APA YANG DIMAKSUD DENGAN ACCELERATOR PARTIKEL CERN?

Send

Bagaimana jika mungkin untuk mengamati blok bangunan dasar yang menjadi dasar Semesta? Bukan masalah! Yang Anda perlukan hanyalah akselerator partikel besar-besaran, fasilitas bawah tanah yang cukup besar untuk melintasi perbatasan antara dua negara, dan kemampuan untuk mempercepat partikel ke titik di mana mereka saling memusnahkan - melepaskan energi dan massa yang kemudian dapat Anda amati dengan serangkaian monitor khusus.

Nah, seperti keberuntungan, fasilitas seperti itu sudah ada, dan dikenal sebagai CERN Large Hardron Collider (LHC), juga dikenal sebagai CERN Particle Accelerator. Mengukur sekitar 27 kilometer dalam keliling dan terletak jauh di bawah permukaan dekat Jenewa, Swiss, itu adalah akselerator partikel terbesar di dunia. Dan sejak CERN memencet tombol, LHC telah memberikan beberapa cahaya serius pada beberapa misteri yang lebih dalam dari Semesta.

Tujuan:

Colliders, menurut definisi, adalah jenis akselerator partikel yang bergantung pada dua sinar partikel yang diarahkan. Partikel-partikel dipercepat dalam instrumen-instrumen ini menjadi energi kinetik yang sangat tinggi dan kemudian dibuat saling bertabrakan. Produk sampingan dari tabrakan ini kemudian dianalisis oleh para ilmuwan untuk memastikan struktur dunia subatomik dan hukum yang mengaturnya.

Tujuan colliders adalah untuk mensimulasikan jenis tabrakan berenergi tinggi untuk menghasilkan produk sampingan partikel yang jika tidak akan ada di alam. Terlebih lagi, jenis produk samping partikel ini membusuk setelah periode waktu yang sangat singkat, dan karenanya sulit atau hampir mustahil untuk dipelajari dalam kondisi normal.

Istilah hadron mengacu pada partikel komposit yang terdiri dari quark yang disatukan oleh gaya nuklir kuat, salah satu dari empat gaya yang mengatur interaksi partikel (yang lainnya adalah gaya nuklir lemah, elektromagnetisme, dan gravitasi). Hadron yang paling terkenal adalah baryon - proton dan neutron - tetapi juga termasuk meson dan partikel tidak stabil yang terdiri dari satu quark dan satu antiquark.

Rancangan:

LHC beroperasi dengan mempercepat dua balok "hadron" - baik proton atau ion timbal - dalam arah yang berlawanan di sekitar peralatan melingkarnya. Hadron kemudian bertabrakan setelah mereka mencapai tingkat energi yang sangat tinggi, dan partikel yang dihasilkan dianalisis dan dipelajari. Ini adalah akselerator berenergi tinggi terbesar di dunia, berukuran 27 km (17 mil) di lingkar dan pada kedalaman 50 hingga 175 m (164 hingga 574 kaki).

Terowongan yang menampung collider selebar 3,8 meter (12 kaki), dan sebelumnya digunakan untuk menampung Large Electron-Positron Collider (yang beroperasi antara 1989 dan 2000). Terowongan ini berisi dua garis lurus paralel yang bersilangan di empat titik, masing-masing berisi sinar yang bergerak berlawanan arah di sekitar cincin. Balok dikendalikan oleh 1.232 magnet dipol sementara 392 quadrupole magnet digunakan untuk menjaga agar balok tetap fokus.

Sekitar 10.000 magnet superkonduktor digunakan secara total, yang disimpan pada suhu operasional -271,25 ° C (-456,25 ° F) - yang hanya sedikit dari nol mutlak - dengan sekitar 96 ton helium cair-4. Ini juga menjadikan LHC fasilitas cryogenic terbesar di dunia.

Saat melakukan tabrakan proton, proses dimulai dengan akselerator partikel linier (LINAC 2). Setelah LINAC 2 meningkatkan energi proton, partikel-partikel ini kemudian disuntikkan ke Proton Synchrotron Booster (PSB), yang mempercepat mereka ke kecepatan tinggi.

