LHC se opět probouzí k životu  
3, 2, 1… Restart!

 

Zvětšit obrázek
Doprovodná fotografie k náborové pracovní kampani probíhající v loňském roce. Kredit: CERN

 Pracovníci ženevského CERNu před pár dny oficiálně oznámili, že započal pozvolný restart největšího a nejsložitějšího zařízení na Zemi – podzemního urychlovače LHC. Půjde o dlouhodobý proces, jednotlivé segmenty a úseky se budou oživovat postupně a s přechodem na pracovní režim se počítá v roce 2015.


Poté, co byly úspěšně završeny dva hlavní pracovní cíle minulých let, potvrzení Higgsova pole (detektory ATLAS a CMS, 2013) a vytvoření kvark-gluonového plazmatu (detektor ALICE, 2011), započala po celém obvodu urychlovače LHC takřka dvouletá přestávka, jejímž cílem byla hlavně údržba a upgrade důležitých úseků včetně čtyř srážečů samotných. Údržba byla vyčíslena na 4,4 miliardy dolarů.


Do této doby proběhlo opětovné uvedení do provozu části urychlovače, kterou vědci nazývají „zdroj“ – zařízení, které pomocí ionizace zbavuje atomy vodíku elektronů (v tunelech LHC a dalších zařízeních jsou urychlovány už jen protony).


 

Zvětšit obrázek
Seznamy a počty prováděných oprav a vylepšení. Kredit: CERN Document Server

Další na řadě je oživení lineárního urychlovače Linac2 (dodával protonovým svazkům startovní „boost“ na 31 % rychlosti světla – 95 000 km/s – předtím, než jsou svazky nasměrovány do urychlovačů kruhových). Velkým upgradem prošel rovněž jeho kontrolní systém. V budoucích letech bude Linac2 schopen udělit protonům ještě větší rychlosti. Po spuštění Linac2 přijde na řadu restart Proton Synchrotron Boosteru – tento kruhový akcelerátor leží mezi Linac a samotným LHC a v rámci odstávky prošel největšími změnami.

 

Dvojnásobná palebná síla

Ale nejsou to jen urychlovače, které prošly změnou; třeba také kabeláže, sváry a spoje mezi jednotlivými segmenty podél tunelů jsou teď upraveny na vyšší energie a stínění detektorů lépe pohlcuje radiaci uvolněnou při srážkách. Jeden z hlavních detektorů (a ten největší) ATLAS se rovněž dočká stěžejního upgradu. Posloupnost znovuoživení čtyř hlavních detektorů bude probíhat v pořadí: ALICE, CMS, ATLAS a LHCb. Pokud se nevyskytnou žádné neočekávané problémy, měli bychom se zkušebního provozu kompletního zařízení dočkat někdy počátkem příštího roku.


Po všech změnách a vylepšeních bude ženevský LHC schopen provádět srážky za takřka dvojnásobné energie. V minulých letech činily maximální energie urychlovaných částic přibližně 7 TeV, od roku 2015 se počítá s energiemi až 14 TeV. To nám umožní odkrýt ještě hlubší záhady hmoty a energie a fundamentálních zákonů našeho vesmíru.

 

Zvětšit obrázek
Barevné schéma jednotlivých komponent a koliderů CERNu. Kredit: CERN

Mezi horké adepty budoucích projektů patří výzkum temné hmoty, netečné substance, která tvoří jakési základní gravitační pojivo všech velkorozměrových struktur kosmu a jejíž podstata je nám nicméně zatím skryta.


„Higgsův boson byla poslední chybějící část standardního modelu,“ dodává profesor Tony Doyle z University of Glasgow a jeden z vedoucích členů týmu detektoru ATLAS. „Ale s většími energiemi se můžeme vydat dál, než kam sahají predikce standardního modelu. A tím je především supersymetrie. Ta přiřazuje každé hmotné částici „silového“ superpartnera. Takže máme dva protějšky – jeden reprezentuje hmotu a druhý zprostředkuje přenos sil. V dnešním vesmíru jsou rozdělené, ale za vyšších energií – jako třeba při velkém třesku – mohou být zaměnitelné. S takovým modelem bychom mohli vesmír lépe pochopit, ale zatím nevíme, jestli to budeme schopni prokázat.“

Nemenší výzvou je detekce skrytých prostorových dimenzí, které by mohly víc prozradit o samotné gravitaci.

