kahest soonest, mis viivad läbi akende torusse, ja peene liivaga kandikust, mis toimib detektorina. Kui kaks palli vabastatakse korraga, siis soontest alla veeredes ja rõngasse lennates põrkuvad need metallosa keskel kokku, lendavad välja ja jätavad õhukesele liivakihile jäljed.
Kõik need nähtused on puhtalt mehaanilised, puudub elekter, magnetism, kokkupõrgete virtuaalne simulatsioon. Vaatamata näilisele primitiivsusele võlub see mudel oma “autentsusega”. Kõik nähtused toimuvad meie silme all, need on käegakatsutavad – ja sellegipoolest on nad mõneti sarnased protsessidega reaalsetes elementaarosakeste põrkurites.
Tehnilised detailid
Kui keegi soovib sarnast mudelit ise teha, siis siin on mõned kommentaarid ja näpunäited.
1) Toru on kõige keerulisem valmistada. Tellisime pleksiklaasist torusid painutavast firmast. Peamine raskus seisneb selles, et sisepind oleks sile ja ühtlane, ilma kortsudeta. Sellise toru raadiuse ja painderaadiuse suhtega ei osutus see nii lihtsaks, firma seda esimesel katsel ei teinud. Näiteks panen toru joonise parameetritega, mida ettevõttelt küsisin. Toru saab muidugi teha ka millestki muust, tuleb vaid jälgida, et materjal oleks piisavalt kõva - muidu ei veere pall kaua (meie mudelil teeb 3-4 pööret, sellest piisab demonstratsiooniks).
2) Kokkupõrkekoha läheduses peaks toru olema võimalikult tasane, et osakesed saaksid põrkamata külgsuunas lennata. Seetõttu on keskosa valmistatud metallist sisetüki kujul, mis järgib alguses toru kumerust ja sirgub keskele. Kuna kõiki parameetreid ette arvutada on ebareaalne, peate selle jaotise konfigureerimiseks andma endale tegevusvabaduse. Lisaks on vaja jälgida, et toru ja sisetüki ristmikul ei oleks astet.
3) Jällegi on raske ette arvutada, mis nurga all ja millise kiirusega peaksid pallid torusse lendama, et saada heale trajektoorile ja mitte kesklõigul välja lennata. Ka siin tuleb anda endale manööverdamisvabadus nii kõrguses kui ka nurga all. Kasutasime selleks Velcrot rennide otstes, nende hoidikus ja toru akendel.
Šveitsis asuv Large Hadron Collider on maailma kuulsaim kiirendi. Sellele aitas oluliselt kaasa maailma üldsuse ja ajakirjanike poolt selle teadusprojekti ohu ümber tõstatatud hüpe. Paljud usuvad, et see on ainus põrkur maailmas, kuid see pole kaugeltki nii. Lisaks USA-s suletud Tevatronile töötab praegu maailmas viis põrkajat.
Ameerikas Brookhaveni laboris töötab RKTI (Relativistic Heavy Ion Collider) kiirendi, mis alustas tööd 2000. aastal. Selle kasutuselevõtuks kulus 2 miljardi dollari suurune investeering. Lisaks puhteoreetilistele katsetele töötavad RHICis töötavad füüsikud välja üsna praktilisi projekte. Nende hulgas:
- seade vähi diagnoosimiseks ja raviks (kasutatakse suunatud kiirendatud prootoneid);
- raskete ioonkiirte kasutamine filtrite loomiseks molekulaarsel tasemel;
- üha tõhusamate energiasalvestusseadmete väljatöötamine, mis avab uusi perspektiive päikeseenergia kasutamisel.
Sarnast raskeioonide kiirendit ehitatakse Venemaal Dubnas. Sellel NICA põrkajal kavatsevad Venemaa füüsikud uurida kvark-glükooni plasmat.
Nüüd viivad Venemaa teadlased läbi uuringuid INP-s, kus asuvad korraga kaks põrkajat - VEPP-4M ja VEPP-2000. Nende eelarve on esimese puhul 0,19 miljardit dollarit ja teise puhul 0,1 miljardit dollarit. Esimesed testid VEPP-4M-is algasid juba 1994. aastal. Siin on välja töötatud tehnika vaadeldavate elementaarosakeste massi mõõtmiseks kogu maailmas suurima täpsusega. Lisaks on INP ainus instituut maailmas, mis teenib üksinda raha füüsika valdkonna alusuuringuteks. Selle instituudi teadlased arendavad ja müüvad kiirendite seadmeid teistele riikidele, kes soovivad omada oma katserajatisi, kuid kellel selliseid arendusi pole.
1999. aastal käivitati Frascatti laboris (Itaalia) Daphne põrkur, selle maksumus oli umbes 1/5 miljardit dollarit ja maksimaalne võimsus 0,51 TeV. See oli üks esimesi suure energiaga kiirendeid, vaid ühe katse abil saadi sellel üle saja tuhande hüperiooni (aatomiosakese). Selle jaoks nimetati Daphne osakestetehaseks või f-tehaseks.
Kaks aastat enne LHC käivitamist, 2006. aastal, lasi Hiina turule oma põrkeri VERS II, mille võimsus on 2,5 TeV. Selle ehituse maksumus oli kõigi aegade madalaim, 0,08 miljardit dollarit. Kuid selle arengumaa eelarve jaoks oli selline summa märkimisväärne; Hiina valitsus eraldas need vahendid, mõistes, et kaasaegse tööstuse areng on võimatu ilma fundamentaalsete teadusharude arendamiseta. Seda kiireloomulisem on investeerida sellesse eksperimentaalse füüsika valdkonda, pidades silmas loodusvarade ammendumist ja kasvavat nõudlust energiaressursside järele.
Laadimine...