VELIKI SUDARAC - LHC

8/2/2019 VELIKI SUDARAC - LHC

1/25

VELIKI SUDARA(The Large Hadron Collider - LHC)

Nermin Redi

Teanj, 2011.


2/25

2

SADRAJ

1. PREDGOVOR......................................................................................................................................... 32. UVOD U TEMU ..................................................................................................................................... 4

2.1. TA SU ZAPRAVO AKCELERATORI? ................................................................................................4

2.2. PRINCIP RADA AKCELERATORA .....................................................................................................5

2.3. PRVI AKCELERATORI ......................................................................................................................5

2.4. PODJELA AKCELERATORA ..............................................................................................................6

2.5. LINEARNI AKCELERATORI ...............................................................................................................6

2.6. KRUNI AKCELERATORI..................................................................................................................7

2.7. CIKLOTRON ....................................................................................................................................8

2.8. FAZOTRON .....................................................................................................................................8

2.9. BETATRON .....................................................................................................................................9

2.10. SINHROTRON ...............................................................................................................................9

3. VELIKI SUDARA................................................................................................................................ 10

3.1. IDEJA O VELIKOM SUDARAU .................................................................................................... 11

3.2. HISTORIJSKI RAZVOJ ................................................................................................................... 11

3.3. ZATO JE NAPRAVLJEN VELIKI SUDARA? .................................................................................. 11

3.4. RAD VELIKOG SUDARAA ........................................................................................................... 13

3.5. FIZIKA TEKIH JONA .................................................................................................................... 14

3.6. EKSPERIMENTI ............................................................................................................................ 14

3.6.1. ALICE .................................................................................................................................... 15

3.6.2. ATLAS ................................................................................................................................... 16

3.6.3. CMS ..................................................................................................................................... 173.6.4. LHCB .................................................................................................................................... 18

3.6.5. TOTEM ................................................................................................................................. 19

3.6.6. LHCF ..................................................................................................................................... 19

3.7. KOMPJUTERSKA MREA ............................................................................................................. 20

3.8. SIGURNOST VELIKOG SUDARAA ............................................................................................... 20

3.9. KOSMIKE ZRAKE ........................................................................................................................ 20

3.10. MIKROSKOPSKE CRNE RUPE ..................................................................................................... 21

3.11. STRANGELETI ............................................................................................................................ 22

3.12. STABILNIJE STANJE SVEMIRA .................................................................................................... 22

3.13. MAGNETNI MONOPOLI ............................................................................................................ 22

3.14. VELIKI SUDARA U 2011. GODINI ............................................................................................. 233.15. PLANOVI U BUDUNOSTI ......................................................................................................... 23

3.16. NASLJEDNIK VELIKOG SUDARAA ............................................................................................ 23

4. ZAKLJUAK ........................................................................................................................................ 24

5. KORITENA LITERATURA .................................................................................................................. 25


3/25

3

1. PREDGOVOR:

Jo od trenutka kada je bio samo ideja, Veliki sudara je smatran kao veoma ambiciozan pro-

jekat koji nikoga nije ostavljao ravnodunim. Od trenutka kada je puten u rad, pa sve do

danas, postaje tema gotovo svih svjetskih asopisa, naunih, ali i nenaunih tv-emisija i

postaje jedno od obiljeja 21. vijeka. ta je zapravo Veliki sudara? Radi se od trenutno najve-

em akceleratora estica u svijetu smjetenom na granici vicarske i Francuske. Njegov

primarni cilj je otkrivanje tajni nastanka Svemira, i odgovori na mnogobrojna pitanja o njego-

vom nastanku. Kakav je Svemir bio u prvim trenucima svog ivota? Da li je zaista mogao

nastati Velikim praskom? Zato vie nema antimaterije? Da li postoji Higgsov bozon? ta je

to to daje materiji masu koju imaju? Ovo su samo neka od mnogih pitanja na koja e vie od

10 000 naunika traiti odgovore sluei se rezultatima koje e im dati ovaj projekat vrijedanvie od 9 milijardi dolara. Rezultati dobiveni Velikim sudaraem jo uvijek su prilino skromni,

ali se od njega oekuje veoma mnogo u budunosti.


4/25

4

2. UVOD U TEMUovjek oduvijek tei za otkrivanjem od ega je graeno sve ono to ga okruuje. Prvi model estice od

koje je graeno sve oko nas - atoma, dao je Demokrit u Antikoj Grkoj, opisujui atome kao jako

malene nedjeljive kuglice. 1897. godine John Dalton otkriem elektrona pokazuje da se u atomu

nalaze jo sitnije estice. Sve veim zanimanjem za sastav atoma, otkriveno je da ga ine protoni ineutroni koji skupa tvore jezgru i elektroni koji se nalaze u omotau. U elji za potragom za sitnijim

esticama, nastala je ideja o ureaju koji e pomoi fiziarima da ispitaju tajne atomske jezgre,

strukture protona i neutrona, sila koje svu tu gomilu estica dre na okupu ali i jo mnogo toga...

2.1. TA SU ZAPRAVO AKCELERATORI?Akceleratori su ureaji koji, pomou elektrinog i magnetnog polja, ubrzavaju naelektrisane estice

do velikih brzina, nekada ak i do brzina koje su neto manje od brzine svjetlosti. Ovi ureaji omogu-

uju ispitivanje tajni atomskog jezgra, strukture protona i neutrona, sila koje svu tu gomilu estica

dre na okupu i jo mnogo, mnogo toga. U akceleratorima se najee ubrzavaju elektroni, protoni ijezgra lakih elemenata (deuterijii i alfa estice), ali postoje i akceleratori u kojima se ubrzavaju i tei

joni (ugljik, kisik, berilij, neon, pa ak i olovo).

Poznato je da svako tijelo koje se kree ima svoju kinetiku energiju koja je proporcionalna kvadratu

brzine kojom se to tijelo kree. Prema tome kada akcelerator ubrzava neku esticu on joj poveava

energiju, i upravo je ta energija ono to je potrebno za dalja istraivanja. Sutina eksperimenta u

akceleratorima je da se estice velikom brzinom sudare sa drugim esticama ili atomskim jezgrima.

