Chtěli byste nakouknout do LHC?


Díky BBC a jejich novému panoramatickému videu máte možnost si projít prostory LHC téměř stejně jako kdybyste byli přímo tam!

Kliknutím na příslušnou šipku v levém horním rohu videa máte možnost otáčet kameru do jakéhokoliv směru v průběhu celého videa.

Jak to funguje?


LHC má nový rekord

Šest týdnů od opětovného spuštění po modernizační a údržbové přestávce zaznamenal největší a nejvýkonnější urychlovač částic na světě nový rekord. V noci na dnešek se v zařízení na hranici Švýcarska a Francie v areálu Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) podařilo uskutečnit srážky částic o síle 13 teraelektronvoltů (TeV), což je zhruba dvojnásobek dřívějšího výkonu LHC.


LHC je zpět

Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) se po dvouleté přestávce chystá znovu spustit Velký hadronový urychlovač (LHC). „Je to vzrušující moment, vstupujeme do nové fáze,“ prohlásil generální ředitel Rolf-Dieter Heuer.

Téměř po celou dobu dvouleté přestávky se prováděly přípravné práce. Jedním z hlavních cílů úprav byl zvýšit teměř na dvojnásobek kolizní energii paprsků – z 8 na 14 TeV. Očekává se, že tato úprava přinese nové možnosti ve výzkumu. Dle ředitele CERNu, Fredericka Bordryho, jsou první kolize naplánovány na květen.

Kancelář ATLAS v evropském centru jaderných výzkumů

CERN – Evropská organizace zabývající se jadernými výzkumy, největší na světě laboratoř fyziky vyšších energií. Tato kancelář se nachází přímo nad největším detektorem Velkého hadrnonového urychlovače a zabývá se zpracováním získaných dat (v rozsahu milionů terabajtů). To, co vidíme na fotografiích je nadzemní část ATLASu. Právě zde probíhají zpracování všech získaných dat. Podíváme-li se na dutou tubu kanceláře uvnitř budovy, nabydeme dojmu, že pracovní prostor se čím dál tím víc zakusuje do srdce urychlovače.

Budova sama o sobě nevypadá z vnějšku nijak neobyčejně. Projekt ATLAS vznikl ještě v roce 1992 a dnes je tato kolaborace jedním z největších seskupení fyziky elementárních částic a práci s nimi. Sestavovací práce detektoru ATLAS na nadzemní plošině započaly již v roce 2005 a už v roce 2011 se vědci velmi příbližili k objevení Higgsova bosonu.

Parkování přímo u kanceláře. Aut je tady ale mnohem méně než jejich dvoukolových sourozenců. Kola jsou naprosto všude a často se stává, že je ani není kam umístit.

Jakmile vstoupíme dovnitř, okamžitě se dostáváme do geometrické pasti.

Podíváme-li se dolů, máme pocit, že koukáme do králičí nory. Zvláště pokud si člověk uvědomí, že 100 metrů pod ním se nachází něco, co je sice sestaveno lidmi, ale dovede to vskutku neuvěřitelné věci.

Lidé tady se snaží, analyzují to neuvěřitelné množství dat, které dostávají, aby na konci této analýzy mohli nadšeně vykřiknout „Ano! Máme to!“. Stejně jako to udělali v roce 2012. Vlastně... co je to ten Higgsův boson? Je to jedna z klíčových otázek současné fyziky vyšších energií – potvrzení nebo vyvrácení existence už v roce 1964 teoreticky předpovězené částice skotským fyzikem Peterem Higgsem – částice, která je více méně jedinou chybějící součástí Standartního modelu elementárních částic. Předpokládá se, že Higgsův boson sehrál důležitou roli v mechanismu, pomocí kterého některé částice (kvarky, leptony) v průběhu Velkého třesku získaly hmotu a jiné zůstaly nehmotné (fotony). Překážky doprovázející proces objevení Higssova bosonu byly natolik veliké a jeho role je přitom natolik důležitá, že částice dostala ironickou přezdívku „božská částice“, i když mnohé fyziky tento pseudonym přímo uráží.

Nevím jak moc pohodlné a efektivní je pracovat v takových podmínkách – pracovní místo je celé průhledné a otevřené a míří na labyrint podobných prostorů. Lidé pobíhají, mluví a z dálky tak vytváří dojem, že se nacházíme v mraveništi. Na druhou stranu... možná právě něco takového je zde potřeba...

V CERNu se šetří na podstavcích monitorů, proto se zde využívá jakýchkoliv jiných dostupých podpůrných prostředků.

Kancelářské balkony

Na dně tuby je přímo v centru umístěna menší kavárna a všude kolem má umístěné stoly. Je ale pravda, že i zde se spíše pracuje než jí a odpočívá...

Vášnivá diskuse...

Na dně kancelářské tuby...

Z pohledu vesmíru je každý z nás nejvěřitelně malinkatá částice, kterou možná také někdo velice bedlivě zkoumá. A naše planeta – to je možná jeden z detektorů nějaké ho obrovského výzkumného systému...

( 03.10.2013 > zdroj: http://www.aquatek-filips.livejournal.com )

Dobrodružství elementární částice

Velký hadronový urychlovač – urychlovač nabitých částic určený ke zrychlení protonů a podobných vysokoenergetických částic na velkých vzdálenostech. Před velkým hadronovým urychlovačem se nachází ještě sestava dalších urychlovačů. Ve velkém hadronovém urychlovači vrazí malá částečka do jiné malé částečky. A proč? No abychom mohli vesele pozorovat, co z toho vznikne.

Pojďme se podívat na ovládací centrum detektoru CMS Velkého hadronového urychlovače (LHC). Na monitoru je vidět, co probíhá na konci letu. Částice se srazí s jinou a rozlomí se na množství různých drobných částí. A právě kvůli tomu se do země zakopal tento 27 kilometrový tunel, který stojí více než 5 miliard dolarů.

Obrázek se vytváří právě tady. Právě teď je urychlovač rozpojen, v pracovním stavu jsou magnety spojeny a právě zde probíhá srážka částic pod dohledem milionů snímačů. Odkud se ale vezme částice? Kdo jí přinesl a odkud? Všechno musí mít přeci svůj původ.

Tak tedy, před tím, než je částice rozbita na spoustu drobných úlomků, absolvuje poměrně dlouhou cestu do LHC. Tato cesta vede přes řetězec jiných urychlovačů včetně lineárního a včetně tří kruhů (booster, proton synchrotron, super proton synchrotron), přičemž překračuje hranice Francie a Švýcarska, přesněji řečeno – prolétá pod hranicí. Nelegálně. Jde o to, že samotný CERN je umístěn ve Švýcarsku a hlavní část 27 kilmetrového kruhu se nachází ve 100 metrové hloubce ve Francii. Proč? Protože nějaká chytrá a rozumná osoba neznámé státní příslušnosti rozhodla, že takové řešení umožní levnější umístění nadzemních staveb. Nicméně zpátky k částici. Do LHC přilétá částice ze 7 kilometrového urychlovače SPS, ve kterém v podstatě vše kdysi začínalo. Tento urychlovač byl postaven ještě v roce 1976. Mimochodem, v SPS je částice taky srážena, s elektrony. V důsledku této srážky se vytváří neutrina, která jsou vědci odeslána do výzkumného centra umístěného v Itálii. Tam si tato neutrina odchytí a dále s nimi pracují. Když se autor zeptal, jak jsou tato neutrina přemisťována, bylo mu odpovězeno „skrz Alpy“. Neutrina prolétají skrz zemskou kůru pod Alpami do italské hory Grand Sasson, ve které se nachází gigantský detektor neutrin.

Do SPS se částice také dostává z jiného urychlovače a konkrétně z PS. Právě v tomto úseku překračuje částice hranici. Nelegálně, pod zemí...

Schématicky vypadá umístění urychlovačů pod územím CERNu takto. Velký kruh – to je ten samý zmiňovaný PS. V něm se pak dále urychlují protony, které pak zamíří buď na výrobnu antiprotonů do AD (antiproton decelerator), nebo dále do urychlovačů SPS -> LHC.

Částice létají skrz urychlovače přesně takovými tunely-magnety, kterých je celkem 1734 kusů.

První pokus o spuštění urychlovače proběhl již v roce 2008. Tehdy se vědcům podařilo spustit a po nějakou dobu i udržovat stálý cirkulující svazek, ale 19. září 2008 došlo k velké havárii, která poškodila chladící systém. Tekuté helium se dostalo ven a způsobilo výbuch, který poškodil část konstrukce. Co bylo příčinou takové havarie? Nekvalitní spoj na jedné z komponent, kterou můžete vidět níže.

Obnova a odstranění důlsedků havárie zabralo celý zbytek roku 2008 a část následujícího roku.

Urychlovač Booster se také nachází pod zemí, ale už na území Švýcarska, v samotném CERNu.

Když je potřeba provádět jiné experimenty ( s jinými ionty), přilétají do Boosteru částice z menšího urychlovače iontů olova - z LEIRu, který byl postaven v roce 2005. A přesně tak vypadá jeden z nejmenších urychlovačů, který se jako jediný nachází na povrchu země.

Je nutno dodat, že v každém z desítek urychlovačů se provádí kromě hlavní experimentu, ještě své vlastní lokální výzkumy.

Odkud se tedy ale bere částice?
Odsud. Právě za těmito dveřmi všechno začíná...

A to je on – zdroj částic. Bomba s vodíkem. Celá tahle obrovská sestava používá molekuly vodíku z relativně malé bomby. Ta se navíc ještě ani jednou nedoplňovala. Je to neuvěřitelné. Obrovský prsten ze 1700 magnetů, tak obrovitánská stavba a to vše pro tak drobňounké molekuly.

Hned vedle této místnosti jsme uviděli sklad, ve kterém se uchovávají různé náhradní díly.

Zde probíhá stavba nejnovějšího lineárního urychlovače – Linac4.

Už brzo se budou v tomto tunelu nacházet magnety urychlovače.

Nedotýkat se!

A další kilometry kabelů...

Geometrie vědy

Na samém začátku urychlovače se nachází jakési zařízení a vedle leží náčrtky... pojďme se podívat.

Wow! To je přeci zdroj protonů pro Linac4 – výkonná mikrovlnka, která odděluje protony od elektronů z molekul vodíku a následně je popožene.

A takhle to vypadá zblízka.

Asi to bude drahé a složité zařízení.

První, co je postaveno a je to funkční – poplašný systém. Logické.

A jsme u konce. Vracíme se zpět na povrch země, kde stojí jeden z magnetů. Přesně takové tvoří dole, 100 metrů pod ním 27 kilometrový řetězec...

( 03.10.2013 > zdroj: http://www.aquatek-filips.livejournal.com )

Ve službách vědě

O Velkém Hadronovém Urychlovači ( LHC ) se v poslední době mluvilo velice často. Název této obrovské stavby naprosto přesně vyjadřuje to, jaká je – je skutečně velká – je více než 26,5 km dlouhá; je to skutečně hadronová – pracuje s hadrony, osobitými elementárními částicemi, které podlehly silné interakci; a v neposlední řadě je to skutečně urychlovač ( tedy, podle doslovného překladu by to byl správně srážeč ) – zajišťuje srážku elementárních částic v opravdu vysoké rychlosti.

Velký Hadronový Urychlovač ve skutečnosti není ničím revolučním v historii fyziky. Kromě tohoto urychlovače fungují navíc v CERNu další, jiné urychlovače, přičemž úplně první z nich byl postaven ještě ve 20. letech minulého století. Potřeba v urychlovačích elementárních částic vznikla v souvislosti s praktickou potřebou vyřešit rozpor mezi dvěma základními teoriemi, na kterých bylo založeno současné vědecké vnímání světa – mezi teorií relativity Alberta Einsteina a kvantovou mechanikou, založenou na základech kvantové teorie Maxe Plancka.

Jde o to, že k posouzení otázky týkající se rozporů mezi těmito dvěmi teoriemi a k dalšími vývoji fyziky je nutné podrobněji prostudovat vlastnosti a stavbu elementárních částic. Takové informace lze ale získat jen při jejich řízených kolizích, které se provádí právě v urychlovačích. Je pozoruhodné, že velké projekty urychlovačů nejsou omezeny pouze na Velký Hadronový Urychlovač, který byl spuštěn v roce 2008 – do roku 2011 existoval v USA urychlovač pod jménem Tevatron a v Rusku byl také postaven podobný urychlovač, ale v 90. letech byla práce na něm pozastavena z nedostatku finančních prostředků. Nicméně Velký Hadronový Urychlovač je z nich všech nejrozsáhlejší, což umožnuje provádět tak unikátní experimenty. Samozřejmě, že teoretická věda takového rozsahu si žádá velkých finančních nákladů: v roce 2009 převýšily celkové náklady na stavbu urychlovače, údržbu a provádění experimentů 6 miliard EUR.

Tunel Velkého Hadronového Urychlovače je umístěn pod zemí v hloubce 50 – 175 metrů, přičemž prstenec tunelu je nakloněn vzhledem k zemskému povrchu o 1,4%. Skládá se ze dvou trubek, které vedou téměř po celé délce paralelně a jen se prolínají v místech, kde jsou umístěné speciální detektory, které zachycují kolize částic. Zrychlení částic neprobíhá v samotném urychlovači, ale v pomocných urychlovačích, ze kterých se částečky, nabírající větší a větší rychlost, postupně dostanou do hlavního urychlovače. V konečném důsledku dosáhnou částečky takové rychlosti, že provedou víc než 10 000 otáček v kruhovém tunelu za jednu sekundu.

Jednu z hlavních rolí zde mají detektory, ve kterých se zaznamenává informace o kolizi částic. Celkem se v urychlovači nachází 7 detetory, z nichž 4 ( ATLAS, CMS, ALICE, LHCb ) jsou hlavní, a tři jsou vedlejší. Úlohou detektorů ATLAS a CMS je najít faktické důkazy existence Higgsova bosonu a také objev temné hmoty, tedy takové hypotetické formy hmoty, která neinteraguje s elektromagnetickým zářením. Detektor ALICE se zaměřuje na problematiku kvark-gluonové plasmy v kolizích těžkých iontů olova, a detektor LHCb se zabývá rozdíly mezi hmotou a antihmotou. Je třeba podotknout, že kolize se provádí ve všech 4 detektorech najednou, nezávisle na typu částic.

( 11.05.2013 > zdroj: http://www.chuchotezvous.ru/science-evolution/28.html )

Nové výsledky potvrdili existenci Higgsova bosonu

14. března odprezentovaly dvě mezinárodní kolaborace ATLAS a CMS nové výsledky z experimentů v urychlovači LHC, které byly provedeny za poslední rok. Narozdíl od výsledků loni v červenci bylo tentokrát zpracováno 2,5x více dat, jejichž analýza vědce ještě více utvrdila v tom, že nově objevenou částicí je Higgsův boson. Otázkou však zůstává, zda jde o Higgsův boson standartního modelu elementárních částic nebo zda je to nejlehčí z několika možných bosonů, předpovídaných v různých teoriích, které jdou za hranice tohoto modelu.

Higgsův boson má určité charakteristické vlastnosti, podle kterých jej lze rozeznat. Má nulový spin ( to, jak se elementární částice točí ) a pozitivní paritu ( „zrcadlení“ ). A právě tyto dvě vlastnosti byly teď přiřazeny ( po analýze většího množství dat s vhodnou přesností ) zkoumané částici.

„The preliminary results with the full 2012 data set are magnificent and to me it is clear that we are dealing with a Higgs boson though we still have a long way to go to know what kind of Higgs boson it is.“ CMD spokesperson Joe Incandela.

( 19.03.2013 > zdroj: http://press.web.cern.ch/press-releases/2013/03/new-results-indicate-particle-discovered-cern-higgs-boson )

Zastavení LHC

Velký hadronový urychlovač (LHC) se po Vánocích ( 14.01.2013 - 10.02.2013 ) pustí do své prozatím poslední kolize a poté bude zastaven kvůli modernizaci. Tato procedura potrvá nejméně 20 měsíců. Po uplynutí této doby bude spuštěn ve své maximální síle ( 14 TeV ), pro kterou byl konstruován - tedy poběží na skoro 2x vyšší úrovni než na které běžel teď ( 8 TeV ). Toto vylepšení umožní vědcům detailněji prozkoumat problematiku Higgsova bosonu a třeba i jiných zajímavých jevů.

( 23.12.2012 > zdroj: http://discovergalaxy.blogspot.cz/2012/12/the-large-hadron-collider-halted-until.html )

LHC je zpět

Velký hadronový urychlovač ( LHC ) je po zimní přestávce opět v provozu – energie dvou proti sobě letících částic v urychlovači dosáhla rekordní hodnoty.

Minulý týden se svazky proti sobě letících protonů střetly s rekordní energií – celých 8 TeV ( každý svazek se 4 TeV ). To výrazně zvýšilo naději vědců na objevení „nové fyziky“, především na rozřešení otázky Higgsova bosonu. Experimenty na tak masivním urychlovači nakonec potvrdí nebo vyvrátí existenci dávno předpovězené, ovšem dosud neulovené, částice, která hraje klíčovou roli ve vysvětlení původu hmotnosti ostatních elementárních částic. „Zkušenosti dvou uplynulých let, kdy byly svazky protonů urychlené na 3,5 TeV, nám dává jistotu v tom, že další zvýšení energie zařízení neublíží,“ – cituje technologického ředitele CERNu – Steva Myerse BBC News.

Od chvíle prvního spuštění LHC v roce 2008, postupně zvyšovali operátoři energii urychlení svazků protonů uvnitř urychlovače – 27 kilometrového tunelu, ležícího na francouzsko-švýcarských hranicích. V plánu je prozatím shromažďování dat až do listopadu tohoto roku, následně se práce na 20 měsíců přeruší z důvodu vylepšování zařízení.

Výsledkem bude, že urychlovač by měl být v roce 2014 schopen dosáhnout až hodnoty 14 TeV, což by v roce 2015 položilo základy Nové fyziky. Experimenty roku 2012 probíhají ve znamení hledání Higgsova bosonu. Koncem minulého roku informovali specialisté, analyzující data dvou detektorů LHC, o přesvědčivých důkazech existence částice, ovšem úplnou jistotu jejich výsledky neposkytovaly.

Očekávání se znovu zvýšila před měsícem, kdy vědci, kteří ukončili svou práci amerického urychlovače Tevatron, promluvili o výsledcích analýzy archivních dat, které nejen, že značně zužili energetický rozsah k hledání Higgsova bosonu, ale také vcelku odpovídali datům z LHC.

Měření ukazují, že hmotnost Higgsova bosonu je cca 125 GeV/c2, což je cca 130x víc než hmotnost protonů atomového jádra. Dle slov výzkumného ředitele CERNu, Sergia Bertolucci, bude „rok 2012 plodným v oblasti fyziky elementárních částic.“

( 11.04.2012 > zdroj: http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-17625123 )

Einsteinova teorie otřesena, ...