Mereka kemudian disuntikkan ke Proton Synchrotron (PS), dan kemudian ke Super Proton Synchrtron (SPS), di mana mereka dipercepat lebih jauh sebelum disuntikkan ke akselerator utama. Sesampai di sana, tandan proton diakumulasikan dan dipercepat ke energi puncaknya selama 20 menit. Terakhir, mereka diedarkan untuk jangka waktu 5 hingga 24 jam, di mana tabrakan waktu terjadi di empat titik persimpangan.

Selama periode berjalan yang lebih pendek, tumbukan ion berat (biasanya ion timbal) termasuk dalam program ini. Ion timbal pertama kali dipercepat oleh akselerator linier LINAC 3, dan Cincin Ion Energi Rendah (LEIR) digunakan sebagai penyimpanan ion dan unit pendingin. Ion-ion tersebut kemudian dipercepat oleh PS dan SPS sebelum diinjeksikan ke dalam cincin LHC.

Sementara proton dan ion timbal bertabrakan, tujuh detektor digunakan untuk memindai produk sampingannya. Ini termasuk eksperimen A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) dan Compact Muon Solenoid (CMS), yang keduanya merupakan detektor tujuan umum yang dirancang untuk melihat berbagai jenis partikel subatomik.

Lalu ada detektor A Large Ion Collider Experiment (ALICE) yang lebih spesifik dan kecantikan Large Hadron Collider (LHCb). Sementara ALICE adalah detektor ion-berat yang mempelajari zat yang berinteraksi kuat pada kepadatan energi ekstrem, LHCb mencatat peluruhan partikel dan upaya untuk menyaring quark b dan anti-b dari produk peluruhan mereka.

Lalu ada tiga detektor kecil dan sangat terspesialisasi - percobaan TOTal Elastic dan difraksi lintas bagian Pengukuran (TOTEM), yang mengukur total penampang, hamburan elastis, dan proses difraksi; Detektor Monopole & Eksotik (MoEDAL), yang mencari monopol magnetik atau partikel bermuatan besar (pseudo-) yang stabil; dan Large Hadron Collider forward (LHCf) yang memantau astropartikel (alias sinar kosmik).

Sejarah operasi:

CERN, yang merupakan kependekan dari Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (atau Dewan Eropa untuk Riset Nuklir dalam Bahasa Inggris) didirikan pada tanggal 29 September 1954, oleh dua belas negara penandatangan Eropa Barat. Tujuan utama dewan adalah untuk mengawasi pembuatan laboratorium fisika partikel di Jenewa di mana studi nuklir akan dilakukan.

Segera setelah diciptakan, laboratorium melampaui ini dan mulai melakukan penelitian fisika energi tinggi juga. Ia juga telah berkembang hingga mencakup dua puluh negara anggota Eropa: Prancis, Swiss, Jerman, Belgia, Belanda, Denmark, Norwegia, Swedia, Finlandia, Spanyol, Portugal, Yunani, Italia, Inggris, Polandia, Hongaria, Republik Ceko, Slovakia , Bulgaria dan Israel.

Konstruksi LHC disetujui pada tahun 1995 dan pada awalnya dimaksudkan untuk diselesaikan pada tahun 2005. Namun, pembengkakan biaya, pemotongan anggaran, dan berbagai kesulitan teknik mendorong tanggal penyelesaian hingga April 2007. LHC pertama kali online pada 10 September 2008, tetapi pengujian awal ditunda selama 14 bulan setelah kecelakaan yang menyebabkan kerusakan besar pada banyak komponen kunci collider (seperti magnet superkonduktor).

Pada 20 November 2009, LHC dibawa kembali online dan Lari Pertama dijalankan dari 2010 hingga 2013. Selama lintasan ini, LHC bertabrakan dengan dua berkas partikel proton yang berlawanan dan inti timbal pada energi 4 teraelectronvolts (4 TeV) dan 2,76 TeV per nukleon, masing-masing. Tujuan utama LHC adalah untuk menciptakan kembali kondisi tepat setelah Big Bang ketika terjadi tabrakan antara partikel berenergi tinggi.