Prilikom tih sudara sloene strukture se raspadaju na sve sitnije dijelove.

Stilizirani prikaz atoma


5/25

5

2.2. PRINCIP RADA AKCELERATORAPrincip rada akceleratora je veoma jednostavan. Za rad akceleratora potrebna je jedino razlika poten-

cijala (npr. baterija) i estica koju treba ubrzati. U svakom elektrinom polju naelektrisane estice

kreu se u smjeru prema suprotnom naelektrisanju (npr. elektroni, koji su negativno naelektrisani,

kreu se od negativnog prema pozitivnom potencijalu) i tokom tog kretanja te estice ubrzavaju ipoveavaju svoju energiju. Iako princip rada akceleratora djeluje vrlo jednostavno, konstrukcija ovih

ureaja je vrlo sloen i skup proces. Odravanje i upotreba akceleratora zahtijevaju velika ulaganja, a

za rad je potreban ogromna koliina energije. Svi akceleratori rade s visokim vakuumom, kako bi

omoguili neometano kretanje estica koje ubrzavaju. Akceleratori se sastoje od sljedeih dijelova:

jonski ili elektronski izvor sistem za ubrzavanje izvor energije vakuumski sustav

2.3. PRVI AKCELERATORIHronoloki gledano, prvi tip akceleratora je

Cockroft-Waltonov (Kokroft-Voltonov) akcele-

rator. Ovaj akcelerator se sastoji od izvora jona,

akceleratorske cijevi u kojoj se vri ubrzavanje,

izvora visokog napona koji je na specijalan nain

prikljuen na sistem akceleratorskih elektroda i

sistema detektora. Sutinu ovog akceleratora

ini upravo izvor napona i sistem elektroda koje

ubrzavaju jone. Generator visokog napona se

sastoji od dioda i kondenzatora povezanih na

specijalan nain koji omoguaav postepeno

poveanje napona na elektrodama u akcelera-

torskoj cijevi. Ovo je vrlo star tip akceleratora,

veoma jednostavne grae jer koristi standardne

elektronske elemente. Maksimalna energija za

ovaj akcelerator je 3 MeV, to je vrlo mala ener-

gija za savremenu fiziku estica.

Cockroft-Waltonov akcelerator


6/25

6

Drugi veoma znaajan tip akceleratora je Van de Graaffov akcelerator koji spada u tzv. elektrosta-

tike akceleratore. Rad ovog akceleratora zasniva se na definiciji potencijala provodnika, prema kojoj

je potencijal rad koji treba izvriti da bi se jedinino naelektrisanje prenijelo sa provodnika u

beskonanost. Na ovom akceleratoru naelektrisanje se pomou iljka prenosi od izvora na pokretnu

izolacionu traku. Ovom trakom naelektrisanje se transportuje do sabirne elektrode koja ga skuplja i

odvodi do uplje elektrode. Na ovaj nain se moe postii veoma velika razlika potencijala koja se

kasnije koristi za ubrzavanje estica. Postoji i tzv. tandem Van de Graaffov akcelerator koji je kombi-

nacija dva Van de Graaffova akceleratora. Za razliku od obinog akceleratora u kome se ubrzavaju

pozitivni joni, tandem akcelerator poinje da ubrzava negativne jone. U centralnom dijelu joni gube

elektrone (u sudaru sa nekim gasom ili pri prolasku kroz tanak ugljeni sloj) i postaju pozitivni. Nakon

toga drugi dio tandem akceleratora ubrzava dobijene pozitivne jone. Energija koja se moe dostii na

ovaj nain iznosi oko 14 MeV to je omoguilo veliku primjenu Van de Graaffovog akceleratora u

nuklearnoj fizici.

2.4. PODJELA AKCELERATORAAkceleratore dijelimo na:

linearne krune

2.5. LINEARNI AKCELERATORISpomenuti Cockroft-Waltonov i Van de Graafov akcelerator spadaju u linearne akceleratore. Dananji

linearni akceleratori konstruiu se na neto drugaiji nain. U pravoj vakuumskoj cijevi, koja moe da

bude dugaka i nekoliko kilometara, nalaze se cilindrine elektrode koje su povezane na polove

naizmjeninog izvora visokofrekventnog napona. Na poetku cijevi nalazi se izvor estica koje treba

ubrzati, dok je meta postavljena na drugi kraj cijevi. Dok se kreu izmeu elektroda na njih djeluje

elektrino polje i ubrzava ih. Pretpostavimo da se u ovakvom akceleratoru ubrzava pozitivan jon. Na

poetku prva elektroda je negativna i privlai jon, koji poinje da ubrzava. Kad jon uleti u upljinu

elektrode ubrzanje prestaje i on nastavlja da se kree ravnomjerno, po inerciji. U trenutku kad estica

Otvoren Van de Graaffov

akcelerator iz 1960-tih godina, koji

je mogao dostii energiju 2 MeV


7/25

7

izae iz prve elektrode mijenja se polarizacija elektroda i prva elektroda postaje pozitivna, a druga

negativna. Sada se proces ponavlja, jon ubrzava do druge elektrode, ulazi u nju, kree se po inerciji i

prilikom naputanja elektrode polarizacija se ponovno mijenja. Sad je prva elektroda opet negativno

naelektrisana, druga pozitivno, trea negativno itd. estica nastavlja da ubrzava prema treoj elektro-

di i proces se nastavlja. Frekvencija napona se podeava tako da se ova promjena polarizacije tano

poklopi sa izlaskom estice iz elektroda, a duina elektroda i razmak izmeu susjednih elektroda

ravnomjerno se poveava od prve elektrode pa na dalje. Brzina i energija koju e estica imati na

izlasku iz akceleratora najvie zavisi od duine akceleratora. to je vea duina akceleratora, to je

vea energija koju e estica imati. U linearnom akceleratoru estice se mogu ubrzati i do relativis-

tikih brzina, pa se prilikom njihove konstrukcije moraju uzeti i relativistiki efekti porasta mase,

kontrakcija duine i dilatacije vremena. Najpoznatiji linearni akcelerator je SLAC (Stanford Linear

Accelerator Center) na Stanford univerzitetu u Sjedinjenim Amerikim Dravama, tanije u Kaliforniji.