 

   CERNs LHC experiment ALICE
ITS Upgrade

 

Další plány – urychlovač nové generace

V roce 2020 proběhne v LHC další velký upgrade, ale ten se už nebude týkat zvyšování energií, nýbrž citlivosti detektorů. Ta by se měla zvýšit desetkrát. Ovšem další velké plány se spřádají už nyní.


Počátkem února probíhalo na Ženevské univerzitě setkání tří stovek předních fyziků včetně současného ředitele CERNu Dietera Heuera a na programu nebylo nic menšího než jednání o budoucím nástupci LHC. Rozhodně to neznamená ukončení provozu urychlovače stávajícího.  Minimálně po dalších dvacet let na něm bude probíhat intenzivní výzkum. Jelikož je ale konstrukce takovýchto zařízení mimořádně technicky náročná, je třeba jednat ve velkém předstihu.


Mělo by jít o kruhový urychlovač, na kterém by se srážely elektrony a pozitrony při energiích 350–500 GeV. Z výše uvedených důvodů by však kruhový urychlovač musel mít obvod 80–100 km. Největší investice by proto byla takový tunel v podloží vůbec vyhloubit. Urychlovače samotné by tvořily jen jednu třetinu rozpočtu. Proto se počítá i s možností využít tunel zároveň k proton-protonovým srážkám o energiích až 100 TeV. To je celkem pádný argument při volbě takového řešení. I když by část tunelu měla vést pod Ženevským jezerem, podle geologů je podloží dostatečně stabilní.

 

Zvětšit obrázek
Porovnání rozlohy budoucího urychlovače ve srovnání s LHC. Kredit: CERN

Ostatní projekty nedotčené probíhající odstávkou

Na závěr bych rád jen krátce zmínil pár zajímavých projektů, které se v médiích objevovaly pouze sporadicky, rozhodně v nich ale bylo dosaženo velkých úspěchů, a to v době, kdy všechna primární zařízení LHC procházela fází údržby.


CERN počátkem letošního roku oznámil velkolepý úspěch experimentu ASACUSA, ve kterém se podařilo poprvé vytvořit svazek vodíkových atomů antihmoty. Ve studii uveřejněné v Nature Communications dokládají vědci jasné důkazy detekce 80 antivodíkových atomů ve svazku dlouhém 2,7 metru.


Prvotní antihmota nebyla ještě nikdy v našem vesmíru pozorována a její nepřítomnost je jednou z největších záhad moderní fyziky. Jediné místo, kde můžeme tuto zvláštní zrcadlovou formu hmoty detekovat, je právě pracoviště v ženevském CERNu. V experimentu docílili daných výsledků mícháním antielektronů (pozitronů) a nízkoenergetických antiprotonů v zařízení Antiproton Decelerator.


Spektrum vodíku a antivodíku je shodné a jakékoli zaznamenání rozdílů mezi těmito dvěma formami hmoty by mělo nedozírné důsledky pro bezpočet oborů takzvané „nové fyziky“ a pomohlo by odhalit tajemství nesymetrie na počátku stvoření našeho vesmíru ve velkém třesku. Atomy vodíku jsou v příslušných experimentech využívány proto, že jde o nejjednodušší prvek periodické tabulky, obsahující pouze jeden proton v jádru a jeden elektron na atomárním orbitu.

 

Zvětšit obrázek
Experiment ASACUSA v CERNu. Kredit: Yasunori Yamakazi


Projekt ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) má široký záběr od nukleární, atomové a molekulární fyziky až po fyziku pevných látek, biofyziku či astrofyziku. A právě na poli posledně zmíněné disciplíny zaznamenal tento program úspěch v minulých měsících. Experiment probíhající na akcelerátoru REX pomáhá astrofyzikům v přesnějším určování stáří a mechanismů exploze některých supernov pomocí zkoumání izotopu titanu (titan-44). Při experimentu ISOLDE urychlují vědci svazky titanu-44 v kaverně vyplněné heliem a následně měří výsledky vzájemných srážek. Podobné podmínky totiž panují těsně nad hustými jádry supernov.


Od roku 2009 běží experiment CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets), který zkoumá působení vysokoenergetických částic kosmického záření na aerosoly v různých prostředích (voda, vzduch, plyny) za různých tepelných či tlakových podmínek.

 

Žhavá novinka na poslední chvíli

Tým Large Hadron Collider beauty ve středu odpoledne oznámil, že se mu podařilo prokázat existenci exotické hmotné částice, kterou není možno klasifikovat v rámci standartního částicového modelu. Částice s označením Z(4430) patří mezi hadrony (subatomární částice účastnící se silné interakce, která váže protony v atomových jádrech). Tým analyzoval 25 000 událostí z bilionů dříve provedených srážek LHC, kdy došlo k rozpadu B mezonu.


Zdroj: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/

 

   Large Hadron Collider-How it Works
   How the Large Hadron Collider is being repaired


Zdroje: http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2014/lhc-begins-long-road-to-restart
http://home.web.cern.ch/
http://en.wikipedia.org/wiki/CLOUD
http://en.wikipedia.org/wiki/On-Line_Isotope_Mass_Separator

Datum: 09.04.2014 22:23
Tisk článku

Související články:

Exotika v CERNu: Detektor LHCb chytil první půvabný tetrakvark     Autor: Stanislav Mihulka (09.07.2020)
Jaký bude následník urychlovače LHC?     Autor: Vladimír Wagner (22.04.2020)
Na Velkém hadronovém srážeči pátrají po tajemném kondenzátu barevného skla     Autor: Stanislav Mihulka (24.09.2019)
Chytili v CERNu novou přízračnou částici?     Autor: Stanislav Mihulka (02.11.2018)
Na Velkém hadronovém srážeči se proletěly první „atomy“     Autor: Stanislav Mihulka (04.08.2018)



Diskuze:

Jen pár detailů

Marek Taševský,2014-04-16 00:21:13

Dobrý den, pane Pecho,

děkuji za Váš článek, našel jsem v něm užitečné a zajímavé informace.
Našel jsem však i pár nepřesností, které se pokusím mírně poopravit:

1) Problém se slovem srážeč je v tom, že v téhle branži se tohoto výrazu používá k neumělému překladu slova collider. Vy jste však měl na mysli ty 4 interakční body, kolem nichž se budují detektory k detekci produktů srážek.

2) Vylepšením (neboli upgradem - dovolím si zde použít tenhle výraz, neboť pro mě značí podstatné vylepšení) procházejí všechny detektory na LHC, byla by hloupost nechat detektor stát dva roky, že.

3) Co se týče dalších plánů, píšu teď o budoucím kruhovém urychlovači článek do Čes.Čas.Fyz, mohl bych ho sem tedy umístit.

- Zmínka o desetinásobném zvýšení citlivosti detektorů po roce 2020 je asi nepřesné tvrzení. Řečeno takto paušálně to naznačuje, že všechny detektory na LHC se vylepší. Máte na mysli zlepšení rozlišení? Ten velký detektor se skládá z mnoha subdetektorů a u některých z nich zlepšení rozlišení faktorem 10 je práce na několik generací.

4) Ředitelem CERNu je Rolf Heuer.

5) Pokud jde o energie srážek na budoucím kruhovém urychlovači, je potřeba říct, že jde o těžišťové energie srážek. V elektron-positronovém se uvažuje
o čtyřech srážkových energiích v rozmezí zhruba 90-350 GeV, v proton-protonovém jde skutečně o energii 100 TeV.

6) Obvod budoucího kruhového urychlovače 80 km až 100 km je dán spíše úvahami o vývoji magnetů pro proton-protonový urychlovač. Plánovaná energie svazku je
50 TeV a ze dvou možných scénářů vývoje dipólů, které slouží k udržení protonů na oběžné dráze, vyplývá, že lze dospět k magnetům s mag.polem 16 T nebo 20 T.
Z těchto hodnot vyplývají obvody 80 km a 100 km.

Hodně zdaru!

Marek Taševský

Odpovědět

Upřesnění

Pavel A1,2014-04-11 19:08:31

Ačkoliv se všude v povrchním tisku píše, že se začíná oživovat LHC, není to pravda.

Začíná se oživovat urychlovací komplex v CERNu, jehož je LHC jen jednou z mnoha součástí a přijde na řadu až jako poslední. Teď se oživuje iontový zdroj a booster, následovat bude protonový synchrotron a superprotonový synchrotron a až na jaře příštího roku dojde na LHC.

Odpovědět

RE: pár korektur

Vladimir Pecha,2014-04-11 02:02:19

Díky pane Wagnere za obsáhlé opravy a vysvětlení.
1) Co se myslí formulací "včetně čtyř srážečů samotných"? Pokud je srážeč překlad slova collider, tak ten je jen jeden. Pokud se tím má na mysli místo, kde se protony nebo jádra srážejí, tak ty jsou sice čtyři, ale je to hodně nezvyklé označení.
Asi ano, snad vás moc nepobouřilo nezvyklé označení. Myslím, že celkový smysl 4 míst, kde se protonové svazky sráží snad zůstal zachován.

2) Upgrade je vylepšení, v článku je opravdu příliš "anglisismů".
Ano je. A věřte mi, že s tím sám zápasím. Jen mi v ČJ zatím někdy chybí adekvátní výrazy. A teď už je to jen čistě subjektivní volba -
nezlobte se na mě, ale slovo "vylepšení" mi zní jako oprava vodovodního kohoutku z osmdesátých let. Ale prosím - toto neberte jako útok
na vaše upozornění - znovu přiznávám, že s tím mám taky mnohdy problém, ale z druhé strany anglisismy/neanglisismy, zkrátka mi teď příjde
daleko přesnější a výstižnější zapojit do textu "upgrade", neboť to vypadá, že víc vystihuje situaci, než vylepšení. Chápu vaše rozhořčení,
nicméně jsem se rozhodl tak, jak jsem to napsal.
3) souhlasím.
4) Dvojnásobná palebná síla by mohla být dvojnásobná intenzita svazku (palebná síla je počet děl, pušek možných výstřelů), ale moc to nesedí na zdvojnásobení energie.
Prosím vás pane Wagnere, odpusťte mi chytlavou a asi trapnou frázi - ač Vás neznám (pardon, jsem tu nový, ale možná i to je součástí problému),
někdy volím asi nevhodné tituly. Moc ty témata prožívám emotivně, místo abych to pojal striktně vědecky. Ale to nemůžu, protože by to nebyla pravda.
Takže na jedné straně se mi chce napsat "omlouvám se" a na druhé je otázka "co to řešíme?" Opravdu vás "dvojnásobná palebná síla" tak rozhodila?

Ale jak jsem uvedl výše - díky moc za zpětnou vazbu.
5) Ten popis supersymetrie a supersymetrických partnerů je hodně zvláštní.
Opět souhlasím, snažím se v tom pořád orientovat, prosím o trpělivost pokud vám to vůbec ty mé texty dovolí...Učím se za pochodu.
Mám uši slaplý až na hýždích. Vím, jak je to vachrlatý... Osla znám dlouho, ale teprve teď se prokousávám tématy, odkazy, souvislostmi,
prosím dejte mi čas.
Bod 6 a 7 nechám na jindy, neboť je to na dýl.

Shrnuto a podtrženo:
Pane Wagnere, moc děkuji za skvělou zpětnou reakci (vidíte, už nepíšu feedback!),
moc si toho vážím a budu na to v budoucnu myslet. O tom to asi celé je.

Odpovědět

Pár korektur

Vladimír Wagner,2014-04-10 15:39:11

1) Co se myslí formulací "včetně čtyř srážečů samotných"? Pokud je srážeč překlad slova collider, tak ten je jen jeden. Pokud se tím má na mysli místo, kde se protony nebo jádra srážejí, tak ty jsou sice čtyři, ale je to hodně nezvyklé označení.
2) Upgrade je vylepšení, v článku je opravdu příliš "anglisismů".
3) "část urychlovače, kterou vědci nazývají „zdroj“ – zařízení, které pomocí ionizace zbavuje atomy vodíku elektronů (v tunelech LHC a dalších zařízeních jsou urychlovány už jen protony)." je prostě iontový zdroj.
4) Dvojnásobná palebná síla by mohla být dvojnásobná intenzita svazku (palebná síla je počet děl, pušek možných výstřelů), ale moc to nesedí na zdvojnásobení energie
5) Ten popis supersymetrie a supersymetrických partnerů je hodně zvláštní.
6) Antivodíků se daří v několika cernských experimentech produkovat v tisícových počtech. Už se je daří dokonce držet a zkoumat v magnetických pastích (desítky vydrží až tisíce sekund). Co je zajímavé na tomto výsledku ASACUSY, že je to první vyvedení svazku antivodíků ze silných magnetických polí pryč. To je zajímavé třeba i pro zjištění chování gravitační interakce mezi hmotou a antihmotou: http://www.osel.cz/index.php?clanek=4191 .
7) Rezonance Z(4430) už byla pozorována experimenty BELE a BABAR, takže jde o nezávislé potvrzení. Pravděpodobně se jedná buď o tetrakvark nebo o dvojmezonový systém. Mohlo by tak jít konečně o potvrzení multikvarkových systémů jiných než ze dvou nebo tří kvarků.

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace