Postavte si největší částicový urychlovač světa

Kvě 12, 2008    |    diskuse - místo pro vaše názory

  Large Hadron Collider a jeho největší experiment - ATLAS
    Large Hadron Collider je proklatě náročné zařízení.
 

    Chtěli byste odhalit tajemství vesmíru? Chcete zjistit jak vypadal vesmír jen pár okamžiků po Velkém třesku? Není nic snazšího! Postavte si sami svůj Large Hadron Collider (LHC), největší vědecký přístroj světa.

    Začněte tím, že v hloubce 50 až 150 metrů pod zemí vyhloubíte 27 kilometrů dlouhý tunel, který bude mít tvar obřího prstence. Pak do něj s přesností na tisíciny milimetru umístíte 1 700 supravodivých magnetů ze speciální slitiny niobu a titanu, které pracují při teplotě kolem absolutní nuly a chladí je kapalné hélium (-271°C). Supravodivé magnety svaříte dohromady pomocí 50 000 speciálních kryogenních svárů. Pokud se Vám nechce použít supravodivé magnety a věříte spíše těm klasickým, pak vykopejte tunel o délce minimálně 120 kilometrů a připravte se, že vám "sežere" 40x více energie. Po celém tunelu rozmístěte tisíce kilometrů trubek, drátů a bezpočet měřících přístrojů. Pak na předem určená místa vložíte obrovské detektory, které mají za úkol měřit údaje o sledovaných částicích. Když už máte tohle připraveno tak stačí jen urychlit proud částic na rychlost velmi blízkou rychlosti světla a nechat dva tyto svazky do sebe narazit v předem vypočítaném místě. Každou sekundu tak získáte asi 600 milionů srážek, které musíte zachytit a pak ještě zpracovat. Za rok tak získáte tolik dat, že kdybyste je všechny vypálili na CDčka a položili je na sebe, získali byste sloupec vysoký 20 kilometrů. A ještě drobnost na závěr. Celá tahle sranda vás bude stát minimálně 8 miliard amerických dolarů.

    Jak jste asi pochopili, předchozí řádky byly psány trochu v nadsázce, ale všechny údaje o LHC jsou pravdivé. Jedná se o největší částicový urychlovač na světě. Jeho vlastníkem je společnost CERN, která se věnuje výzkumu základních otázek částicové fyziky. LHC vyrostl na hranicích Francie a Švýcarska. Jeho podzemní tunel protíná hranici těchto dvou států celkem na čtyřech místech. Ačkoliv se jeho srdce nachází pod zemí, najdete na povrchu i několik budov. Ty mají za úkol zajišťovat odvětrávání a jsou zároveň centrem výpočetní techniky.

Přečtěte si všechny články o Large Hadron Collideru

    Při stavbě urychlovačů jsou možné dvě varianty - lineární a prstencové urychlovače. V obou se částice postupně zrychlují až dosáhnou určité energie a pak se srazí. Jenže v lineárních urychlovačích, které jsou dlouhé maximálně několik kilometrů nelze nikdy nasimulovat podmínky, které jsou v prstencových urychlovačích. LHC má urychlovat hmotu až na 99,9% rychlosti světla. 27 kilometrů dlouhý tunel tak částice v této rychlosti oběhnou každou sekundu 11 245 krát! V LHC mají být částice urychlovány asi deset hodin, což znamená, že částice tak urazí 10 miliard kilometrů (jako ze Země na Neptun a zase zpátky), což jsou hodnoty, kterých žádný lineární urychlovač není schopen.

    V LHC budou proti sobě obíhat dva svazky částic (počítá se s atomy olova), které se v předem vypočítaný okamžik na předem vypočítaném místě srazí. Srážka dvou protonů uvolní tolik energie, jako když se čelně srazí dva komáři. Zdá se vám to málo? Uvědomte si ale, že protony jsou triliardkrát menší než komáři. Každý atom olova navíc obsahuje 82 protonů. Částice se budou urychlovat ve svazcích po milionech. Celková vypočítaná energie jedné srážky dvou paprsků je 350 MJ, což odpovídá energii vlaku o váze 400 tun jedoucího rychlostí 200 km/h! Pro lepší představu je taková energie schopná v okamžiku roztavit půl tuny mědi.

    V předem vypočítaných místech stojí ohromné detektory, které mají zkratkové názvy ATLAS, CMS, LHCb a největší z nich - ALICE. Tyto detektory mají za úkol sbírat data z oběhů a hlavně ze srážek proudu částic. Jejich hlavní úkoly se dají shrnout takto: Snaží se zachytit co nejvíce částic a určit jejich parametry, zachytit dráhy krátce žijících částic nebo dráhy jejich produktů rozpadu v blízkosti místa srážky s velmi dobrým prostorovým rozlišením, určit náboje částic a další jejich charakteristiky umožňující jejich identifikaci, určit hybnosti částic, to je většinou spojeno s určením jejich dráhy v magnetickém poli ve velkém prostoru a zachytit a určit celkovou energii i těch nejenergetičtějších částic.Jak vidíte detektory to vůbec nemají snadné. Každou sekundu vzniká ohromné množství srážek, při nichž se částice různě odrážejí, rozpadají, slučují a bůhví co ještě.

    Na zpracování dat už bylo vytvořeno speciální počítačové středisko, kam se budou všechny data sbíhat. Každou sekundu detektory nasbírají několik GB dat! Konstruktéři proto ještě předtím museli vyřešit problém jak zajistit dostatečně rychlou datovou linku, která by tento mamutí přenos dat zvládala. Na zpracování dat budou pracovat výkonné počítačové farmy v mnoha institucích světa. Není bez zajímavosti, že jedním z nich bude i počítačová farma Goliáš umístěná ve Fyzikálním ústavu AVČR. Do zpracování dat se ale může připojit úplně kdokoliv. Díky systému BOINC a jeho projektu LHC@Home tak můžete i vy spolupracovat na třídění a rozpoznávání dějů probíhajících v největším vědeckém přístroji na světě.

    Projekt LHC ale u některých lidí vyvolává neopodstatněné obavy. Právě na bezpečnost se ale CERN, coby zřizovatel, zaměřil především.Asi největší obavy vyvolává možnost, že by při srážkách vznikla malá černá díra, která by následně zlikvidovala celou planetu a její okolí. Odborníci z CERNu provedli tisíce měření a jejich výsledek je jasný. Není pravděpodobné, že by při práci LHC vznikla černá díra. Pokud by se ale i tak stalo, nenapáchala by žádné škody a sama by se zacelila. Další obavy vyvolává energie paprsku, o které jsem psal výše. Pokud by se odchýlil ze své trasy a opustil podzemí (ve vysokých rychlostech už částice přestávají mít hmotný charakter a chovají se spíše jako typ záření), následky by byly tragické. Detektory ale budou bdít nad oběhem urychlovaných částic a pokud dojde třeba i jen k lehkému vychýlení z trasy, tak systém zakročí. Během pouhých tří oběhů navede vychýlený svazek částic do speciální grafitového bloku a následně do skály, kde zanikne.

    Do spuštění LHC zbývá už jen pár dní, co nám přinese nového? Zjistí vědci něco, co zásadně ovlivní naše chápání prostoru, času nebo jiných základních věcí? Máte z LHC strach, nebo ho vnímáte jako ohromný posun dopředu? Napište nám své názory, využijte k tomu tento diskusní panel.