Penemuan Utama:

Selama Jalankan Pertama, penemuan LHC termasuk partikel yang dianggap sebagai yang paling dicari Higgs Boson, yang diumumkan pada 4 Juli 2012. Partikel ini, yang memberikan massa partikel lain, adalah bagian penting dari Model Standar fisika. . Karena massanya yang tinggi dan sifatnya yang sulit dipahami, keberadaan partikel ini hanya didasarkan pada teori dan belum pernah diamati sebelumnya.

Penemuan Higgs Boson dan operasi LHC yang sedang berlangsung juga memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki fisika di luar Model Standar. Ini sudah termasuk tes tentang teori supersimetri. Hasilnya menunjukkan bahwa beberapa tipe peluruhan partikel kurang umum dari beberapa bentuk prediksi supersimetri, tetapi masih bisa menyamai prediksi versi lain dari teori supersimetri.

Pada Mei 2011, dilaporkan bahwa quark-gluon plasma (secara teoritis, materi terpadat selain lubang hitam) telah dibuat di LHC. Pada 19 November 2014, eksperimen LHCb mengumumkan penemuan dua partikel subatomik berat baru, yang keduanya baryon terdiri dari satu bottom, satu down, dan satu quark aneh. Kolaborasi LHCb juga mengamati beberapa hadron eksotis selama percobaan pertama, mungkin pentaquark atau tetraquark.

Sejak 2015, LHC telah melakukan Jalankan Kedua. Pada waktu itu, telah didedikasikan untuk mengkonfirmasi deteksi Higgs Boson, dan membuat penyelidikan lebih lanjut tentang teori supersimetri dan keberadaan partikel eksotis pada tingkat energi yang lebih tinggi.

Di tahun-tahun mendatang, LHC dijadwalkan untuk serangkaian peningkatan untuk memastikan bahwa ia tidak mengalami penurunan pengembalian. Pada 2017-18, LHC dijadwalkan untuk menjalani peningkatan yang akan meningkatkan energi tabrakan menjadi 14 TeV. Selain itu, setelah 2022, detektor ATLAS akan menerima pemutakhiran yang dirancang untuk meningkatkan kemungkinan mendeteksi proses langka, yang dikenal sebagai LHC Luminositas Tinggi.

Upaya penelitian kolaboratif yang dikenal sebagai LHC Accelerator Research Programme (LARP) saat ini sedang melakukan penelitian tentang cara meningkatkan LHC lebih lanjut. Yang terutama di antaranya adalah peningkatan arus sinar dan modifikasi dari dua daerah interaksi luminositas tinggi, dan detektor ATLAS dan CMS.

Siapa yang tahu apa yang akan ditemukan LHC antara sekarang dan hari ketika mereka akhirnya mematikan daya? Dengan keberuntungan, ini akan memberi lebih banyak cahaya pada misteri yang lebih dalam dari Semesta, yang dapat mencakup struktur ruang dan waktu yang dalam, persimpangan mekanika kuantum dan relativitas umum, hubungan antara materi dan antimateri, dan keberadaan "Dark Matter ”

Kami telah menulis banyak artikel tentang CERN dan LHC for Space Magazine. Inilah Apa Higgs Boson ?, Mesin Hype Mengempis Setelah Data CERN Tidak Menunjukkan Partikel Baru, BICEP2 Sekali Lagi? Peneliti Tempat Penemuan Higgs Boson dalam Keraguan, Dua Partikel Subatomik Baru Ditemukan, Apakah Partikel Baru akan Diumumkan ?, Fisikawan Mungkin, Mungkin Saja, Mengonfirmasi Penemuan Kemungkinan dari Kekuatan Alam ke-5.

Jika Anda ingin info lebih lanjut tentang Large Hadron Collider, periksa LHC Homepage, dan inilah tautan ke situs web CERN.

Pemain Astronomi juga memiliki beberapa episode pada subjek. Dengarkan di sini, Episode 69: The Large Hadron Collider dan The Search for the Higgs Boson dan Episode 392: The Standard Model - Intro.

Sumber: