Hari ini adalah awal dari revolusi ilmu pengetahuan dunia. CERN akan mencakup kompleks peralatan ilmiah terbesar, termahal dan terkuat di dunia - Large Hadron Collider. Kegembiraan yang terkait dengan peluncurannya mencengkeram seluruh planet - termasuk orang-orang yang jauh dari ilmu pengetahuan. Banyak yang panik, mengklaim bahwa peluncuran fasilitas yang menggunakan energi tujuh kali lipat dari akselerator paling kuat dapat menciptakan lubang hitam atau menghasilkan antimateri yang dapat menghancurkan Bumi sepenuhnya.

Beberapa “penggemar” tersebut bahkan mengajukan pengaduan ke Pengadilan Hak Asasi Manusia Eropa. Mereka mengklaim bahwa “dalam persiapan peluncuran akselerator, prosedur standar yang disediakan, khususnya, untuk pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir” tidak diikuti. Namun, umat manusia memiliki pengalaman luas dalam membangun akselerator. Terlepas dari kenyataan bahwa peluncuran masing-masing perangkat tersebut dikaitkan dengan histeria massal, tidak ada satu pun perangkat tersebut yang menyebabkan kehancuran atau korban jiwa.

Harus dikatakan bahwa para ilmuwan CERN tidak menyangkal bahwa lubang hitam dapat terbentuk sebagai hasil kerja para penumbuk. Hanya yang sangat kecil - beratnya kurang dari sepersejuta gram. Selain itu, mereka “hidup” hanya sepersekian detik saja. Oleh karena itu, eksperimen dengan lubang hitam tidak menimbulkan bahaya apa pun bagi karyawan CERN, Jenewa, dan terlebih lagi bagi Bumi.

Jika kita berbicara tentang LHC, maka pada hari-hari pertama setelah peluncurannya tidak dihidupkan dengan kapasitas penuh. Berkas proton pertama akan melewatinya dengan daya yang sangat rendah. Akselerator akan mulai bekerja dengan kapasitas penuh hanya jika semuanya berjalan dengan baik. Selain itu, jauh sebelum collider - seperti akselerator lainnya - mulai dibuat, para ilmuwan tentu saja mengkhawatirkan keandalan dan keamanannya. Dengan demikian, semua kemungkinan ancaman yang ditimbulkan oleh kerja LHC telah dianalisis dan dicegah bertahun-tahun yang lalu oleh komisi khusus internasional. Omong-omong, ancaman tersebut jauh kurang efektif dibandingkan ancaman mengubah Bumi menjadi objek luar angkasa yang terbuat dari antimateri atau lubang hitam.

Namun, tidak ada yang berpendapat bahwa setelah collider mulai bekerja dengan energi 14 TeV yang belum pernah terjadi sebelumnya, dunia tidak akan pernah sama lagi. Misalnya, ledakan informasi di Internet tidak bisa dihindari. Karena setiap detik sejumlah besar data akan diterima dari collider, dan berkat perangkat lunak “middleware” yang revolusioner dan sistem Grid, data tersebut akan tersedia untuk setiap fisikawan. Bahkan sebelum tahun ini berakhir, LHC akan mulai mengirimkan volume informasi setara dengan satu DVD (5 gigabyte) setiap lima detik. Dan hasil tahunan dari kegiatannya - 15 petabyte (15 juta gigabyte) - akan melampaui eksperimen lainnya dalam sejarah sains dalam hal jumlah data yang diperoleh. Dalam hal ini, Collider akan menjadi sumber pengetahuan baru yang tiada habisnya, seperti tsunami, akan mengalir ke World Wide Web. Namun, ini, seperti pekerjaan collider itu sendiri, tidak berbahaya baik bagi manusia maupun komputer.

Peluncuran Collider juga akan membahayakan pandangan fisikawan modern. Akan ada uji eksperimental final dan menentukan dari Model Standar - seperangkat teori fisika yang menjelaskan “perilaku” partikel elementer. Jika para ilmuwan belum menemukan elemen hipotetis namun penting - Higgs boson - Model Standar harus direvisi. Namun restrukturisasi (serta konfirmasi) teori fisika yang diterima di zaman kita sepertinya tidak akan menjadi tragedi bagi siapa pun. Para ilmuwan tidak pernah takut kehilangan kepercayaan karena mereka selalu menghalangi keraguan.

Revolusi akan terjadi akibat pembelahan proton di dalam cincin sepanjang 27 kilometer yang terletak di kedalaman 100 meter. Dengan mempelajari puing-puing nuklir, para ilmuwan tidak hanya bermaksud untuk mengkonfirmasi atau menyangkal keberadaan boson Higgs, tetapi juga untuk mengungkap misteri antimateri dan “materi gelap” – partikel yang belum ditemukan yang membentuk sebagian besar massa alam semesta. Selain itu, collider akan memungkinkan untuk mempelajari secara rinci plasma quark-gluon - yaitu, keadaan materi pada saat-saat pertama Big Bang.

Dan terakhir, mungkin perlu dicatat bahwa LHC diciptakan sebagai bagian dari proyek internasional di mana negara kita mengambil bagian aktif. Lebih dari 50 lembaga ilmiah dan perusahaan Federasi Rusia berpartisipasi dalam proyek ini. Diantaranya adalah pusat ilmiah terkenal seperti Pusat Penelitian Nasional "Institut Kurchatov", Institut Fisika Nuklir Novosibirsk dinamai GI Budker, Institut Fisika Energi Tinggi, Institut Fisika Teoritis dan Eksperimental, Universitas Negeri Moskow, MEPHI, Rusia pusat nuklir di Sarov dan Snezhinsk. Banyak bagian peralatan unik dibuat di perusahaan kami, termasuk NPO Luch dari Podolsk, Biro Desain Myasishchev, NIKIET, yang menurut keputusan juri CERN, dianugerahi medali emas sebagai pabrikan terbaik. Peserta asing dalam proyek ini - pusat dan perusahaan ilmiah terbaik di Eropa dan Asia - seperti yang kita tahu, juga tidak mengecewakan. Oleh karena itu, melalui upaya bersama, perangkat yang belum pernah dilihat sebelumnya tidak hanya dipikirkan dengan matang, namun juga dilaksanakan dengan baik. Ini sekali lagi membuktikan bahwa tidak ada kecelakaan yang diharapkan darinya.

Ungkapan “Large Hadron Collider” telah mengakar begitu dalam di media sehingga banyak sekali orang yang mengetahui tentang instalasi ini, termasuk mereka yang aktivitasnya sama sekali tidak berhubungan dengan fisika partikel elementer, atau dengan sains secara umum.

Memang, proyek berskala besar dan mahal seperti itu tidak dapat diabaikan oleh media - sebuah instalasi cincin sepanjang hampir 27 kilometer, menelan biaya puluhan miliar dolar, yang dikerjakan oleh beberapa ribu ilmuwan dari seluruh dunia. Kontribusi signifikan terhadap popularitas collider dibuat oleh apa yang disebut "partikel Tuhan" atau Higgs boson, yang berhasil diiklankan dan Peter Higgs menerima Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2013.

Pertama-tama, perlu dicatat bahwa Large Hadron Collider tidak dibangun dari awal, tetapi muncul menggantikan pendahulunya, Large Electron-Positron Collider (LEP). Pengerjaan terowongan sepanjang 27 kilometer dimulai pada tahun 1983, yang kemudian direncanakan untuk menemukan akselerator yang akan bertabrakan dengan elektron dan positron. Pada tahun 1988, terowongan lingkar ditutup, dan para pekerja mendekati terowongan dengan sangat hati-hati sehingga jarak antara kedua ujung terowongan hanya 1 sentimeter.

Akselerator beroperasi hingga akhir tahun 2000, ketika mencapai energi puncaknya sebesar 209 GeV. Setelah itu, pembongkarannya dimulai. Selama sebelas tahun beroperasi, LEP membawa sejumlah penemuan dalam bidang fisika, termasuk penemuan boson W dan Z serta penelitian lebih lanjut. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, disimpulkan bahwa mekanisme interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah adalah serupa, sebagai akibatnya dimulailah penelitian teoritis untuk menggabungkan interaksi tersebut ke dalam interaksi elektrolemah.

Pada tahun 2001, pembangunan Large Hadron Collider dimulai di lokasi akselerator elektron-positron. Pembangunan akselerator baru selesai pada akhir tahun 2007. Itu terletak di lokasi LEP - di perbatasan antara Perancis dan Swiss, di lembah Danau Jenewa (15 km dari Jenewa), pada kedalaman seratus meter. Pada bulan Agustus 2008, pengujian collider dimulai, dan pada 10 September, peluncuran resmi LHC dilakukan. Seperti akselerator sebelumnya, pembangunan dan pengoperasian fasilitas tersebut dipimpin oleh Organisasi Riset Nuklir Eropa - CERN.

CERN

Perlu disebutkan secara singkat tentang organisasi CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire). Organisasi ini berperan sebagai laboratorium terbesar di dunia dalam bidang fisika energi tinggi. Termasuk tiga ribu karyawan tetap, dan beberapa ribu peneliti dan ilmuwan dari 80 negara ambil bagian dalam proyek CERN.

