Kvantinė fizika: LHC

Pagaliau susipažinę su kvantais ir kitomis fundamentaliosiomis dalelėmis priėjome visos šios straipsnių serijos tikslą. Supažindinti Lietuvos gyventojus (na bent jau Technews skaitytojus) su garsiuoju LHC.

Pirmiausia reikia paminėti, kad tai nėra visiškai nauja eksperimentinės dalelių fizikos šaka. Greitintuvai ir kiti prietaisai dalelėms tirti naudojami jau apie pusšimtį metų, bet niekas kitas iki LHC projekto nebuvo tokio masto ir galios bei savaime aišku nesusilaukė tokio dėmesio.

LHC – The Large Hadron Collider (jei kas pamiršo tai hadronai yra ypač sunkios dalelės pvz. Zo bozonas arba LHC atveju – protonai) lietuviškai vadinamas Didžiuoju Hadronų Priešpriešinių Srautų Greitintuvu. Tai 27 kilometrų ilgio žiedas kuriame protonų srautai įgreitinami iki greičio labai artimo šviesos greičiui. Taip jie gauna labai daug energijos, taigi ir masės (žr. straipsnį apie releatyvumo teoriją). Susidūrus tokiems srautams pabyra tūkstančiai naujų dalelių (pagal Feynman\’o diagramas dalelėms anihiliuojant – virstant energija ir vėl atsirandant materijai arba antimaterijai). Mokslininkai tai vadina dalelių čiurkšlėmis (jets) arba lietumi (shower).

Esant tokiai didelei energijai beveik atkuriamos sąlygos buvusios vos po didžiojo sprogimo, kai viskas buvo tarsi krosnyje. Visos sąveikos (2 straipsnis) susiliejo į vieną (dabartinės įprastos pasaulio energijos pakanka tik elektromagnetizmui sujungti), visos dalelės turėjo tiek daug energijos, kad praktiškai sudarė vieną nedalomą kvantinę sistemą. Jos kaip bangos susiklojo viena ant kitos taip, kad visos vienu metu buvo visur – tai tarsi buvo „visatos dydžio fundamentalioji dalelė“. Išsiskyrė milžiniški kiekiai materijos ir antimaterijos (čia vienas iš LHC uždavinių, išsiaiškinti kur pradingo visa antimaterija nes jos išsiskyrė tiek pat kiek ir materijos). Vėliau Visata vėso.

Nepagalvokite, kad LHC įvyks didysis sprogimas, kuris sunaikins žemę. Tiesiog bus dublikuojamos sąlygos ir žiūrima kaip visata gimė ir kodėl taip vystėsi. Mūsų pasaulyje vieno LHC susidūrimo energija prilyginama uodo sparno mostelėjimui, LHC yra unikalus todėl, kad sugeba tą mostelėjimo energiją sutelkti į vieną protoną.

Dabar apie LHC veikimą: LHC įvyksta 600 milijardų susidūrimų per sekundę, ir kas 25 nano sekundes paleidžiamas naujas protonų srautas. Protonų greitinimas vyksta pakopiškai. Pirma Helio-4 izotopai nusiunčiami į trumpą tiesinį greitintuvą LINAC2, ten naudojant elektrinius laukus „ištraukiami“ elekteronai. Naudojant keturpolius magnetus jie suslėgiami pačiame vamzdžio centre ir pradedami greitinti. Išlėkę iš LINAC2 jie keliauja 1/3c (c = šviesos greitis) greičiu. Tada protonai pradeda suktis BOOSTER žiediniame (175 m ilgio) greitintuve, kad būtų efektyviau jie padalijami į keturis vamzdžius ir vėliaus sujungiami į vieną. Dabar jų greitis 0,91c. Jie keliauja į protonų sinchrotroną (PS) arba dar vieną žiedinį 600 m ilgio greitintuvą, ten srautas greitinamas iki 99.9c. Čia jie jau 25 kartus sunkesni nei rimtyje. Iš čia jie sunčiami į super protonų sinchrotroną (SPS 7 km) kur pagaliau išsiunčiami dviem priešingais vamzdžiais į LHC. Ten jie sukasi kelias sekundes ir skriedami 99,99999c greičiu susiduria su priešpriešiniu srautu. Jų masė tūkstančius kartų didesnė nei rimtyje virsta dalelių lietumi. Kurie fiksuojami specialiuose LHC detektoriuose.

LHC tikslai:

1. Rasti skirtumus tarp materijos ir antimaterijos (paaiškinti kodėl nesutinkame antimaterijos)

2. Rasti stygų egzistavimo įrodymų. (Apie tai vėliau)

3. Rasti gravitono (trūkstamo gravitacijos mediatoriaus) egzistavimo įrodymų.

4. Rasti paslėptų matmenų egzistavimo įrodymų.

5. Tirti sąveikų susivienyjimą.

6. Rasti Higgs\’o bozoną (Dieviškąją dalelę) kuri duoda kitoms dalelėms masę.

7. Rasti superpartnerius – ypač masyvias kiekvienos dalelės kopijas turėjusias egzistuoti po didžiojo sprogimo.

LHC \“grėsmė\“:

Visų pirma pasakau, kad dabar bet kuris iš skaičiusių mano straipsnius supras, kad LHC jokios grėsmės nekelia. Nežinau kaip paaiškinti tokius žmonių pareiškimus tačiau jie visiškai nepagrįsti.

1. Antimaterija (antimaterijos bombos)- Čia tikrai Dan Brown knygų įtaka. Ir faktas, kad antimaterija visiškai sunaikina materiją. Tai skamba šiurpokai todėl žmonės prisigalvoja apgailėtinai juokingų teorijų apie antimateriją išgaunamą litrais. Per 100 metų LHC (dirbdamas be perstojo) pagamintų vos 0,25 gramo antimaterijos ir vos 0,000000009 g per metus veikdamas su pertraukomis. Nuo prarasto 0,000000009 g odos gabalėlio dar niekas nenumirė (kažin kiek savo epitelio praradau ant klaviatūros klavišų rašydamas šį straipsnį?)

2. Keistoji materija – tai vos po kvantinės mechanikos atradimo pamėgta mokslinė fantastikos teorija. Keistoji materija (en. strangelets) turėtų visą įprastą materiją paversti keistąją (po sąlyčio) ir taip išnyktų žemė. Niekas iki šiol net neužsiminė, kad tai galėtų būti tiesa (tas pats kas tikinti, kad hiperpavara iš Žvaigždžių karų tikrai egzistuoja)

3. Mini juodosios skylės -(paaiškinsiu jų susidarymą vėliau). Pirma juodosios skylės negalime atskirti nuo fundamentalios dalelės (jei ji maža). Ji turi krūvį, sukinį, masę, tai tarsi vanduo ir ledas. Antra – juodosios skylės garuoja. Jos niekada neauga! O garuodamos spinduliuoja energiją (Howking\’o radiacija) taip tik padėdamos eksperimentui. LHC turėsiančios atsirasti juodosios skylės išgaruos akimirksniu. Jei jos atsiras tai bus dar vienas stulbinantis mokslo laimėjimas, ir nereikia klausytis neapsišvietusių rėksnių.

Taigi, neturime bijoti mokslo, naujovių ir LHC nes tik dėl mokslo pasiekimų galime vadintis Homo Sapiens.

Straipsnio autorius: Xpoint.