Ovaj akcelerator je dugaak 3,2 km, a u njemu se postiu energije do 25 GeV. Trenutno je u planu

gradnja 32 kilometra dugog linearnog akceleratora nazvanog ILC (International Linear Collider) koji e

sluiti za stvaranje sudara izmeu elektrona i pozitrona.

2.6. KRUNI AKCELERATORIKruni akceleratori pruaju fiziarima najvee mogunosti istraivanja zbog postizanja iznimno velikih

brzina i energija estica. Razvoj krunih akceleratora potie jo od prvog takvog ureaja kojeg je

konstruisao 1931. godine ameriki fiziar Ernest O. Lawrence i nazvao ga ciklotron. Osnovne vrste

krunih akceleratora su:

ciklotron fazotron betatron sinhrotron

Pojednostavljeni prikaz linearnog akceleratora


8/25

8

2.7. CIKLOTRONCiklotron je kruni akcelerator koji ubrzava elektrone, protone i lake jone do energija pri kojima se

relativistiki efekti mogu zanemariti. Kao to je ranije navedeno, prvi ciklotron konstruisao je Ernest

O. Lawrence 1931. godine. U poetku, ciklotron je bio mali laboratorijski ureaj, a tek kasnije je dosti-

gao ogromne dimenzije. Ovaj tip akceleratora sastoji se od krune metalne kutije presjeene na

polovini. Kutije (koje su nazvani duanti) se postavljaju u magnetno polje i prikljucuju na visoko-frekventni napon. Princip rada je ciklotrona je veoma jednostavan. estica koja se ubrzava kree iz

centra ciklotrona. Ona poinje da krui. Kada se nae izmeu duanata, koji su razliito naelektrisani,

na nju djeluje elektrino polje i ubrzava je. Ubrzana estica ulijee u uplji duant, u kome magnetno

polje savija njegovu putanju. estica se po polukrunoj putanji kree i izlazi na drugi kraj polukruga.

Dok je putovala po ovom polukrugu, polaritet duanata je promijenjen i elektrino polje izmeu njih

opet ubrzava esticu i cijeli proces se ponovno ponavlja. Ubrzavajui, estica se kree po spiralnoj

putanji. U jednom trenutku poluprenik putanje postaje vei od poluprenika duanta i ona naputa

akcelerator. Na mjestu gdje estica naputa akcelerator postavlja se eljena meta. Ciklotron moe

ubrzati estice do 10 MeV.

2.8. FAZOTRONFazotron, poznat i pod imenom sinhorciklotron je kruni akcelerator dobijen malim modifikacijama

ciklotrona. Fazotron omoguava ubrzavanje estica do relativistikih energija. Za razliku od ciklotronakod koga je frekvencija kojom se mijenja polaritet duanata uvijek ista, kod fazotrona ova frekvencija

se sporo mijenja tokom ubrzanja, tako da frekvencija polja odgovara frekvenciji obrtanja estice, koja

se smanjuje zbog relativistikih efekata.

Dijagram operacija ciklotrona iz E.O.

Lawrencovog patenta iz 1934. godine


9/25

9

Betatron iz 1942. godine koji je

ubrzavao estice do energije od 6 MeV

2.9. BETATRONSljedei tip krunih akceleratora je betatron. Za ubrzanje elektrona ovaj akcelerator koristi vrtlono

elektrino polje, koje se indukuje promjenjivim magnetnim poljem. Za razliku od ciklotrona, gdje se

estice kreu po spiralnoj putanji, kod betatrona elektroni opisuju krune putanje stalnog polupre-

nika. Konstrukcija betatrona je kombinacija elektromagneta i vakuumske cijevi u obliku torusa

(geometrijsko tijelo koje izgleda poput valjka smotanog u prsten). Ovaj torus nalazi se izmau polovajakog elektromagneta. Promjena jaine struje u namotajima elektromagneta dovodi do promjene

magnetnog polja, a promjenljivo magnetno polje indukuje elektrino polje. Silnice ovog polja imaju

oblik krunice, a pravac jaina polja je tangenta na putanju elektrona. Stalna orbita po kojoj se kreu

elektroni omoguava veliki

broj rotacija elektrona, a pri

svakoj rotaciji elektron dobi-

ja sve veu i veu energiju.

Betatron moe da ubrza

elektrone do energija izmeu

1 MeV i 50 MeV.

2.10. SINHROTRONSinhrotronje jedan od najznaajnijih tipova akceleratora. Ovo je kruni akcelerator sa esticama ije

orbite imaju priblino konstantan radijus, pri emu se frekvencija elektrinog polja kojim se elektroniubrzavaju ne mijenja, ali se mijenja intenzitet magnetnog polja koje odrava stabilnost orbite. Ovaj

tip akceleratora ima vrlo sloenu konstrukciju i predstavlja vjerovatno jedan od najsloenijih ureaja

na planeti. Jedan od najveih problema koji oteava konstrukciju sinhrotrona je tzv. sinhrotronsko

zraenje. Sve naelektrisane estice koje se kreu ubrzano, po krivoj putanji, emituju elektro-

magnetsko zraenje i gube energiju. Energija koja se emituje na ovaj nain raste sa porastom brzine

estice i oteava ubrzavanje estice. Za fiziku estica ovo predstavlja nepremostiv problem koji je

posljednjih godina naunike natjerao da opet razmiljaju o konstrukciji linearnih akceleratora ogrom-

nih dimenzija. Sinhrotrono zraenje je veliki problem za fiziku estica, ali istovremeno ono je vrlo

moan alat u nekim drugim oblastima nauke kao to su medicina, biologija, fizika materijala itd. U

ovim oblastima nauke tei se ka dobijanju to intenzivnijeg sinhrotronskog zraenja. Zbog toga se

mnogi stari sinhrotroni koji su postali slabi za istraivanja elementranih estica modifikovani da

emituju jo vie sinhrotronskog zraenja i sada se koriste za istraivanja u drugim oblastima. Posebna

vrsta sinhrotrona su takozvani sudarai estica (ili kolajderi). Sudarai su akceleratori u kojima se

dvije vrste estica istovremeno ubrzavaju i meusobno sudaraju. Na ovaj nain ostvaruju se mnogo

intenzivniji sudari nego oni kada je meta nepokretna. Najpoznatiji od svih sudaraa je Veliki sudara

koji je tema ovog rada. Osim njega poznati su jo i FermilabOV Tevatron u SAD-u, DESY u Njemakoj

itd.