Saat ini, ada 22 negara yang berpartisipasi dalam proyek ini: Belgia, Denmark, Prancis, Jerman, Yunani, Italia, Belanda, Norwegia, Swedia, Swiss, Inggris Raya - pendiri, Austria, Spanyol, Portugal, Finlandia, Polandia, Hongaria , Republik Ceko, Slovakia, Bulgaria dan Rumania – ikut serta. Namun, seperti disebutkan di atas, beberapa lusin negara lagi mengambil bagian dalam pekerjaan organisasi ini, dan khususnya di Large Hadron Collider.

Bagaimana cara kerja Large Hadron Collider?

Apa itu Large Hadron Collider dan cara kerjanya menjadi pertanyaan utama yang menjadi perhatian publik. Mari kita lihat pertanyaan-pertanyaan ini lebih lanjut.

Collider – diterjemahkan dari bahasa Inggris berarti “orang yang bertabrakan.” Tujuan dari pengaturan tersebut adalah untuk bertabrakan dengan partikel. Dalam kasus penumbuk hadron, partikel tersebut dimainkan oleh hadron - partikel yang terlibat dalam interaksi kuat. Ini adalah proton.

Mendapatkan proton

Perjalanan panjang proton dimulai dari duoplasmatron - tahap pertama akselerator, yang menerima hidrogen dalam bentuk gas. Duoplasmatron adalah ruang pelepasan tempat pelepasan listrik dilakukan melalui gas. Jadi hidrogen, yang hanya terdiri dari satu elektron dan satu proton, kehilangan elektronnya. Dengan cara ini, plasma terbentuk - suatu zat yang terdiri dari partikel bermuatan - proton. Tentu saja sulit untuk mendapatkan plasma proton murni, sehingga plasma yang dihasilkan, yang juga mengandung awan ion molekul dan elektron, disaring untuk mengisolasi awan proton. Di bawah pengaruh magnet, proton plasma dipecah menjadi berkas.

Percepatan awal partikel

Berkas proton yang baru terbentuk memulai perjalanannya dalam akselerator linier LINAC 2, yaitu cincin sepanjang 30 meter yang digantung secara berurutan dengan beberapa elektroda silinder berongga (konduktor). Medan elektrostatis yang tercipta di dalam akselerator dinilai sedemikian rupa sehingga partikel di antara silinder berongga selalu mengalami gaya percepatan ke arah elektroda berikutnya. Tanpa mempelajari sepenuhnya mekanisme percepatan proton pada tahap ini, kami hanya mencatat bahwa pada keluaran LINAC 2, fisikawan menerima berkas proton dengan energi 50 MeV, yang sudah mencapai 31% kecepatan cahaya. Perlu dicatat bahwa dalam hal ini massa partikel meningkat sebesar 5%.

Pada tahun 2019-2020, direncanakan penggantian LINAC 2 dengan LINAC 4 yang akan mempercepat proton hingga 160 MeV.

Perlu dicatat bahwa collider juga mempercepat ion timbal, yang memungkinkan untuk mempelajari plasma quark-gluon. Mereka dipercepat di cincin LINAC 3, mirip dengan LINAC 2. Eksperimen dengan argon dan xenon juga direncanakan di masa depan.

Selanjutnya paket proton masuk ke proton synchronous booster (PSB). Ini terdiri dari empat cincin yang ditumpangkan dengan diameter 50 meter, yang berisi resonator elektromagnetik. Medan elektromagnetik yang mereka ciptakan memiliki intensitas tinggi, dan partikel yang melewatinya menerima percepatan sebagai akibat dari beda potensial medan. Jadi, hanya dalam waktu 1,2 detik, partikel-partikel tersebut dipercepat dalam PSB hingga 91% kecepatan cahaya dan mencapai energi 1,4 GeV, setelah itu memasuki proton synchrotron (PS). PS tersebut berdiameter 628 meter dan dilengkapi 27 magnet yang mengarahkan pancaran partikel dalam orbit melingkar. Di sini partikel proton mencapai 26 GeV.

Cincin kedua dari belakang untuk percepatan proton adalah Super Proton Synchrotron (SPS), yang kelilingnya mencapai 7 kilometer. Dilengkapi dengan 1317 magnet, SPS mempercepat partikel hingga energi 450 GeV. Setelah sekitar 20 menit, berkas proton memasuki cincin utama - Large Hadron Collider (LHC).

Percepatan dan tumbukan partikel di LHC

Transisi antara cincin akselerator terjadi melalui medan elektromagnetik yang diciptakan oleh magnet yang kuat. Cincin utama penumbuk terdiri dari dua garis sejajar di mana partikel bergerak dalam orbit melingkar dengan arah berlawanan. Sekitar 10.000 magnet bertanggung jawab untuk menjaga lintasan melingkar partikel dan mengarahkannya ke titik tumbukan, beberapa di antaranya memiliki berat hingga 27 ton. Untuk menghindari magnet yang terlalu panas, digunakan sirkuit helium-4, yang melaluinya sekitar 96 ton zat mengalir pada suhu -271,25 ° C (1,9 K). Proton mencapai energi 6,5 TeV (yaitu, energi tumbukan adalah 13 TeV), sedangkan kecepatannya 11 km/jam lebih kecil dari kecepatan cahaya. Jadi, dalam satu detik, seberkas proton melewati cincin besar penumbuk sebanyak 11.000 kali. Sebelum partikel bertabrakan, mereka akan bersirkulasi mengelilingi cincin selama 5 hingga 24 jam.

Tabrakan partikel terjadi di empat titik di cincin LHC utama, tempat empat detektor berada: ATLAS, CMS, ALICE, dan LHCb.

Detektor Hadron Collider Besar

ATLAS (Peralatan LHC Toroidal)

— adalah salah satu dari dua detektor serba guna di Large Hadron Collider (LHC). Dia mengeksplorasi berbagai bidang fisika, mulai dari pencarian Higgs boson hingga partikel yang mungkin membentuk materi gelap. Meskipun memiliki tujuan ilmiah yang sama dengan eksperimen CMS, ATLAS menggunakan solusi teknis yang berbeda dan desain sistem magnet yang berbeda.

Berkas partikel dari LHC bertabrakan di pusat detektor ATLAS, menciptakan puing-puing yang datang dalam bentuk partikel baru yang terbang keluar dari titik tumbukan ke segala arah. Enam subsistem deteksi berbeda, disusun berlapis-lapis di sekitar titik tumbukan, mencatat jalur, momentum, dan energi partikel, sehingga memungkinkan partikel tersebut diidentifikasi satu per satu. Sebuah sistem magnet yang sangat besar membengkokkan jalur partikel bermuatan sehingga impulsnya dapat diukur.

Interaksi dalam detektor ATLAS menciptakan aliran data yang sangat besar. Untuk memproses data ini, ATLAS menggunakan sistem "pemicu" yang canggih untuk memberi tahu detektor kejadian mana yang harus direkam dan mana yang harus diabaikan. Sistem akuisisi dan penghitungan data yang canggih kemudian digunakan untuk menganalisis peristiwa tabrakan yang terekam.

Detektor tersebut memiliki tinggi 46 meter dan lebar 25 meter, sedangkan massanya 7.000 ton. Parameter ini menjadikan ATLAS detektor partikel terbesar yang pernah dibuat. Terletak di sebuah terowongan pada kedalaman 100 m dekat situs utama CERN, dekat desa Meyrin di Swiss. Instalasi terdiri dari 4 komponen utama:

• Detektor bagian dalam berbentuk silinder, cincin bagian dalam terletak hanya beberapa sentimeter dari sumbu berkas partikel yang lewat, dan cincin bagian luar berdiameter 2,1 meter dan panjang 6,2 meter. Ini terdiri dari tiga sistem sensor berbeda yang direndam dalam medan magnet. Detektor internal mengukur arah, momentum, dan muatan partikel bermuatan listrik yang dihasilkan dalam setiap tumbukan proton-proton. Elemen utama detektor internal adalah: Detektor Piksel, Pelacak Semi-Konduktor (SCT), dan pelacak radiasi Transisi (TRT).

• Kalorimeter mengukur energi yang hilang dari suatu partikel saat melewati detektor. Ia menyerap partikel yang timbul selama tumbukan, sehingga mencatat energinya. Kalorimeter terdiri dari lapisan bahan “penyerap” berdensitas tinggi—timbal—bergantian dengan lapisan “media aktif”—argon cair. Kalorimeter elektromagnetik mengukur energi elektron dan foton saat berinteraksi dengan materi. Kalorimeter hadron mengukur energi hadron ketika berinteraksi dengan inti atom. Kalorimeter dapat menghentikan sebagian besar partikel yang diketahui kecuali muon dan neutrino.

LAr (Kalorimeter Argon Cair) - kalorimeter ATLAS

• Spektrometer Muon - terdiri dari 4000 ruang muon individu menggunakan empat teknologi berbeda untuk mengidentifikasi muon dan mengukur momentumnya. Muon biasanya melewati detektor internal dan kalorimeter, sehingga memerlukan spektrometer muon.

• Sistem magnet ATLAS membengkokkan partikel di sekitar berbagai lapisan sistem detektor, sehingga memudahkan pelacakan jejak partikel.

Eksperimen ATLAS (Februari 2012) melibatkan lebih dari 3.000 ilmuwan dari 174 institusi di 38 negara.

CMS (Solenoid Muon Kompak)

— adalah detektor serba guna di Large Hadron Collider (LHC). Seperti ATLAS, ia memiliki program fisika yang luas, mulai dari mempelajari model standar (termasuk Higgs boson) hingga mencari partikel yang mungkin membentuk materi gelap. Meskipun memiliki tujuan ilmiah yang sama dengan percobaan ATLAS, CMS menggunakan solusi teknis yang berbeda dan desain sistem magnet yang berbeda.

Detektor CMS dibangun di sekitar magnet solenoid besar. Ini adalah kumparan silinder kabel superkonduktor yang menghasilkan medan 4 Tesla, kira-kira 100.000 kali medan magnet bumi. Lapangan tersebut dibatasi oleh “kuk” baja, yang merupakan komponen detektor paling masif, dengan berat 14.000 ton. Detektor lengkap berukuran panjang 21 m, lebar 15 m, dan tinggi 15 m, Pemasangannya terdiri dari 4 komponen utama:

• Magnet solenoid merupakan magnet terbesar di dunia dan berfungsi untuk membengkokkan lintasan partikel bermuatan yang dipancarkan dari titik tumbukan. Distorsi lintasan memungkinkan untuk membedakan antara partikel bermuatan positif dan negatif (karena mereka membengkok ke arah yang berlawanan), serta mengukur momentum, yang besarnya bergantung pada kelengkungan lintasan. Ukuran solenoid yang besar memungkinkan pelacak dan kalorimeter ditempatkan di dalam kumparan.
• Silicon Tracker - Terdiri dari 75 juta sensor elektronik individual yang disusun dalam lapisan konsentris. Ketika sebuah partikel bermuatan terbang melalui lapisan pelacak, ia mentransfer sebagian energinya ke setiap lapisan; menggabungkan titik tumbukan partikel ini dengan lapisan yang berbeda memungkinkan kita untuk menentukan lebih lanjut lintasannya.
• Kalorimeter – elektron dan hadronik, lihat kalorimeter ATLAS.
• Sub-detektor - memungkinkan Anda mendeteksi muon. Mereka diwakili oleh 1.400 ruang muon, yang terletak berlapis-lapis di luar kumparan, bergantian dengan pelat logam "kuk".

Eksperimen CMS adalah salah satu studi ilmiah internasional terbesar dalam sejarah, yang melibatkan 4.300 orang: fisikawan partikel, insinyur dan teknisi, mahasiswa dan staf pendukung dari 182 institusi, 42 negara (Februari 2014).

ALICE (Eksperimen Penumbuk Ion Besar)

— adalah detektor ion berat pada cincin Large Hadron Collider (LHC). Hal ini dirancang untuk mempelajari fisika materi yang berinteraksi kuat pada kepadatan energi yang ekstrim, di mana fase materi yang disebut plasma kuark-gluon terbentuk.

Semua materi biasa di alam semesta saat ini terbuat dari atom. Setiap atom mengandung inti proton dan neutron (kecuali hidrogen, yang tidak memiliki neutron), dikelilingi oleh awan elektron. Proton dan neutron, pada gilirannya, terbuat dari quark yang terikat dengan partikel lain yang disebut gluon. Tidak ada quark yang pernah teramati secara terpisah: quark, dan juga gluon, tampaknya terikat secara permanen dan terkurung dalam partikel penyusunnya seperti proton dan neutron. Ini disebut kurungan.

Tabrakan di LHC menciptakan suhu 100.000 kali lebih panas dibandingkan di pusat Matahari. Collider memungkinkan terjadinya tumbukan antar ion timbal, menciptakan kembali kondisi serupa dengan yang terjadi segera setelah Big Bang. Dalam kondisi ekstrem ini, proton dan neutron “meleleh”, sehingga quark terbebas dari ikatannya dengan gluon. Ini adalah plasma kuark-gluon.

Eksperimen ALICE menggunakan detektor ALICE yang memiliki berat 10.000 ton, panjang 26 m, tinggi 16 m, dan lebar 16 m. Perangkat ini terdiri dari tiga set komponen utama: perangkat pelacak, kalorimeter, dan detektor pengidentifikasi partikel. Itu juga dibagi menjadi 18 modul. Detektor ini terletak di sebuah terowongan pada kedalaman 56 m di bawah, dekat desa Saint-Denis-Pouilly di Perancis.

Eksperimen ini melibatkan lebih dari 1.000 ilmuwan dari lebih dari 100 lembaga fisika di 30 negara.

LHCb (Eksperimen kecantikan Large Hadron Collider)

– Eksperimen ini mengeksplorasi perbedaan kecil antara materi dan antimateri dengan mempelajari jenis partikel yang disebut beauty quark atau b quark.

Alih-alih mengelilingi seluruh titik tumbukan dengan detektor tertutup, seperti ATLAS dan CMS, eksperimen LHCb menggunakan serangkaian subdetektor untuk mendeteksi partikel yang sebagian besar mengarah ke depan—partikel yang diarahkan ke depan karena tumbukan dalam satu arah. Subdetektor pertama dipasang dekat dengan titik tumbukan, dan subdetektor lainnya dipasang silih berganti pada jarak 20 meter.

LHC menciptakan berbagai jenis quark dalam jumlah besar sebelum mereka dengan cepat membusuk menjadi bentuk lain. Untuk menangkap b quark, detektor pelacakan pergerakan kompleks dikembangkan untuk LHCb, yang terletak dekat dengan pergerakan berkas partikel melalui penumbuk.

Detektor LHCb seberat 5.600 ton terdiri dari spektrometer langsung dan detektor pelat datar. Panjangnya 21 meter, tinggi 10 meter, dan lebar 13 meter, serta terletak 100 meter di bawah tanah. Sekitar 700 ilmuwan dari 66 institut dan universitas berbeda terlibat dalam eksperimen LHCb (Oktober 2013).

Eksperimen lain di Collider

Selain eksperimen di atas di Large Hadron Collider, ada dua eksperimen instalasi lainnya:

• LHCf (penyerang Hadron Collider Besar)— mempelajari partikel yang terlempar ke depan setelah tumbukan berkas partikel. Mereka mensimulasikan sinar kosmik, yang sedang dipelajari para ilmuwan sebagai bagian dari percobaan. Sinar kosmik adalah partikel bermuatan alami dari luar angkasa yang terus-menerus membombardir atmosfer bumi. Mereka bertabrakan dengan inti di atmosfer bagian atas, menyebabkan aliran partikel yang mencapai permukaan tanah. Mempelajari bagaimana tabrakan di dalam LHC menghasilkan aliran partikel seperti itu akan membantu fisikawan menafsirkan dan mengkalibrasi eksperimen sinar kosmik skala besar yang dapat menjangkau ribuan kilometer.

LHCf terdiri dari dua detektor yang terletak di sepanjang LHC, berjarak 140 meter di kedua sisi titik tumbukan ATLAS. Masing-masing dari dua detektor tersebut memiliki berat hanya 40 kilogram dan berukuran panjang 30 cm, tinggi 80 cm, dan lebar 10 cm. Eksperimen LHCf melibatkan 30 ilmuwan dari 9 lembaga di 5 negara (November 2012).

• TOTEM (Penampang Total, Hamburan Elastis dan Disosiasi Difraksi)- percobaan dengan instalasi terpanjang pada collider. Misinya adalah mempelajari proton itu sendiri, dengan mengukur secara tepat proton yang dihasilkan dalam tumbukan sudut rendah. Wilayah ini dikenal sebagai arah "maju" dan tidak dapat diakses oleh eksperimen LHC lainnya. Detektor TOTEM membentang hampir setengah kilometer di sekitar titik interaksi CMS. TOTEM memiliki hampir 3.000 kg peralatan, termasuk empat teleskop nuklir, serta 26 detektor pot Romawi. Jenis yang terakhir memungkinkan detektor diposisikan sedekat mungkin dengan berkas partikel. Eksperimen TOTEM melibatkan sekitar 100 ilmuwan dari 16 institut di 8 negara (Agustus 2014).

Mengapa Large Hadron Collider dibutuhkan?

Instalasi ilmiah internasional terbesar mengeksplorasi berbagai masalah fisik:

• Studi tentang quark teratas. Partikel ini bukan hanya quark terberat, tetapi juga partikel elementer terberat. Mempelajari sifat-sifat top quark juga masuk akal karena merupakan alat penelitian.
• Cari dan pelajari Higgs boson. Meskipun CERN mengklaim bahwa Higgs boson telah ditemukan (pada tahun 2012), sangat sedikit yang diketahui tentang sifatnya dan penelitian lebih lanjut dapat memberikan kejelasan yang lebih besar mengenai mekanisme operasinya.

• Studi tentang plasma quark-gluon. Ketika inti timbal bertabrakan dengan kecepatan tinggi, .terbentuk di dalam penumbuk. Penelitiannya dapat memberikan hasil yang berguna baik untuk fisika nuklir (meningkatkan teori interaksi kuat) dan astrofisika (mempelajari Alam Semesta pada saat-saat pertama keberadaannya).
• Cari supersimetri. Penelitian ini bertujuan untuk membantah atau membuktikan “supersimetri”, teori bahwa setiap partikel elementer memiliki pasangan yang lebih berat yang disebut “superpartikel”.
• Studi tentang tumbukan foton-foton dan foton-hadron. Hal ini akan meningkatkan pemahaman tentang mekanisme proses tumbukan tersebut.
• Menguji teori eksotik. Kategori tugas ini mencakup tugas yang paling tidak konvensional - tugas "eksotis", misalnya, pencarian alam semesta paralel dengan membuat lubang hitam mini.

Selain tugas-tugas tersebut, masih banyak tugas lainnya yang penyelesaiannya juga akan memungkinkan umat manusia untuk memahami alam dan dunia di sekitar kita pada tingkat yang lebih baik, yang pada gilirannya akan membuka peluang bagi terciptanya teknologi baru.

Manfaat praktis dari Large Hadron Collider dan ilmu dasar

Pertama-tama, perlu dicatat bahwa penelitian dasar berkontribusi pada ilmu dasar. Ilmu terapan berkaitan dengan penerapan pengetahuan ini. Segmen masyarakat yang tidak menyadari manfaat ilmu pengetahuan dasar seringkali tidak menganggap penemuan Higgs boson atau penciptaan plasma quark-gluon sebagai sesuatu yang signifikan. Hubungan penelitian semacam itu dengan kehidupan orang biasa tidak jelas. Mari kita lihat contoh singkat mengenai energi nuklir:

Pada tahun 1896, fisikawan Perancis Antoine Henri Becquerel menemukan fenomena radioaktivitas. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa umat manusia tidak akan segera beralih ke penggunaan industri. Hanya lima tahun sebelum peluncuran reaktor nuklir pertama dalam sejarah, fisikawan besar Ernest Rutherford, yang menemukan inti atom pada tahun 1911, mengatakan bahwa energi atom tidak akan pernah dapat diterapkan. Para ahli berhasil memikirkan kembali sikap mereka terhadap energi yang terkandung dalam inti atom pada tahun 1939, ketika ilmuwan Jerman Lise Meitner dan Otto Hahn menemukan bahwa inti uranium, ketika disinari dengan neutron, terbelah menjadi dua bagian, melepaskan sejumlah besar energi - nuklir energi.

Dan hanya setelah hubungan terakhir dalam serangkaian penelitian mendasar inilah ilmu terapan mulai berperan, yang, berdasarkan penemuan-penemuan ini, menemukan alat untuk menghasilkan energi nuklir - reaktor atom. Skala penemuan ini dapat dinilai dengan melihat porsi listrik yang dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jadi di Ukraina, misalnya, pembangkit listrik tenaga nuklir menyumbang 56% pembangkitan listrik, dan di Prancis – 76%.

Semua teknologi baru didasarkan pada pengetahuan dasar tertentu. Berikut ini beberapa contoh singkat lainnya:

• Pada tahun 1895, Wilhelm Conrad Roentgen memperhatikan bahwa ketika terkena sinar-X, pelat fotografi menjadi gelap. Saat ini, radiografi adalah salah satu pemeriksaan yang paling banyak digunakan dalam dunia kedokteran, yang memungkinkan seseorang mempelajari kondisi organ dalam dan mendeteksi infeksi dan pembengkakan.
• Pada tahun 1915, Albert Einstein mengajukan usulannya sendiri. Saat ini, teori ini diperhitungkan ketika mengoperasikan satelit GPS, yang menentukan lokasi suatu objek dengan akurasi beberapa meter. GPS digunakan dalam komunikasi seluler, kartografi, pemantauan transportasi, tetapi terutama dalam navigasi. Kesalahan satelit yang tidak memperhitungkan relativitas umum akan bertambah 10 kilometer per hari sejak diluncurkan! Dan jika pejalan kaki dapat menggunakan pikiran dan peta kertasnya, maka pilot maskapai penerbangan akan berada dalam situasi yang sulit, karena tidak mungkin bernavigasi di awan.

Jika saat ini penerapan praktis dari penemuan yang dilakukan di LHC belum ditemukan, ini tidak berarti bahwa para ilmuwan “sia-sia mengutak-atik collider”. Sebagaimana diketahui, orang yang berakal selalu ingin memperoleh penerapan praktis yang maksimal dari ilmu-ilmu yang ada, oleh karena itu ilmu tentang alam yang terkumpul dalam proses penelitian di LHC pasti akan menemukan penerapannya, cepat atau lambat. Seperti yang telah ditunjukkan di atas, hubungan antara penemuan mendasar dan teknologi yang memanfaatkannya terkadang tidak terlihat jelas sama sekali.

Terakhir, mari kita perhatikan apa yang disebut penemuan tidak langsung, yang tidak ditetapkan sebagai tujuan awal penelitian. Hal ini cukup sering terjadi, karena penemuan mendasar biasanya memerlukan pengenalan dan penggunaan teknologi baru. Dengan demikian, perkembangan optik mendapat dorongan dari penelitian mendasar luar angkasa, berdasarkan pengamatan para astronom melalui teleskop. Dalam kasus CERN, inilah asal muasal teknologi yang ada di mana-mana: Internet, sebuah proyek yang diusulkan oleh Tim Berners-Lee pada tahun 1989 untuk membuat data organisasi CERN lebih mudah ditemukan.

5 (100%) 1 suara

Large Hadron Collider, akselerator partikel paling kuat di dunia, yang sedang diuji di Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN), menjadi subyek tuntutan hukum bahkan sebelum diluncurkan. Siapa yang menggugat ilmuwan dan mengapa?

Jangan menilai Large Hadron Collider... Penduduk negara bagian Hawaii Walter Wagner dan Luis Sancho mengajukan gugatan ke pengadilan distrik federal Honolulu terhadap CERN, serta peserta Amerika dalam proyek tersebut - Departemen Energi, National Science Foundation dan Fermi National Accelerator Laboratory untuk alasan ini.

⦳⦳⦳⦳⦳

Warga Amerika khawatir bahwa tumbukan partikel subatom yang sangat energik akan terjadi di akselerator untuk mensimulasikan peristiwa yang terjadi. di Alam Semesta pada saat-saat pertama setelah Big Bang, dapat membuat objek mengancam keberadaan Bumi.

Collider Hadron Besar di Cern. Dalam frame tersebut terdapat simulasi proses produksi Higgs boson di detektor CMS

Bahayanya, menurut penggugat, terutama berasal dari apa yang disebut lubang hitam – benda fisik yang bisa menyerap beberapa objek di planet kita - misalnya, beberapa kota besar.

Meski gugatan tersebut diajukan ke pengadilan pada awal April 2008, para ahli sama sekali tidak menganggapnya sebagai lelucon April Mop.

Dan pada tanggal 6 April, mereka mengadakan hari terbuka di Pusat Penelitian Nuklir, mengundang masyarakat, jurnalis, pelajar dan anak sekolah untuk melihat-lihat akselerator, sehingga mereka tidak hanya dapat melihat instrumen ilmiah yang unik dengan mata kepala sendiri, tetapi juga menerima jawaban komprehensif atas semua pertanyaan mereka.

Pertama-tama, tentu saja, penyelenggara proyek berusaha meyakinkan pengunjung bahwa LHC sama sekali tidak bisa menjadi penyebab “akhir dunia”.

Ya, terletak di terowongan melingkar dengan keliling 27 km, collider (dari bahasa Inggris collide - “collide”) mampu mempercepat berkas proton dan membenturkannya dengan energi hingga 14 teraelektronvolt sebanyak 40 juta kali per detik.

Fisikawan percaya bahwa adalah mungkin untuk menciptakan kembali kondisi yang muncul sepertriliun detik setelah Big Bang, dan dengan demikian memperoleh informasi berharga tentang awal mula alam semesta.

Collider Hadron Besar dan lubang hitam

Namun perwakilan CERN James Gills menyatakan keraguan besar tentang kemungkinan munculnya lubang hitam dalam kasus ini atau sesuatu yang sama sekali tidak diketahui. Dan bukan hanya karena penilaian keselamatan collider terus-menerus dilakukan oleh para ahli teori, tetapi juga hanya berdasarkan praktik.

“Argumen penting yang menyatakan bahwa eksperimen CERN aman adalah keberadaan Bumi,” katanya.

– Planet kita terus-menerus terkena aliran radiasi kosmik, yang energinya tidak kalah dengan, dan seringkali melebihi, energi Cernov, dan belum dihancurkan baik oleh lubang hitam atau alasan lainnya.

Sementara itu, sebagaimana telah kita hitung, selama keberadaan Alam Semesta, alam telah menyelesaikan sedikitnya 1031 program serupa dengan yang baru akan kita laksanakan”...

