Waarom Is De Lhc 27 Kilometer In Omtrek?

{h1}

Waarom hebben zulke kleine stukjes amper-kwestie 27 kilometer nodig om rond te dwalen? Leer waarom de omtrek van de lhc zo lang is op WordsSideKick.com.

Stephen Hawking wees er eens op dat als we door de tijd wilden springen, het zou helpen als we een machine zoals de LHC hadden die ons tot bijna de snelheid van het licht zou kunnen versnellen. Ja meneer, de LHC is indrukwekkend genoeg voor Hawking om het te zien als een optie voor tijdreizen. En het kreeg zeker geen reputatie voor niets: de kolossale deeltjesversneller verdiende zijn strepen toen het ons bewijsmateriaal voor het Higgs-deeltje in 2012 en 2013 opleverde. Het vinden van de Higgs in de LHC bevestigde fundamenteel het Standaardmodel van de natuurkunde, dat de fundamentele deeltjes en krachten in het universum. Geen kleine prestatie.

Natuurlijk is 'klein' geen term die we gewoonlijk associëren met de LHC, of ​​de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) wat dat betreft. Overweeg het versnellingscomplex bij CERN, dat is veel meer dan alleen de LHC. Als je protonen gewoon in de LHC zou dumpen zonder voorafgaande stappen, zou er niet veel geëxperimenteerd worden om te spreken: je moet niet alleen de protonen versnellen voordat ze de LHC binnengaan, maar ze ook concentreren in dichte stralen. Om dat te doen, zijn er een paar stappen die moeten worden genomen voordat ze naar hun gewelddadige lot afvagen in de LHC [bronnen: LHC Facts, CERN]:

  • Eerst moeten de protonen worden ingevoerd in een lineaire versneller die hun initiële snelheid bereikt - die lijn is ongeveer 98 voet (30 meter).
  • Daarna komen de protonenbundels in de Proton Synchrotron Booster, die ze nog sneller versnelt met een pulserend elektrisch veld. De booster heeft een afmeting van 157 meter en is als een voorafschaduwing van het antwoord op onze hoofdvraag cirkelvormig, waardoor de deeltjes sneller gaan. (Daar zullen we meer over beginnen met de hoofd LHC.)
  • Na de booster bewegen de pakketten van protonenbundels zich in de Proton Synchrotron, een andere cirkelvormige baan die is ontworpen om die protonen in een waanzin te slaan. Het is ongeveer 2.000 voet (628 meter) in omtrek, en ze beginnen zo snel te bewegen dat ze letterlijk niet sneller kunnen. De protonen bewegen met 99,9 procent de snelheid van het licht, wat betekent dat ze massa beginnen te winnen in plaats van snelheid. Klaar voor LHC, toch?
  • Nee, nog steeds niet goed genoeg voor onze kleine bundels protonenergie. De volgende stap is de Super Proton Synchrotron. (Nee, de Super Terrific Proton Synchrotron zal het niet volgen.) Dit is een bijna 7 km lange circulaire accelerator die, nou ja, weet je: het maakt de protonen "sneller", wat eigenlijk betekent dat ze voeg energie toe, wat massa toevoegt. Pas dan - na een reis door mijlen van verschillende versnellers - bereiken de protonen zelfs de 27 kilometer lange LHC en mogen ze een niet-zo-ontspannen wandeling maken door de vacuümbuizen van de collider.

En nu zijn we hier: in de enorme Large Hadron Collider. Het ziet eruit als een prachtige kristallen grot. (Een grapje, het ziet eruit als een helder verlichte, obsessief schone metrotunnel met een gigantische pijp er doorheen.) Waarom hebben zulke kleine stukjes amper-materie zo'n grote ruimte nodig om rond te dwalen?

Het eerste antwoord is een beetje anticlimax: we zijn begonnen met het gebruik van de LHC omdat het er al was. CERN had een vorige versneller (de Large Electron-Positron Collider) die aanvankelijk de ruimte innam en die zo groot was dat hij de botsingen van (je raadde het al!) Elektronen en positronen kon accommoderen. Dus waarom was de LEP zo groot of zelfs 328 meter (100 meter) ondergronds gebouwd?

Het werd ondergronds gebouwd om een ​​vrij simpele reden: het bleek goedkoper om gewoon een tunnel uit te graven dan om grond te kopen en de gevolgen voor het milieu te beperken [bron: CERN]. (Het moest ook een beetje hellend zijn om de kosten als gevolg van het plaatsen van verticale assen te minimaliseren.) Maar de reden dat de LEP zo'n brede omtrek heeft, raakt de kern van de reden waarom de LHC ook een brede ligplaats nodig heeft: dame had een mooie reeks bochten nodig.

De afgeronde bochten van de LHC zijn nodig voor die versnelling die zo belangrijk is voor onze deeltjesvrienden. Het begint allemaal met de bewegingswetten van Newton, die zegt dat een deeltje (of wat dan ook - geen bedoelde woordspeling) met een constante snelheid zal reizen tenzij er door een kracht op wordt ingewerkt. Wat betekent dit? Dat deeltje zal met dezelfde snelheid in een rechte lijn reizen, tenzij er iets wordt gebruikt om ze te versnellen.

En dat "iets" is de curve van de cirkelvormige versneller. In tegenstelling tot een lineaire versneller - waarbij de deeltjes in een rechte lijn bewegen - zorgt een circulaire accelerator ervoor dat deeltjes elke keer energie krijgen [bron: The Particle Adventure]. (De enorme magneten die de protonen sturen, voegen geen energie toe, maar het elektrische veld draagt ​​bij aan versnelling.) Een cirkelvormige versneller laat de protonen rond en rond gaan, krijgt energie, terwijl er ook meerdere punten zijn waardoor de deeltjes kunnen botsen - een lineaire versneller zou natuurlijk precies één punt van botsing hebben, helemaal aan het einde.

Het antwoord waarom de LHC cirkelvormig is lijkt misschien niets te maken te hebben met zijn grootte, maar het heeft wel betrekking op de omvang. Een kleinere racebaan voor de protonen zou betekenen dat ze meer zouden moeten versnellen om de scherpere bochten te accommoderen, en meer energie zouden verliezen - en dus zou de botsing niet zo sterk zijn [bron: Butterworth]. Er is dus een grote straal nodig om de deeltjesenergie hoog genoeg te krijgen om zowel te versnellen als botsingen te maken.

En denk niet dat alle wetenschappers tevreden zijn met de omvang van de huidige LHC. Er worden serieuze afwegingen gemaakt om een ​​100 kilometer lang parcours te bouwen dat een nog krachtiger parcours biedt voor deeltjesbotsingen [bron: Pease].Houd in gedachten dat hoe hoger de bereikte energie, hoe groter de deeltjes die gevonden kunnen worden - een belangrijke manier om nieuwe ongrijpbare, zware deeltjes te identificeren [bron: Reich].

Notitie van de Auteur: Waarom is de LHC 27 kilometer in omtrek?

Natuurlijk, het is een soort van off-topic, maar ik denk dat we allemaal willen weten: wat zou er gebeuren als we in de LHC zouden strompelen terwijl de protonenstralen hun magie aan het bewerken waren? Niemand is helemaal zeker, maar het is een redelijk goede schatting dat je een gat in je lichaam hebt gestraald, en misschien ook een kegel van proton-exploderende impact.


Video Supplement: Brian Cox: What went wrong at the Large Hadron Collider.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com