Vědci ze švýcarského institutu CERN během opakovaného testu potvrdili, že tajemné částice, zvané neutrina, jsou skutečně rychlejší než světlo. Ve fyzice by to znamenalo absolutní obrat a potvrzení toho, co se v září po prvních pokusech v CERN fyzikové báli vyslovit nahlas – světlo už není ve vesmíru nejrychlejší, Albert Einstein se mýlil.

Experti v CERN v pátek informovali o provedení dalších testů, které měly vyvrátit případné chyby v prvním měření, jež proběhlo letos v září a vyvolalo světovou senzaci. Při něm vystřelené částice, takzvaná neutrina, dosáhly rychlosti vyšší než světlo. Jak vědci uvedli, opakované měření omyl vyloučilo, neutrina byla stejně rychlá jako předtím.

„Při klíčovém testu jsme zopakovali měření s ultrakrátkými pulzy,“ uvedl CERN v oficiálním prohlášení k projektu OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus). Výsledky byly stejné jako při předchozím pokusu a „vyloučily jeden z možných zdrojů systémové chyby“.

Testy však stále nejsou u konce, podle odborníků je životně důležité, aby měření provedlo více nezávislých laboratoří.


Einsteinova teorie otřesena, ale zatím nerozbita


„Měření tak delikátní a navíc zásadně podmiňující fyzikální zákony vyžaduje zvláštní pečlivost,“ řekl AP Fernando Ferroni, prezident italského institutu pro jadernou fyziku. „Kladný výsledek měření nás částečně přesvědčil, avšak konečné slovo mohou mít až podobná měření provedená jinde ve světě,“ pokračoval Ferroni.

Měření rychlosti jednoho z druhů neutrin, tedy subatomárních elementárních částic, v konkrétním případě mionových neutrin, probíhalo na základě porovnání času jejich startu ve švýcarské části institutu a času jejich přistání v Itálii. Tato vzdálenost je 730 kilometrů a neutrina je urazila o 60 nanosekund rychleji než je rychlost světla, která činí 299 792 kilometrů za sekundu.

Jeden ze základních pilířů moderní fyziky přitom počítá s tím, co Einstein nazval svou speciální teorií relativity. Podle ní nic rychlejšího než světlo ve vesmíru nemůže existovat.

( 21.11.2011 > zdroj: www.seznam.cz )

Rychlejší než světlo jsou nově odhalené subatomární částice

Vědci Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN), která provozuje unikátní velký částicový urychlovač (LHC) nedaleko Ženevy, zaregistrovali částice menší než atom, které se pohybují rychleji než světlo. Pokud se tento objev potvrdí, půjde o zásadní průlom do jednoho z dosud nenarušitelných pilířů vědy, napsala agentura AP.

V rámci experimentu pod názvem Opera naměřili odborníci CERN neutrinům, jedněm z nejpodivnějších fyzikálních částic, rychlost vyšší než světelnou, která představuje 299.792 kilometrů za vteřinu, informovala BBC. Podle Einsteinovy teorie relativity (známá rovnice E=mc2) by nic nemělo být rychlejší než světlo.

"Pokoušeli jsme se pro to najít jakékoli možné vysvětlení," řekl spoluautor pokusu Antonio Ereditato. "Chtěli jsme najít chybu, jakoukoli triviální chybičku, nebo i velmi komplikovanou chybu, případně nějakou záludnost, která by to vysvětlila. Ale nic jsme nenašli," dodal.

"No, a když nic nenajdete, musíte si říct 'Tak dobře, teď s tím musím jít ven a požádat vědeckou veřejnost, aby si na to posvítila," řekl Ereditato.

Naměřené hodnoty natolik překvapily badatele, že požádali své kolegy, aby nezávisle na nich ověřili měření dřív, než bude objev oficiálně zveřejněn.

"Byl by to natolik senzační objev, pokud to bude pravda, že je s ním třeba zacházet velmi opatrně," řekl podle AP John Ellis, teoretický fyzik CERN, který ale není do objevu přímo zapojen.

( 21.11.2011 > zdroj: www.seznam.cz )