10/25

3. VELIKI SUDVeliki sudara (na eng. The Large

svojoj strukturi svrtava se u tzv. ko

ten je u krunom tunelu duine 27

m ispod zemljine povrine.

Ovaj akcelerator estica koriste fizi

gradivni materijal svega u Svemiru.

U ovom akceleratoru vre se suda

kilometara u suprotnim smjerovim

krugom koji naine. Fiziari koristenakon Velikog praska (Big Bang), s

fiziara iz cijelog svijeta analiziraju

nim eksperimentima koji se vre u

ovih sudara, ali ono to je sigurno j

ma opisuje Svemir. Ve decenijama

razumjeli osnovne zakone prirode,

toga je tu Veliki sudara...

INJENICE O VELIKOM SUDARATana duina Velikog sudaraa je 2

Pri punoj snazi, trilioni protona prekoja iznosi 99,99 % brzine svjetlosti

Da bi se sprijeili sudari estica sa sveoma visoki vakuum, a pritisak izn

Kada se dvije zrake protona sudare,centru Sunca, dok sustav hlaenja t

Da bi sakupio sve informacije o gotnajnaprednije ureaje za detekciju

RAadron Collider - LHC) je najvei akcelerator estic

lajdere, ili sudarae, po emu je i dobio ime. Veliki

m koji se prostire kroz vicarsku i Francusku na du

ari kako bi prouavali najsitnije ljudima poznate

Njegov cilj jest da nam pomogne u naem razumije

ri subatomskih estica poznatih kao hadroni. Kro

a ove estice e se kretati dobivajui energiju sa

Veliki sudara kako bi stvorili uslove sline onimaudarajui dvije zrake direktno veoma velikom ene

estice stvorene u sudarima koristii specijalne de

Velikom sudarau. Postoje mnoge teorije o mogu

este da je ovime otvoren jedan novi svijet fizike, ij

standardni model estica je sluio fiziarima dovolj

ali ne i da bi objasnio cijelu priu koja opisuje ne

U659 m, a u njegovoj unutranjosti nalazi se 9300 m

u duinu akceleratora 11 245 puta u sekundi, putuj

darima molekula gasa, u unutranjosti Velikog sudsi 10-13 atm to je 10 puta manji pritisak nego na M

stvaraju temperaturu koja je do 100 000 puta veaenim helijem odrava Veliki sudara na temperatu

vo 600 miliona sudara protona u sekundi, fiziari sa svijetu

Karta na kojoj je prikazan po

CERN-ovog Velikog sudaraa

10

na svijetu. Po

sudara smje-

ini od oko 100

estice, osnovni

vanju Svemira.

tunel dug 27

svakim novim

akvi su vladalirgijom. Timovi

tektore u broj-

im rezultatima

im se saznanji-

no dobro da bi

i proces. Zbog

agneta

ui brzinom

raa se nalazijesecu

od one uri od -271,3 C

stvorili

oaj


11/25

11

3.1. IDEJA O VELIKOM SUDARAUIdeja o Velikom sudarau nastala je u ranim 80-tim godina prolog stoljea. Iako u to vrijeme CERN

nije napravio ni svoj Veliki elektron-pozitron sudara, koji je radio od 1989. do 2000. godine, nau-

nici su gledali jo dalje u budunost fizike estica. Zamiljali su da bi prsten Velikog elektron-pozitron

sudaraa mogli upotrijebiti za jo veu i moniju mainu. Da bi stvorili sudare koji imaju najveu

moguu energiju i najvei mogui intenzitet, predloeno je da se koriste dva zraka protona. Projekt jenazvan Veliki hadronski sudara (eng. Large Hadron Collider), i u njemu je planirano vrenje sudara

izmeu estica koje zovemo hadroni. Simpozij u Loseni u vicarskoj 1984. godine moe se smatrati

poetkom razvoja ovog velikog projekta.

3.2. HISTORIJSKI RAZVOJ1994. godine CERN-ov odbor je slubeno dozvolio gradnju najveeg akceleratora na svijetu. Da bi

utedjeli neto novca, odlueno je da e se rad vriti u dvije faze. Godinu dana kasnije, Japan odluuje

biti posmatra i financijska podrka ovom projektu. Nakon Japana, u projekat se ukljuuju Indija,

Rusija, Kanada i SAD. Zahvaljujui ovim donacijama, odlueno je da e se rad ipak odvijati u jednojfazi. 1996. godine odobrena su 2 eksperimenta koji e kasnije biti vreni u Velikom sudarau, a iji je

glavni cilj potraga za Higgsovim bozonom. 1998. godine uraen je prvi niz testova nad dijelovima i

sistemima koji su bili sastavni dio, tada jo nedovrenog Velikog sudaraa. Da bi mogao biti naprav-

ljen, morao je biti zaustavljen rad do tada najveeg akceleratora na svijetu, velikog elektron-

pozitronskog sudaraa, to se desilo 2000. godine. Morao je biti rastavljen, kako bi njegov 27

kilometara dug tunel u obliku prstena mogao postati dio novog akceleratora. Godinu dana kasnije,

izvren je drugi niz testova, kojima su fiziari testirali sve magnetne sisteme. 2002. godine CERN

dodjeljuje nagradu Zlatni hadron onima koji su najvie doprinijeli ovom projektu. Ubrzo nakon toga

zavreno je kompletno iskopavanje zemlje, to je omuguilo dalji rad na ovom projektu. CERN je

radom na ovom projektu oborio i nekoliko svjetskih rekorda, kao to su oni u spremanju i slanju

podataka. U toku jedne sekunde, naunici su uspjeli spremiti 1,1 gigabajt informacija, kao i poslali 1

terabajt informacija iz CERN-a u vicarskoj do Kalifornije u SAD-u. 2006. godine otvoren je novi

kontrolni centar iz kojeg e kasnije biti vren sav nadzor nad Velikim sudaraem. Iste godine zavrena

je konstrukcija najveeg hladnjaka na svijetu, iji je zadatak hladiti akcelerator. 2008. godine Veliki

sudara je poeo sa svojim radom.

3.3. ZATO JE NAPRAVLJEN VELIKI SUDARA?Odgovor na ovo pitanje veoma je jednostavan. Zadatak Velikog sudaraa je da pomogne fiziarima da

pronau odgovore na mnoga pitanja iz fizike na koja do sada nisu mogli dati odgovor. Zbog jedinstve-

ne velike energije koju dostie, fiziari bi mogli dobiti i neke neoekivane rezultate koji do sada nisu ni

razmatrani. U posljednjih par decenija fiziari su bili u mogunosti da opiu detaljno fundamentalne

estice koje ine Svemir i meudjelovanja izmeu tih estica. Ovako opisane estice predstavljaju

standardni model estice, ali ovaj opis estice nam ne pria cijelu priu. Da bi stekli znanje o estica-

ma koje nam nedostaje potrebni su eksperimentalni rezultati, a sljedei veliki korak je sticanje tog

znanja eksperimentima koje e biti vreni u Velikom sudarau.


12/25

12

Neka od pitanja na koje e Veliki sudara pokuati odgovoriti su:

TA JE MASA?

- ta je porijeklo mase? Zbog ega sitne estice imaju masu koju imaju? Zato neke estice uopte

nemaju masu? U ovom trenutku, ne postoje sigurni odgovori na ova pitanja. Moda najbolje obja-

njenje nalazi se u Higgsovom bozonu, kljunoj neotkrivenoj estici koja je neophodna da bi standar-

dni model estice funkcionirao. Hipoteza o ovoj estici se pojavila 1964. godine i do danas je ostala

nedokazana.

OD EGA SE SASTOJI 96 % SVEMIRA?

- Sve to vidimo u Svemiru, od mrava pa do galaksije, sastavljeno je od obinih estica. Ove estice se

smatraju materijom i ine do oko 4 % Svemira. Smatra se da ostatak svemira ine tzv. tamna materija

i tamna energija, ali ih je nevjerovatno teko detektovati i izuavati, osim kroz gravitacione sile koji-

ma meudjeluju. Istraivanje prirode tamne materije i tamne energije je jedan od najveih izazova

dananjice u fizici estica i kozmologiji.

ZBOG EGA NEMA VIE ANTIMATERIJE?- ivimo u svijetu materije. Sve u Svemiru, ukljuujui i nas same, sainjeno je od materije.

Antimaterija je isto to i materija, osim to ima suprotan elektrini naboj. U procesu stvaranja Svemi-

ra, jednake koliine materije i antimaterije su trebale biti stvorene u Velikom prasku. Ali kada se

antimaterija i materija nau u blizini, ponite jedna drugu i pretvore se u energiju. Zbog neega, mali

dio materije je opstao i stvorio Svemir u kojem danas ivimo i u kojem jedva da i postoji antimaterija.

Zbog ega u prirodi vlada materija nad antimaterijom? Eksperimenti u Velikom sudarau e izmeu

ostalog, pomoi u traenju razlika izmeu materije i antimaterije kako bismo dobili odgovor na ranije

postavljeno pitanje.

KAKVA JE MATERIJA BILA NEPOSREDNO NAKON NASTANKA SVEMIRA?

Za materiju, od koje je sainjeno sve u Svemiru, se vjeruje da je nastala iz guste i tople mjeavine

sainjene od fundamentalnih estica. Danas, obina materija je sainjena od atoma, koji sadre

nukleone (protone i neutrone) koji se sastoje od kvarkova, meu kojima se nalazi jaka nuklearna sila

koja ih dri na okupu. Za tu silu odgovorne su estice koje nazivamo gluonima (od eng. glue = ljepilo).

Ta veza je u sadanjosti veoma snana, ali bi u veoma mladom Svemiru ti uvjeti bili veoma nepovoljni

za gluone da odravaju kvarkove na okupu. Zbog toga se smatra da je u prvim mikrosekundama

nakon Velikog praska Svemir sadravao veoma toplu i gustu mjeavinu kvarkova i gluona koja je

poznata pod nazivom kvark-gluonska plazma.

DA LI POSTOJE DODATNE DIMENZIJE PROSTORA?

Albert Einstein je pokazao da su tri dimenzije prostora povezane s vremenom. Naknadne teorijepredlau postojanje skrivenih dimenzija prostora koje postoje. Naprimjer, teorija struna izraava da

postoje dodatne prostorne dimenzije koje jo nisu ni opaene. Ovakve dimenzije bi mogle postati

primjetljive tek na veoma visokim energijama, pa e se zbog toga podaci sa svih detektora Velikog

sudaraa paljivo analizirati u svrhu otkrivanja novih dimenzija.


13/25

13

Slika tunela velikog sudaraa

3.4. RAD VELIKOG SUDARAAVeliki sudara je najvei i najsnaniji akcelerator estica na svijetu i najnoviji je dodatak CERN-ovom

kompleksu akceleratora. Sastoji se od prstena dugog 27 kilometara koji je sainjen od supravodljivih

magneta i nekoliko ubrzavajuih strukutra koje poveavaju energiju estica u toku njihovog kretanja

kroz akcelerator. U unutranjosti akceleratora, dvije zrake estica putuju brzinom koja iznosi gotovo

kao brzina svjetlosti, i imaju veoma veliku energiju prije sudaranja jednih s drugim. Zrake putuju usuprotnim smjerovima u odvojenim cijevima uvanim na veoma visokom vakuumu. Veoma snano

magnetno polje, koje dobiveno supravodljivim magnetima, usmjerava ove estice da se kreu kroz

prsten akceleratora. Napravljeni su od zavojnica od specijalnog elektrinog kabla koji radi u

supravodljivom stanju, uinkovito provodei elektrinu energiju bez otpora ili gubitka energije. Ovo

zahtijeva hlaenje magneta do oko -271 C, temperature koja je hladnija od Svemira. Zbog ovoga

veina akceleratora je spojena na sistem koji dovodi teni helij i hladi magnete, kao i neke druge

dijelove akceleratora. Hiljade magneta razliitih vrsta i veliina koriste se za usmjeravanje zraka kroz

akcelerator. U ovo spadaju 1232 dipolna magneta duine 15 m koji se koriste za savijanje zraka i 392

kvadropolna magneta duina od 5 do 7 m, koji slue za namjetanje i usmjeravanje zraka estica.

Neto prije sudara, koristi se jo jedan tip magneta koji slui za stiskanje estica blie jednih drugi-

ma da bi se poveala vjerovatnoa sudaranja. Ove estice su tako male, da je zadatak timanja sudaraovih estica jednako teak procesu ispaljivanja dviju igala udaljenih 10 km, s takvom preciznou da

se sretnu na pola puta. Sve kontrole akceleratora, servisi i tehnike infrastrukture su smjetene pod

jednim krovom u CERN-ovom kontrolnom centru. Iz kontrolnog centra, vri se nadzor nad zrakama

estica tako da se one sudaraju na etiri lokacije u akceleratoru koje odgovaraju lokacijama

detektora estica.


14/25

14

Kompjuterski prikaz sudara hadrona

3.5. FIZIKA TEKIH JONAU programu tekih jona, u Velikom sudarau vre se sudari zraka tekih jona na energijama koje su do

30 puta vee nego u prijanjim laboratorijskim eksperimentima. U ovim sudarima, materija se zagrija-

va do temperature koja je 100 000 puta vea od one u centru Sunca, dostiui uvjete koji su vladali u

prvim mikrosekundama nakon Velikog praska. Cilj ovog programa je da se stvori materija na najveim

temperaturama ikada prouavanim u laboratorijama, i da se njene osobine detaljno izue. Ovime seoekuju nova saznanja koja bi promijenila poglede na meudjelovanja izmeu fundamentalnih

estica. Ta snana meudjelovanja predstavljaju osnovnu silu koja vee elementarne estice, nazvane

kvarkovima u vee kao to su protoni i neutroni, koji dalje grade atome itd. Danas se prilino mnogo

zna o mehanizmu pomou kojih gluoni, koji su zasluni za ta snana meudjelovanja, veu kvarkove u

protone i neutrone. Meutim, dva aspekta tog snanog meudjelovanja ostaju prilino intriganta.

Kao prvo, nijedan kvark nikada nije posmatran izoliran. ini se kako su kvarkovi i gluoni ograneni na

unutranjost sloene estice, kao to su protoni i neutroni. Drugo, protoni i neutroni sadre tri

kvarka, ali masa ova tri kvarka ini samo 1 % mase protona ili neutrona. Dakle, dok Higgsov mehani-

zam moe dati masu svakom kvarku pojedinano, on se ne moe raunati za veinu mase obine

materije. Trenutna teorija o snanom nuklearnom meudjelovanju, poznatija kao kvantna kromodin-

amika, predvia da bi se na visokim temperaturama kvarkovi i gluoni mogli postojati slobodno unovom stanju materije, poznatoj kao kvark-gluonska plazma. Teorija takoer predvia da bi na istoj

toj temperaturi mehanizam koji daje masu sloenim esticama prestao raditi. U programu tekih jona

Velikog sudaraa, tri eksperimenta (ALICE, ATLAS i CMS) tee da proizvedu i prouavaju ove ekstrem-

ne uvjete i odgovore na pitanje kako je nastala veina mase vidljovog Svemira u prvim mikro-

sekundama nakon Velikog praska.

3.6. EKSPERIMENTINaunici iz cijeloga svijeta rade na est eksperimenata koji e biti vreni u Velikom sudarau. Svaki

eksperiment je poseban i karakterie ga jedinstven detektor estica. Dva velika eksperimenta, ATLASi CMS, imaju openamjenske detektore za analizu bezbroj estica koje nastanu prilikom sudara u

akceleratoru. Dizajnirani su tako da istrae fiziku esti-

ca to je opirnije mogue. Ova dva eksperimenta

imaju i dva nezavisna detektora to je kljuno za sva

nova otkria. Dva neto manja eksperimenta, ALICE i

LHCb, imaju specijalizirane detektore za analizu sudara

u vezi sa specifinim pojavama koje se pojavljuju.

Preostala dva eksperimenta, TOTEM i LHCf, su mnogo

manjeg raspona od prethodno navedenih. Detektori za

ATLAS, CMS, ALICE i LHCf su postavljeni u etiri velike

podzemne peine koje se nalaze oko prstena Velikog

sudaraa. Detektori koje koristi TOTEM su postavljeni

blizu detektora za CMS, a oni koje koristi LHCf su blizu

detektora za ATLAS. Sada slijede detaljniji opisi ovih

eksperimenata.


15/25

15

3.6.1. ALICE -A Large Ion Collider ExperimentZa ALICE eksperiment, Veliki sudara e sudarati jone olova kako bi se u laboratorijskim uslovima

stvorili uslovi kakvi su vladali neposredno nakon Velikog praska. Informacije koje budu dobijene ovim

eksperimentom, pomoi e fiziarima da prouavaju stanje materije poznate pod nazivom kvark-

gluonska plazma, za koju se smatra da je postojala u prvim trenucima nastanka Svemira. Sva uobia-

jena materija u dananjem Svemiru sainjena je od atoma. Svaki atom je sastavljen od jezgre kojuine protoni i neutroni, i omotaa u kojiem se nalaze elektroni. Protoni i neutroni su, kao to je ranije

navedeno, sainjeni od kvarkova, koje veu estice nazvane gluonima. Izolirani kvarkovi nikad nisu

pronaeni. Sudari u Velikom sudarau e proizvesti temperaturu vie od 100 000 puta veu od one u

centru Sunca. Fiziari se nadaju da e se pod ovim uslovima protoni i neutroni 'stopiti', oslobaajui

kvarkove njihovih veza sa gluonima. Ovo bi trebalo stvoriti kvark-gluonsku plazmu, koja je vjerovatno

postojala nakon Velikog praska u trenucima kada je u Svemiru vladala eksremno visoka temperatura.

Naunici ALICE eksperimentom planiraju prouavati kvark-gluonsku plazmu dok se bude irila i hla-

dila, posmatrajui kako postepeno nastaju estice koje danas tvore materiju u Svemiru. Na ovom

eksperimentu radi vie od 1000 naunika iz 94 instituta koji su smjeteni u 28 zemalja irom svijeta.

Prvi konkretniji rezultati ovog eksperimenta objavljeni su u novembru 2010. godine i predstavljaju tek

poetaka ovog istraivanja. Objavljene su dvije studije od kojih jedna otkriva broj estica nastalih usudarima, a druga tok, odnosno kretanje nastalih sistema. U prvoj su naunici izbrojali nabijene es-

tice stvoreme u direktnim sudarima nekoliko hiljada jona olova. Rezultati su pokazali da je nastalo

oko 18 000 estica. Veina teorija predviala je stvaranje mnogo manjeg broja estica ostvarenog u

ALICE-u zbog neobinih svojstava kvarkova i gluona od kojih je sastavljena jezgra atoma, u ovom

sluaju olova. Neki od teorijskih fiziara predvidjeli su da postoji gornja granica broja gluona koji se

mogu smjestiti u odreeno podruje. Dakle, u odreenom trenutku broj gluona koji se sudaraju

trebao bi doi do zasienja i estice se vie ne bi trebale stvarati. Meutim, mjerenja ALICE-a otkri-

vaju da ta granica, ak i ako postoji, u Velikom sudarau jo uvijek nije dostignuta. Druga studija

pokazala je da se kvark-gluonska plazma, koja nastaje u sudarima koji nisu izravni, ponaa skoro kao

idealna tekuina, a ne kao plin, kako su neke teorije predviale. Strunjaci istiu da ove rezultate,iako su konani treba ipak temeljno prouavati i teorijski detaljno opisati. Sudari jona olova u Velikom

sudarau odvijaju se na do sada

najveim ostvarenim energijama

od 574 TeV i stvaraju tempe-

raturu oko 100 000 puta veu od

one u sreditu Sunca.

Detektor estica koriten

za ALICE eksperiment


16/25

16

3.6.2. ATLASATLAS je jedan od dva openamjenska detektora u Velikom sudarau. Svrha mu je istraivanje

irokog dijela fizike, ukljuujui traganje za Higgsovim bozonom, dodatnim dimenzijama prostora i

esticama za koje se smatra da bi mogle tvoriti tamnu materiju. ATLAS pamti skup mjerenja nad

esticama koje su stvorene u sudarima - njihove putanje, energije i njihov identitet. Ovo se u ATLAS-u

postie pomou est razliitih podsistema za detekciju koji identificiraju estice i mjere njihov impuls ienergiju. Jo jedan vaan element ATLAS-a je veliki mahnetni sistem koji savija putanje nabijenih

estica za mjerenja impulsa. Meudjeljovanja u njegovom detektoru stvaraju ogroman protok poda-

taka. Za pregled ovih podataka koristi se veoma napredan kompjuterski sistem. Na ovom eksperi-

mentu radi vie od 2900 naunika iz 172 instituta iz 37 zemalja.

Prvi rezulati eksperimenta ATLAS dobijeni su sudarima protona sa protonima energijom od 0,9 TeV

pred kraj 2009. godine, a sljedee godine su prihvaeni za objavljivanje. Ovi rezultati pokazali su da

ATLAS-ov ogromni detektor estica radi besprijekorno. Ovaj detektor teak 7000 tona i spojen sa

3000 km kablova uspjeno je izmjerio estice sa precizou od 0,001 centimetar velikom brzinom. U

kasnijim fazama, ATLAS e se fokusirati na rijetke i fiziarima znaajne dogaaje. Rezultati od preko

300 000 sudara protona sa protonima su usporeeni sa naprednim kompjuterskim simulacijama irezultatima drugih eksperimenata na istoj energiji sudaranja. Unutranji detektor je kljuan za ova

mjerenja, a njegovi rezultati su se takoer odlino poklopili sa kompjuterskom simulacijom.

ATLAS-ov detektor estica


17/25

17

3.6.3. CMS - Compact Muon SolenoidCMS eksperiment koristi openamjensi detektor estica da bi istraio to iri dio fizike, ukljuujui

potragu za Higgsovim bozonom, dodatnim dimenzijama prostora i esticama koje bi mogle tvoriti

tamnu materiju. Iako ima iste naune ciljeve kao i eksperiment ATLAS, on koristi drugaija tehnika

rjeenja i dizajna magnetnog sistema, pomou kojih e pokuati ostvariti ciljeve. Detektor estica koji

koristi CMS je napravljen od velike magnene zavojnice (eng. solenoid - po emu je i dobio ime). Onaima formu cilindrine zavojnice napravljene od supravodljivog kabla koji proizvodi magnetno polje

indukcije 4 tesle. Ono to je interesantno za ovaj detektor jest to da je, za razliku od ostalih detektora

koji su pravljeni na 100 m ispod zemljine povrine, ovaj detektor napravljen na povrini, nakon ega

je sputen i sastavljan.Na ovom eksperimentu radi vie od 200 naunika iz 155 institua iz 37 zemalja.