Ia tidak melihat adanya bahaya khusus dalam kemungkinan reaksi pemusnahan yang tidak terkendali yang melibatkan antipartikel yang muncul sebagai hasil eksperimen.

“Mereka sebenarnya memproduksi antimateri di CERN,– ilmuwan mengkonfirmasi dalam sebuah wawancara dengan majalah New Scientist.

“Namun, remah-remah yang dapat dibuat secara artifisial di Bumi tidak akan cukup untuk membuat bom terkecil sekalipun.”

Sangat sulit untuk menyimpan dan mengumpulkan antimateri (dan beberapa jenisnya sama sekali tidak mungkin)”...

Penumbuk Hadron Besar dan boson

Cari boson. Omong-omong, majalah yang sama menulis bahwa para ahli Rusia - Profesor Irina Arefieva dan Doktor Ilmu Fisika dan Matematika Igor Volovich dari Institut Matematika Steklov di Moskow - percaya bahwa eksperimen skala besar di CERN dapat menyebabkan munculnya eksperimen pertama. .. mesin waktu di dunia.

Saya meminta Profesor Irina Yaroslavovna Arefieva untuk mengomentari pesan ini. Dan inilah yang dia katakan:

“Kita masih mengetahui sedikit sekali tentang struktur dunia di sekitar kita. Ingat, orang Yunani kuno percaya bahwa semua benda terbuat dari atom, yang berarti “tidak dapat dibagi” dalam bahasa Yunani.

Namun, seiring berjalannya waktu menjadi jelas bahwa atom itu sendiri memiliki struktur yang agak rumit, terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Pada paruh pertama abad ke-20, tiba-tiba ternyata elektron yang sama dengan proton dan neutron, pada gilirannya, dapat terpecah menjadi beberapa partikel.

Awalnya mereka sembarangan disebut SD. Namun, sekarang menjadi jelas bahwa banyak dari apa yang disebut partikel elementer ini, pada gilirannya, dapat membelah...

Secara umum, ketika para ahli teori mencoba menggabungkan semua pengetahuan yang diperoleh dalam kerangka apa yang disebut Model Standar, ternyata penghubung utamanya, menurut beberapa data, adalah Higgs boson.”

Partikel misterius ini mendapatkan namanya dari Profesor Peter Higgs dari Universitas Edinburgh. Berbeda dengan Profesor Higgins dari musikal terkenal, dia tidak terlibat dalam mengajarkan pengucapan yang benar kepada gadis-gadis cantik, tetapi mempelajari hukum dunia mikro.

Dan pada tahun 60an abad yang lalu dia membuat asumsi berikut: “Alam semesta sama sekali tidak kosong, seperti yang kita lihat.

Seluruh ruangnya diisi dengan zat kental tertentu, yang melaluinya, misalnya, terjadi interaksi gravitasi antar benda langit, mulai dari partikel, atom, dan molekul hingga planet, bintang, dan galaksi.”

Sederhananya, P. Higgs menyarankan untuk kembali ke ide tersebut "siaran seluruh dunia" yang dulunya sudah ditolak. Tetapi karena fisikawan, seperti orang lain, tidak suka mengakui kesalahannya, sekarang disebut zat baru-lama "Lapangan Higgs".

Dan sekarang diyakini bahwa medan gaya inilah yang memberi massa pada partikel nuklir. Dan ketertarikan timbal balik mereka dijamin oleh pembawa gravitasi, yang pertama kali disebut graviton, dan sekarang Higgs boson.

Pada tahun 2000, fisikawan mengira mereka akhirnya “menangkap” Higgs boson. Namun serangkaian percobaan yang dilakukan untuk menguji percobaan pertama menunjukkan bahwa boson telah lolos lagi. Meski demikian, banyak ilmuwan yang yakin partikel tersebut masih ada.

Dan untuk menangkapnya, Anda hanya perlu membuat jebakan yang lebih andal dan membuat akselerator yang lebih kuat lagi. Salah satu instrumen umat manusia yang paling ambisius dibangun melalui upaya universal di CERN dekat Jenewa.

Namun, Higgs boson ditangkap tidak hanya untuk memverifikasi validitas prediksi para ilmuwan, tetapi juga untuk menemukan kandidat lain untuk peran “bahan penyusun pertama Alam Semesta”.

« Secara khusus, terdapat asumsi-asumsi eksotik tentang struktur Alam Semesta,

– Profesor I.Ya melanjutkan ceritanya. Arefieva.

– Teori tradisional mengatakan bahwa kita hidup di dunia empat dimensi

– tiga koordinat spasial ditambah waktu.

Teori pengukuran Large Hadron Collider

Namun ada hipotesis yang menyatakan bahwa sebenarnya ada lebih banyak dimensi - enam atau sepuluh, atau bahkan lebih. Dalam dimensi ini, gaya gravitasi bisa jauh lebih tinggi daripada g yang biasa kita alami.

Dan gravitasi, menurut persamaan Einstein, dapat mempengaruhi perjalanan waktu. Di sinilah hipotesis itu muncul "mesin waktu". Tapi kalaupun ada, itu akan terjadi dalam waktu yang sangat singkat dan dalam volume yang sangat kecil”…

Yang tak kalah eksotiknya, menurut Irina Yaroslavovna, adalah hipotesis tentang pembentukan balok yang bertabrakan lubang hitam mini. Bahkan jika mereka terbentuk, masa hidup mereka akan sangat kecil sehingga akan sangat sulit untuk dideteksi.

Hanya dengan bukti tidak langsung, misalnya radiasi sinar-X Hawking, itupun setelah lubang itu sendiri menghilang.

Singkatnya, reaksi, menurut beberapa perhitungan, akan terjadi dalam volume hanya 10-20 meter kubik. cm dan sangat cepat sehingga para peneliti harus memutar otak untuk menempatkan sensor yang tepat di tempat yang tepat, memperoleh data, dan kemudian menafsirkannya sesuai dengan itu.

Bersambung… Sejak Profesor Arefieva mengucapkan kata-kata di atas, hampir lima tahun berlalu hingga baris-baris ini ditulis.

Selama ini, tidak hanya uji peluncuran LHC pertama yang dilakukan, tetapi juga beberapa uji coba berikutnya. Seperti yang Anda ketahui sekarang, semua orang selamat, dan tidak ada hal buruk yang terjadi. Pekerjaan berlanjut...

Para ilmuwan hanya mengeluh bahwa sangat sulit bagi mereka untuk memantau kemudahan servis semua peralatan instalasi ilmiah yang unik ini. Namun demikian, mereka sudah bermimpi untuk membangun akselerator partikel raksasa generasi berikutnya - International Linear Collider (ILC).

CERN, Swiss. Juni 2013.

Bagaimanapun, inilah yang ditulis oleh Barry Barish, profesor emeritus di California Institute of Technology, yang memimpin desain International Linear Collider, dan rekan-rekannya tentang hal ini.

– Nicholas Walker Walker, ahli fisika akselerator dari Hamburg, dan Hitoshi Yamamoto, profesor fisika di Universitas Tohoku di Jepang.

Collider Hadron Besar masa depan

“Perancang ILC telah menentukan parameter utama penumbuk masa depan,” lapor para ilmuwan.

– Panjangnya kira-kira. 31 km; bagian utama akan ditempati oleh dua akselerator linier superkonduktor, yang akan menghasilkan tumbukan elektron-positron dengan energi 500 GeV.

Lima kali per detik, ILC akan menghasilkan, mempercepat, dan bertabrakan hampir 3.000 elektron dan tandan positron dalam pulsa 1 ms, setara dengan daya 10 MW untuk setiap berkas.

Efisiensi instalasi akan mencapai sekitar 20%, oleh karena itu total daya yang dibutuhkan ILC untuk mempercepat partikel akan mencapai hampir 100 MW.”

Untuk membuat berkas elektron, target galium arsenida akan disinari dengan laser; dalam hal ini, dalam setiap pulsa, miliaran elektron akan tersingkir.

Elektron ini akan segera dipercepat hingga 5 GeV dalam akselerator superkonduktor linier pendek dan kemudian disuntikkan ke dalam cincin penyimpanan sepanjang 6,7 kilometer yang terletak di tengah kompleks.

Bergerak di dalam cincin, elektron akan menghasilkan radiasi sinkrotron, dan tandan tersebut akan terkompresi, yang akan meningkatkan kerapatan muatan dan intensitas pancaran.

Di tengah jalan, pada energi 150 MeV, tandan elektron akan sedikit dibelokkan dan diarahkan ke magnet khusus, yang disebut undulator, di mana sebagian energinya akan diubah menjadi radiasi gamma.

Foton sinar gamma akan mengenai target paduan titanium yang berputar dengan kecepatan sekitar 1.000 putaran per menit.

Dalam hal ini, banyak pasangan elektron-positron yang terbentuk. Positron akan ditangkap, dipercepat hingga 5 GeV, setelah itu mereka akan jatuh ke dalam cincin kompresi lain dan, akhirnya, ke dalam akselerator superkonduktor linier utama kedua di ujung LS.

Ketika energi elektron dan positron mencapai nilai akhir 250 GeV, mereka akan bergegas menuju titik tumbukan. Setelah tumbukan, produk reaksi akan diarahkan ke perangkap, di mana produk tersebut akan direkam.

Video Penumbuk Hadron Besar

Akselerator partikel terbesar dan terkuat di dunia - Large Hadron Collider (LHC) - baru-baru ini kembali berfungsi. Setelah peningkatan, akselerator partikel mulai bekerja dengan kekuatan ganda. Apakah ini berarti bahwa semua ketakutan yang terkait dengan peluncuran awal telah muncul kembali dengan sekuat tenaga?

Meskipun kejadian ini sudah diantisipasi di seluruh dunia, ada dua orang yang tetap bungkam: Walter Wagner, pensiunan petugas keselamatan nuklir, dan jurnalis Spanyol Luis Sancho. Mereka memiliki sejarahnya sendiri yang terkait dengan LHC, dan mungkin kita berhutang budi kepada mereka atas semua cerita horor yang terkait dengan peluncuran mesin pemecah proton.

Beberapa bulan sebelum collider dinyalakan untuk pertama kalinya pada tahun 2008, Wagner dan Sancho mengajukan gugatan terhadap organisasi di balik mesin monster tersebut: Departemen Energi AS, Laboratorium Akselerator Nasional Fermi, dan National Science Foundation.

Tentu saja dibutuhkan keberanian dan mungkin sedikit kegilaan untuk mencoba menuntut organisasi mana pun yang mempekerjakan beberapa intelektual paling cemerlang di dunia, apalagi menyerang mereka sekaligus. Terutama setelah mereka menyelesaikan konstruksi proyek senilai $6 miliar selama 30 tahun. Untuk membela para pria tersebut, Wagner dan Sancho mencoba menyelamatkan dunia dari apa yang mereka anggap sebagai kehancuran yang tak terhindarkan.

Salah satu kekhawatirannya adalah LHC dapat menciptakan miniatur lubang hitam yang benar-benar akan menelan bumi. Dalam gugatannya mereka berargumentasi:

“Pada akhirnya, seluruh bumi akan jatuh ke dalam lubang hitam mikro yang semakin besar, yang akan mengubah bumi menjadi lubang hitam berukuran sedang yang akan terus mengorbit bulan, satelit, ISS, dll.”

Gugatan tersebut dibatalkan karena orang-orang tersebut tidak dapat membuktikan “ancaman yang dapat dipercaya.” Namun, hingga saat ini masih ada masyarakat di Bumi yang yakin bahwa LHC akan menyebabkan kehancuran umat manusia. Meskipun Sancho dan Wagner salah - Bumi ada di tempatnya, LHC telah bekerja selama beberapa tahun berturut-turut - penting untuk memahami mengapa latar belakang ilmiah LHC tidak menyiratkan ancaman apa pun. Mengerti kenapa Penumbuk Hadron Besar tidak akan menyebabkan kerusakan besar seperti itu.

Kelahiran lubang hitam

Lubang hitam adalah objek kompak yang sangat padat dengan massa berkisar antara 4 hingga 170 juta kali massa Matahari. Meskipun lubang hitam menurut definisinya sangat besar, setidaknya secara teoritis ada kemungkinan bahwa sejumlah kecil materi—puluhan mikrogram—dapat dikemas cukup rapat untuk menciptakan lubang hitam. Ini akan menjadi contoh lubang hitam mikroskopis.

Hingga saat ini, belum ada yang mengamati atau menghasilkan lubang hitam mikroskopis - bahkan LHC pun tidak. Namun sebelum pertama kali dinyalakan pada tahun 2008, Wagner dan Sancho khawatir bahwa percepatan partikel subatom hingga 99,99% kecepatan cahaya dan kemudian bertabrakan dapat menciptakan kekacauan partikel yang begitu padat sehingga akan muncul lubang hitam.

Fisikawan CERN melaporkan bahwa teori relativitas umum Einstein menunjukkan bahwa LHC tidak mungkin menghasilkan fenomena eksotik seperti itu. Tapi bagaimana jika Einstein salah? Hal inilah yang ditakutkan Wagner dan Sancho.

Meski begitu, teori lain yang dikembangkan oleh ahli astrofisika terkenal Stephen Hawking memperkirakan bahwa meskipun lubang hitam mikroskopis terbentuk di dalam LHC, lubang hitam tersebut akan langsung hancur dan tidak menimbulkan ancaman bagi keberadaan Bumi.

Pada tahun 1974, Hawking memperkirakan bahwa lubang hitam tidak hanya memakan materi, tetapi juga memuntahkannya dalam bentuk radiasi Hawking yang berenergi sangat tinggi. Menurut teori tersebut, semakin kecil lubang hitam, semakin banyak radiasi Hawking yang dipancarkannya ke luar angkasa, dan secara bertahap menghilang. Dengan demikian, lubang hitam mikroskopis yang menjadi terkecil akan hilang sebelum dapat menimbulkan kerusakan dan menghancurkan kita. Mungkin inilah alasan mengapa kita belum melihat lubang hitam mikroskopis.

Kelahiran Materi Aneh

Materi aneh terdiri dari partikel-partikel hipotetis individu - tali pengikat - yang berbeda dari materi biasa yang menyusun segala sesuatu di sekitar kita.

Wagner dan Sancho takut materi aneh ini akan menyatu dengan materi normal dan "dapat mengubah seluruh bumi menjadi satu hal besar yang aneh". Tentu saja, kekhawatiran Wagner dan Sancho tidak didasarkan pada teori mereka - pemikiran ini dibahas di kalangan ilmiah yang lebih serius.

Namun, tidak ada seorang pun yang mengetahui secara pasti perilaku materi aneh atau bahkan satu benda aneh pun; Inilah salah satu alasan mengapa tali pengikat tetap menjadi kandidat partikel materi gelap, yang mendominasi alam semesta kita.

Untuk mendukung teori ini, fisikawan di Brookhaven National Laboratory di New York telah mencoba menciptakan benda aneh di Relativistic Heavy Ion Collider sejak awal abad ini. Sejauh ini kami belum melihat satu pun strap-on. Namun tentu saja peluang selalu ada.

Jika Laboratorium Nasional Brookhaven beruntung dalam pencariannya, masih ada kekhawatiran bahwa benda asing yang bersentuhan dengan materi biasa akan memicu reaksi berantai yang akan mengubah Anda, kami, dan segala sesuatu di Bumi menjadi gumpalan materi aneh. Apakah kita akan mampu bertahan dari transformasi seperti itu dan apa yang akan berubah, kita masih belum bisa menebaknya. Tapi hal yang tidak diketahui itu menakutkan.

Namun, fisikawan CERN berpendapat bahwa jika Brookhaven berhasil menciptakan benda asing, kemungkinannya berinteraksi dengan materi biasa sangat kecil:

“Pada suhu tinggi yang dihasilkan oleh alat penumbuk, lebih sulit merekatkan materi aneh dibandingkan membentuk es di air panas,” kata mereka.

Kelahiran monopole magnet

Di alam, magnet memiliki dua ujung – kutub utara dan selatan. Namun pada akhir abad ke-19, fisikawan Pierre Curie, suami Marie Curie, menyatakan bahwa tidak ada alasan mengapa partikel dengan satu kutub magnet tidak bisa ada.

Lebih dari setengah abad kemudian, partikel seperti itu, yang disebut monopole magnet, belum pernah tercipta atau teramati di alam. Artinya, ini murni hipotesis. Namun hal ini tidak menghentikan Wagner untuk menyatakan bahwa mesin bertenaga seperti LHC dapat menciptakan monopole magnet pertama dalam sejarah, yang dapat menghancurkan Bumi.

“Partikel semacam itu mungkin memiliki kemampuan untuk mengkatalisis peluruhan proton dan atom, menyebabkannya berubah menjadi materi jenis lain,” tulisnya dan Sancho.

Teori bahwa monopole dapat menghancurkan proton – bahan penyusun subatom dari semua materi di Alam Semesta – sangat spekulatif, jelas fisikawan di CERN. Tapi katakanlah teori ini benar. Dalam hal ini, partikel tersebut akan memiliki massa yang terlalu besar bagi LHC untuk membuat partikel tersebut.

Secara umum, kami aman.

“Fakta keberadaan Bumi dan benda langit lainnya meniadakan kemungkinan terciptanya monopole magnet pemakan proton yang berbahaya menggunakan LHC,” kata fisikawan CERN.

Fisikawan akan menghabiskan beberapa bulan ke depan untuk meningkatkan kekuatan LHC sehingga melebihi dua kali daya maksimum yang digunakan LHC saat peluncuran pertamanya. Hal ini tidak mengubah fakta bahwa Bumi tidak mungkin dihancurkan oleh lubang hitam mikroskopis, tali pengikat, atau monopole magnet.

Instalasi eksperimen fisik terbesar dalam sejarah umat manusia, Large Hadron Collider, yang terletak di cincin bawah tanah sepanjang 28 kilometer di Prancis dan Swiss, terus menimbulkan rumor yang saling bertentangan. Beberapa orang mengharapkan perjalanan waktu yang ajaib darinya, yang lain - penemuan partikel Tuhan yang hilang dalam gambaran struktur dunia fisik, dan yang lain lagi - konsekuensi mengerikan dari simulasi Big Bang, yang dapat menghancurkan planet kita.

Cuplikan diskusi.

Unduh video (11,75 MB)

Apa inti dari eksperimen yang dilakukan di Collider dan apakah eksperimen tersebut benar-benar dapat menimbulkan bahaya bagi seluruh umat manusia? Apakah signifikansi penemuan fisik sebanding dengan risiko skala planet, meskipun hal tersebut dapat diterima dengan probabilitas yang tidak signifikan?

Dalam acara debat “Sudut Kecurigaan” permasalahan tersebut dibahas oleh direktur Pusat Ilmiah dan Pendidikan Fisika Partikel dan Energi Tinggi, seorang guru besar di BSU dan seorang peneliti independen, filsuf, penulis teori “Tentang Teori Baru asal usul alam semesta dan bahaya eksperimen ekstrem terhadap materi."

Pembahasan versi lengkap.

Perhatian! Anda menonaktifkan JavaScript, browser Anda tidak mendukung HTML5, atau Anda menginstal Adobe Flash Player versi lama.

Unduh audio (25,84 MB)

Perhatian! Anda menonaktifkan JavaScript, browser Anda tidak mendukung HTML5, atau Anda menginstal Adobe Flash Player versi lama.

Unduh video

Nikolai Maksimovich, eksperimen apa yang mungkin terjadi dengan munculnya Collider?
Collider adalah mikroskop (ini analogi yang hampir literal). Mikroskop diperlukan untuk melihat benda-benda yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Akselerator partikel diperlukan untuk menggunakannya untuk memeriksa detail yang lebih halus di kedalaman materi dan mempelajarinya. Sebelum pembangunan Large Hadron Collider, fisikawan dengan bantuan Tevatron mencapai jarak 10-18 m, yaitu 10-16 cm, dimensi sebuah atom adalah 10-10 m, seukuran sebuah atom. inti atom berukuran 10-15 cm Artinya, fisikawan menyelidiki materi beberapa kali lipat lebih dalam . Large Hadron Collider memungkinkan untuk menggali lebih jauh ke dalam materi dan mencari tahu bagaimana strukturnya, partikel baru apa yang dihasilkan pada jarak dan interval waktu tersebut, dan bagaimana interaksi mendasar alam berperilaku. Semua ini memungkinkan kita melihat beberapa fenomena baru.

Sejauh yang saya tahu, eksperimen dengan collider tidak sekadar mengamati alam sebagaimana adanya. Proses-proses tertentu diluncurkan yang tidak terjadi di alam atau sulit diamati ketika terjadi secara alami. Bagaimanapun, sebuah eksperimen menghasilkan sesuatu dengan materi, dan tidak hanya mengamatinya. Bisakah Anda menjelaskan hal ini?
Berdasarkan teori-teori yang terbukti dan diterima secara umum yang tidak memiliki satu pun kegagalan, tidak ada satu pun fakta yang kontradiktif, kami memperkirakan informasi apa yang akan kami peroleh dari melakukan eksperimen ini. Tentu saja, mungkin ada partikel baru, sifat interaksi baru. Namun karena tidak ada satu pun eksperimen yang bertentangan dengan teori relativitas dan teori medan kuantum, yang menggambarkan interaksi fundamental, prediksi kami harusnya dapat dibenarkan.

Namun pada saat yang sama, opini publik sudah gelisah sejak awal. Beberapa fisikawan telah membuat pernyataan bahwa tidak mungkin untuk memastikan kendali penuh atas pengoperasian collider. Artinya, tidak ada yang bisa menjamin keamanan sepenuhnya. Ini benar?
Saya tidak kenal fisikawan seperti itu. Mereka mengatakan ini karena kurangnya informasi.

Orang pertama yang mengajukan pertanyaan ini adalah fisikawan Amerika Loren Wagner, yang mempelajari sinar kosmik dan juga bekerja di dinas keselamatan radiasi. Ada juga fisikawan Ukraina Ivan Gorelik, profesor kimia Otto Ressler, dan Anda masih dapat menemukan banyak nama yang secara wajar menimbulkan pertanyaan tentang eksperimen yang tidak dapat diprediksi.

Ketika konferensi pers pertama diadakan pada malam peluncuran, penyelenggara menyatakan kebanggaannya bahwa untuk pertama kalinya dalam sejarah sains, eksperimen dilakukan yang, pada prinsipnya, tidak dapat diprediksi. Mereka mengatakan bahwa mereka akan membuat penemuan yang bahkan tidak mereka ketahui dan mengatasi hambatan yang dihadapi fisika fundamental saat ini. Fisika teoretis sedang dalam krisis, dan teori Big Bang adalah salah satu konsep yang tidak menjawab banyak pertanyaan dan menemui jalan buntu.

Bisakah Anda menyuarakan pertanyaan-pertanyaan yang belum terselesaikan dalam teori Big Bang?
Jika Big Bang terjadi dan Alam Semesta bermula darinya, lalu bagaimana mungkin ledakan ini tidak ada penyebabnya dalam keadaan kosong? Ledakan itu sendiri bertentangan dengan hukum fisika yang diketahui (seperti hukum dasar kekekalan materi dan energi, hukum termodinamika). Beginilah alam semesta muncul: entah dari mana, di tempat yang kosong dan tanpa sebab.

Ini kedengarannya tidak profesional dan sama sekali tidak ada hubungannya dengan apa yang dijelaskan teori fisika dan apa yang kita amati sekarang. Kita tidak sepenuhnya mengetahui model awal mula Alam Semesta kita, fase-fasenya, dan apa yang akan terjadi selanjutnya. Mungkin Alam Semesta berdenyut, memadat menjadi suatu titik, dan kemudian terlepas. Namun kita tidak dapat membayangkan bahwa ada kekosongan di mana sesuatu muncul dari ketiadaan.

Para fisikawan terus terang mengatakan bahwa mereka tidak mengetahui alasan mengapa Big Bang terjadi, namun tentu saja tidak ada teori-teori yang bersaing yang dapat dikonfirmasi oleh fakta-fakta pengamatan. Yang saya maksud adalah radiasi latar gelombang mikro kosmik, hukum Hubble (pengembangan galaksi), dan sekarang juga percepatan perluasan Alam Semesta kita. Kita sampai pada konsep materi gelap dan energi gelap, yang membentuk 96% massa alam semesta kita. Teori Big Bang adalah model yang paling dapat diandalkan, dan saya tahu tidak ada model lain yang dapat menandingi teori tersebut dengan tingkat validitas pengamatan yang sedemikian tinggi.

Awalnya dia menjelaskan sesuatu, tapi ketika mereka mulai memahaminya, ternyata hanya 5% materi yang mengikuti teori ini. Kemudian, entitas baru yang sama sekali belum terbukti muncul - materi gelap dan energi gelap.

Menurut hukum kedua Newton, percepatan tidak mungkin terjadi tanpa adanya gaya. Gaya berkaitan dengan energi, artinya Alam Semesta dapat mengembang dengan percepatan akibat energi. Kami membandingkan energi yang kami lihat, tetapi masih belum kami ketahui apa pun, dengan parameter yang dapat digunakan untuk menentukan percepatan. Dan menurut kami, massanya sekitar 74% dari massa alam semesta. 22% lainnya diperkirakan merupakan materi gelap. Ini adalah partikel netral (tidak bermuatan) yang tidak diketahui. Salah satunya mungkin Higgs boson, yang ditemukan melalui eksperimen dengan collider.

Ada teori lain yang menjelaskan apa yang tidak dijelaskan oleh teori Big Bang. Dan mereka melakukan ini tanpa memperkenalkan postulat yang tidak dapat dibuktikan dalam bentuk materi gelap.

Teori manakah yang merupakan alternatif dari teori Big Bang?
Ada dua pandangan tentang asal usul alam semesta. Menurut salah satu versi, itu berasal dari titik terkecil akibat Big Bang. Bahkan para peraih Nobel memberikan penilaian yang tidak menyenangkan terhadap teori ini. Menurut pendapat lain, materi di Alam Semesta muncul bukan dari ledakan, melainkan dari ruang hampa. Teori ini menyelesaikan semua masalah, dalam kerangka semua hukum fisika, tanpa melibatkan entitas tambahan.

Orang bebas berhipotesis, itulah sifat mereka. Hadiah Nobel dalam bidang fisika, khususnya dalam beberapa dekade terakhir, diterima justru karena membenarkan teori Big Bang. Pertanyaan tersulit dalam fisika adalah “mengapa?” Pertama, fisikawan menjawab pertanyaan “apa?” dan “bagaimana?”, dan pertanyaan “mengapa?” diputuskan kemudian.

Collider dapat membantu menjawab pertanyaan "mengapa"?
Niscaya. Mengapa muatan elektron dan proton besarnya sama? Ini adalah misteri alam.

Seberapa berbahayakah collider berdasarkan teori Anda?
Jika kita berasumsi bahwa dunia muncul dari kehampaan yang melahirkan partikel, kita dapat memicu proses pemusnahan.

Ini adalah spekulasi yang tidak berdasar.

Apakah ada contoh dalam karya collider yang setidaknya dapat mengkonfirmasi spekulasi ini? Apakah ada proses yang tidak terkendali terjadi?
Tentu saja tidak! Pada tahun 2008, direktur CERN meninggalkan jabatannya dan ingin Collider diluncurkan di bawahnya. Oleh karena itu, setiap orang sedikit tergesa-gesa dan tidak memeriksa hal-hal mendasar - sambungan kabel ke tangki dengan helium cair. Ketika mereka mulai menaikkan tegangan dan menambah daya, arus meningkat, dan satu kontak meleleh. Tetesan logam cair membuat lubang di tangki helium cair, dan tentu saja meledak. Hanya itu yang terjadi. Setelah satu setengah tahun, semuanya dibersihkan dan keamanan sepenuhnya terjamin. Mesin ini sekarang lebih dapat diandalkan dibandingkan semua pembangkit listrik tenaga nuklir dan pesawat luar angkasa.

Karena itu, prosesnya tidak berjalan ke arah yang tidak terkendali?
Sebuah tangki dengan helium cair meledak, gelombang kejutnya mencapai 320 m, peredamnya otomatis melebar, dan sistem proteksi diaktifkan.

Bahaya collider bukan terletak pada kegagalan teknis, tetapi pada fenomena yang tidak dapat diprediksi. Untuk pertama kalinya, instalasi eksperimental telah diselesaikan yang mempengaruhi partikel materi dengan urutan besarnya lebih tinggi daripada ledakan bom termonuklir! Ada kemungkinan untuk menghasilkan suatu proses yang akan menyebabkan musnahnya materi di planet ini. Nikolai Maksimovich mengatakan bahwa collider lebih dapat diandalkan dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir. Namun di Fukushima alasannya adalah faktor manusia: kemungkinan terjadinya tsunami perlu diperhitungkan.

Pernahkah ada eksperimen mengenai pemusnahan materi? Apakah proses ini dilakukan dalam skala kecil dan terkendali?
Akselerator Tevatron di AS adalah akselerator proton dan antiproton. Mereka bertabrakan dan musnah karena mereka adalah partikel dan antipartikel.

Tetapi pada saat yang sama tidak ada perubahan pada materi di sekitar, reaksi berantai?
Tidak, ini adalah reaksi nuklir biasa dari tumbukan partikel elementer.

CERN baru-baru ini mengumumkan penemuan partikel yang mirip dengan Higgs boson, yang diprediksi oleh Peter Higgs pada tahun 1964. Bagaimana penemuan ini mempengaruhi teori fisika modern? Mungkinkah bekerja dengan partikel ini berisiko?
Saya akan segera menjawab pertanyaan terakhir - tidak, tentu saja. Hal ini penting karena kita tidak tahu dari mana massa itu berasal. Landasan teori yang menjelaskan interaksi mendasar partikel adalah prinsip simetri. Pada awalnya partikel-partikel tersebut tampak tidak bermassa, namun kenyataannya mereka sangat masif. Oleh karena itu, teori pemutusan simetri spontan dari partikel yang sama dan tak bermassa diciptakan. Para ilmuwan menyalahkan munculnya massa pada medan skalar tambahan dan partikel Higgs sebagai kuantum medan ini.

Diasumsikan bahwa medan ini meresap ke seluruh Alam Semesta. Mengatasinya dengan partikel yang awalnya tidak bermassa akan memberi mereka massa. Semakin besar penanggulangan medan Higgs, semakin besar pula massa partikelnya. Asal muasal massa itu sendiri masih belum bisa dijelaskan: masih sulit untuk memahami dari mana asalnya Higgs boson itu sendiri. Penemuan boson adalah fakta yang sangat penting yang akan menjelaskan asal usul massa, ciri utama segala sesuatu di alam semesta.

Satu setengah abad yang lalu, fisikawan dan filsuf terkenal Austria Ernst Mach menjelaskan efek massa lebih jelas daripada CERN dengan boson dan collider-nya. Kumpulan benda-benda yang memancarkan bintang, galaksi juga mempunyai medan elektromagnetik, energi, gravitasinya sendiri-sendiri, yang membentuk medan total Alam Semesta. . Di dalamnya, setiap partikel yang memiliki medannya sendiri, berinteraksi dengan materi Alam Semesta, melambat, berakselerasi."

Kata-kata indah tanpa satu rumus atau pernyataan matematika.

Bukankah lebih lucu jika dikatakan bahwa ada partikel yang bertanggung jawab atas massa segala sesuatu di alam semesta?

Inti dari segala sesuatu yang ada hanyalah beberapa partikel. Faktanya, yang mengelilingi kita adalah dua quark, satu elektron, satu elektron, dan satu ion neutrino. Boson menyebabkan partikel-partikel tersebut berinteraksi. Semua partikel lainnya lahir dalam eksperimen, tumbukan partikel, dan tumbukan sinar kosmik. Teori yang menjelaskan struktur dunia yang sederhana ini adalah teori ukuran interaksi fundamental. Tapi Anda harus membayar untuk keindahan ini karena semua partikelnya tidak bermassa. Satu-satunya penjelasan yang masuk akal secara matematis dan didukung secara fisik adalah mekanisme pemutusan simetri pengukur secara spontan, yang mengarah pada keberadaan Higgs boson.

Kata "bidang" tidak sesuai dengan fisika modern?
Setiap partikel berhubungan dengan suatu bidang yang dengannya interaksi partikel-partikel tersebut dijelaskan.

Anda mengacu pada entitas baru yang diperkenalkan melalui postulasi yang belum terbukti. Quark adalah ide yang belum terbukti, ia dibangun di atas abstraksi matematis murni: jika kita membiarkan muatan pecahan, proton dan neutron akan bertambah.

Hal ini telah dibuktikan secara eksperimental berdasarkan banyak fakta yang tak terbantahkan. Dampak yang ditimbulkan oleh quark tidak dapat dijelaskan dengan hal lain. Kita tidak dapat mendaftarkan quark bebas, kita hanya melihat jejaknya, pancaran partikel sekunder. Orang-orang tidak dapat menerima hal ini, namun inilah kenyataannya. Einstein pernah menolak mekanika kuantum karena ia mengatakan bahwa Tuhan tidak bermain dadu. Tetapi tidak ada yang membatalkan mekanika kuantum karena hal ini, dan semua orang menyadari bahwa ini tidak jelas. Siapa yang dapat membayangkan bahwa sebuah partikel juga merupakan gelombang? Proses seperti itu tidak akan pernah terlihat, namun bukan berarti tidak ada.

Namun bukan berarti ada. Ini adalah asumsi yang tidak terbukti.

Apakah posisi Mach sudah terbukti?
Setiap orang mempunyai pikiran, seseorang dapat menganalisis dan menarik kesimpulannya sendiri.

Hal yang sama juga dilakukan di sini. Untuk beberapa alasan, Higgs boson disebut partikel Tuhan. Mengapa demikian?
Ada pendapat berbeda. Peraih Nobel Leon Lederman mengatakan bahwa Higgs boson adalah partikel Tuhan. Namun terjemahannya ternyata tidak akurat. Bagi saya, boson secara kiasan dapat disebut sebagai partikel Tuhan, karena ia berbeda dari semua partikel lainnya karena ia berinteraksi sangat lemah dengan partikel lain. Hanya berkat rekor energi dan kepadatan sinar yang tinggi, hanya 8 peristiwa dengan Higgs boson yang terdeteksi. Statistiknya masih kecil, namun eksperimen akan terus berlanjut, dan akan terjadi ratusan atau ribuan peristiwa. Ini adalah fenomena yang sangat langka yang memberikan massa segala sesuatu yang ada, sehingga secara kiasan dapat disebut sebagai partikel Tuhan.

Apa rencana jangka pendek para peneliti? Akankah kekuatannya meningkat atau partikel yang sudah ditemukan akan dipelajari lebih detail?
Ini hanyalah permulaan; sifat-sifat partikel ini masih harus ditentukan. Kita perlu memastikan - apakah ini model standar Higgs boson atau yang lainnya? Mereka akan membicarakan fenomena baru yang melampaui model standar. Collider ini rencananya akan ditutup pada Maret 2013, dan akan ditingkatkan dalam waktu 1 tahun 8 bulan. Collider tersebut akan keluar dengan energi sebesar 14 TeV pada sistem pusat dan dengan peningkatan luminositas sebesar 1034. Kemudian collider tersebut rencananya akan dihentikan pada tahun 2018 selama satu setengah tahun, dan luminositasnya akan menjadi dua kali lipat. Jika pada saat itu para insinyur menyelesaikan beberapa masalah, maka itu akan menjadi 5 kali lipat. Direncanakan untuk mengumpulkan statistik, mencari fenomena baru dan memperjelas fenomena yang sudah diketahui, berbagai parameter untuk membuat model standar lebih akurat. Pengoperasian akselerator dan instalasinya direncanakan hingga tahun 2030.