Large Hadron Collider (LHC) – najveći stroj koji su ljudi ikada sagradili – specijaliziran je da baca protone jedne na druge pri gotovo brzini svjetlosti. Nova i poboljšana inačica LHC-a stvarat će energetske sudare jače nego što su ikad prije postignuti na Zemlji. To čini tako što stvara snopove protona – pozitivno nabijenih čestica u atomu – i baca ih oko petnaest milja kako bi postigli gotovo brzinu svjetlosti. Kad se protoni međusobno sastave u direktnim sudarima, eksplodiraju u vruće oblake prepuno egzotičnih subatomskih čestica:

image.gif

Evo kako fizičari čine ove nevjerojatne sudare:

Prvi korak je pretvaranje vodika u protrone. Vodik je poseban element jer je jedan od najmanjih atoma i sadrži samo dvije čestice: elekrone i proton. Većina drugih čestica ima višekratnike i također imaju neutralne čestice nazvane neutronima. Zato je jednostavnije izolirati protone na ovaj način: Jednostavno upotrijebite električno polje da privučete elektrone od atoma vodika, ostavljajući samo protone. Ova zraka izoliranih protona potom se šalje ubrzano u smjeru kazaljke na satu oko divovskog tunela LHC dužine od 27 kilometara, dok se druga protonska zraka šalje u smjeru suprotnom od smjera kazaljke na satu. LHC ima niz akceleratorskih cijevi koje povećavaju brzinu protonskog snopa dok ne budu putovali samo djelić sekunde ispod brzine svjetlosti. Superohlađeni magneti usmjeravaju tunel i ponašaju se poput upravljača kako bi snopove držali na stazi.

slika 1.gif

Svaka protonska zraka sadrži 2.000 do 3.000 skupova protona, a samo jedan skup je napravljen od oko 100 milijardi protona. Prije no što se snopovi sudare, svi ti protoni stisnuti su u tok koji je manji od širine dlake.

“Čestice su toliko malene da je zadatak da ih se sudari sličan tome da se dvije igle stave 10 kilometara udaljene tako precizno da se one susretnu na pola puta”, piše CERN u svom opisu LHC.

Kad se zrake sudaraju, njihova kombinirana energija dovoljna je da se rastopi oko 550 kg bakra. LHC stvara oko 600 milijuna sudara u sekundi kada radi punom snagom. Sudari se događaju na četiri točke duž pruge od 27 km. Detektor čestica čeka na svakoj točki kako bi izmjerio sve subatomske čestice koje izbijaju iz sudara. Znanstvenici smatraju da će drugo pokretanje LHC – a otkriti čitav niz novih čestica, iza Higgsova bozona.

Tuneli LHC-a kroz koje prolaze protoni imaju uvjete slične vakuumu- u vanjskog svemira. Kada se dvije zrake sudaraju, sva ta energija upakirana u takav mali prostor vakuuma eksplodira i stvara masu u obliku subatomskih čestica (misli na Einsteinovu poznatu jednadžbu: energija je jednaka masi pomnoženoj s brzinom svjetlosti na kvadrat). Čestice koje izranjaju iz tih sudara postoje samo djelić sekunde, ali to je dovoljno vremena da detektori čestica obavljaju svoje poslove – izmjere položaj, brzinu, naboj, masu i energiju svih subatomskih čestica koje su stvorene.

slika 2

Sudari su toliko visoke energije da većina čestica koje izbijaju u postojanje ostavljaju iza sebe stazu svjetla pa je moguće utvrditi njihov položaj. Većina detektora također ima snažan magnet koji uzrokuje da čestice putuju na zakrivljenom putu na temelju njihovog  električnog naboja. Fizičari također mogu izračunati masu i energiju čestica na temelju ove zakrivljene staze. Stavite sve zajedno i detektori čestica mogu ponovo stvoriti ono kako sudari izgledaju odmah nakon što se dogode. Slike poput onih od Higgsova bozona zapravo su samo računalne rekreacije staza koje čestice zauzimaju tijekom njihovog vrlo kratkog postojanja. To je gdje imamo nevjerojatne slike poput ove iz nekih od prvih sudara unutar LHC-ovog ALICE detektora čestica:

slika 4

I ova iz LHC-ovih CMS detektora čestica koja pokazuje više od 100 subatomskih čestica koje su izbijale iz proton – proton sudara:

slika 5

I legendarna slika Higgs bozona:

slika 6

Izvor: https://www.businessinsider.com.au/what-happens-inside-a-particle-collider-2015-4

Advertisements