14. decembra 2009. godine, Veliki sudara izvrio je sudare protona energijom od 1,18 TeV i time je

poeo eksperiment nazvan CMS. 21. septembra 2010. godine, CERN je objavio rad u kojem detaljno

opisuje eksperiment u kojem se detaljno opisuju novi fenomeni u meudjelovanjima protona. Studija

koja je objavljena pokazala je da je tokom sudara nastalo vie stotina estica, i otkriva indikacije kako

su neke estice na neki nain bile povezane meusobno kada su nastale u trenutku sudara. CMS je

svoju potragu za mikroskopskim crnim rupama zavrio 15. decembra 2010. godine koje su trebale

nastati pri visokoenergetskim sudarima protona. Nikakvi dokazi o njihovom stvaranju nisu pronaenii njihovo stvaranje je iskljueno iz razmatranja. Predvialo se da bi mikroskopske crne rupe mogle

postojati u nekim teoretskim modelima koji pokuavaju ujediniti opu teoriju relativiteta i kvantnu

mehaniku, postavljajui postulat o postojanju dodatnih 'sklupanih' dimenzija, koje predstavljaju

dodatak osnovnih triju dimenzija prostora. Na velikim energijama u Velikom sudarau, te teorije

predviaju da bi se prilikom sudara estice mogle 'dovoljno zbliiti' da budu osjetljive na te dodatne

dimenzije. U takvom sluaju, estice koje se sudaraju bi mogle meudjelovati gracitaciono sa jainom

slinom preostalim osnovnim silama u prirodi - elektromagnetnom, slabom i jakom. U tom sluaju,

estice koje se sudaraju bi navodno mogle formirati mikroskopsku crnu rupu. ak i kada bi se na taj

nain proizvela, ta mikroskopska crna rupa bi nestala istog trenutka, proizvodei mnotvo subatom-

skih estica obine materije. Ovo bi se nakon toga posmatralo CMS-ovim veoma preciznim detekto-rom koji posmatra Veliki sudara na mjestu sudara. CMS je traio takve dogaaje meu svim

dosadanjim sudarima protona sa protonima u toku 2010. godine pri energijama od 7 TeV (3,5 TeV

po zraku protona). Nikakva eksperimentalna potvrda o mikroskopskim crnim rupama nije pronaena.

CMS udruenje u CERN-ovom projektu objavilo je rezultate potrage za pojavom supersimetrije u

nekim fizikim procesima. Potraga je zasnovana na podacima prikupljenih iz CMS detektora u toku

2010. godine sudarima protona sa protonima na energijama od oko 7 TeV. Standardni model u fizici

estica je do sada bio veoma uspjean u opisivanju svih fenomena na najveim energijama do sada.

Unato tome, vjeruje se da je ona samo veoma dobar uvod u jo kompleksniju teoriju koja ju zamje-

njuje na jo veim energijama. Od osobitog znaaja je supersimetrija, koja donosi npr. obeavajui

mehanizam kojim se ujedinjuju tri od etiri osnovne sile u prirodi, predstavljajui veliki broj super-

simetrinih estica sa istim kvantnim brojevima kao i kod standardnog modela estice, razlikujui sesamo u spinskom broju.


18/25

18

3.6.4. LHCb - Large Hadron Collider beautyZadatak LHCb eksperimenta je da nam pomogne razumjeti zato ivimo u Svemiru koji je sastavljen

od materije i koji, ini se, ne sadri antimateriju. Specijaliziran je za istraivanje razlika izmeu

materije i antimaterije prouavajui esticu nazvanu dubinski kvark ili b kvark. Umjesto da okruuje

cijelu mjesto sudara sa detektorom estica, LHCb eksperiment koristi seriju poddetektora kako bi

uoio uglavnom prednje estice zrake. Prvi poddetektor je smjeten blizu take sudara estica, dok suostali rasporeeni jedan iza drugog na duini od 20 m. Sudarom estica u velikom sudarau nastae

veliki broj razliitih tipova kvarkova, koji e se kasnije najvjerovatnije postojati u nekom drugom

obliku. Da bi uhvatio b kvark, LHCb koristi veoma napredne pokretne detektore smjetene blizu

putanje zraka koja krui kroz Veliki sudara. Na ovom eksperimentu radi 650 naunika iz 48 instituta

iz 13 zemalja. LHCb-ov detektor lestica je spektrometar sa polarnom ugaonom pokrivenou od 10 do

300 miliradijana (mrad) u horizontalnoj i 250 mrad u vertikalnoj ravni. Asimetrija izmeu hirozon-

talne i vertikalne ravni odreena je velikim dipolnim magnetom sa glavnom komponentom u

vertikalnom pravcu. Tzv. vertex detektor (poznat kao VELO) je napravljen u podruju meudjelovanja

protona. Koristi se za izraunavanje putanja estica blizu take sudaranja kako bi se precizno

razdvojile primarni i sekundarni zraci. Iza vertex detektora smjeten je RICH-1 detektor estica (Ring

Imaging Cherenkov Detector). Koristi se za identifikaciju estica. Glavni sistem za praenje jesmjeten ispred i iza dipolnog magneta. Koristi se za rekonstrukciju putanja nabijenih estica i

mjerenje njihovog impulsa. Nakon ovog sistema dolazi RICH-2 detektor. On identificira estica sa

velikim impulsom. Energiju elektrona, fotona i hadrona mjere elektromagnetski i hadronski

kalorimetri. Do sada su vreni razni eksperimenti sa W i Z bozonima, kao i nekim mezonima.

LHCb detektor


19/25

19

3.6.5. TOTEM - TOTal Elastic and diffractive cross section MeasurementTOTEM eksperiment prouava fiziku koju nije mogue objasniti opim eksperimentima. U sklopu

prouavanja, TOTEM e mjeriti veliinu protona. Da bi ovo uinio TOTEM mora biti u mogunosti

detektovati estice koje su veoma blizu zraka Velikog sudaraa. Zbog toga se za ovaj eksperiment

koriste detektori smjeteni u specijalno dizajniranim vakuumskim komorama nazvanim 'Rimski lonci',

koji su spojeni sa cijevima kroz koje se kreu zrake. Osam tih vakuumskih komora su smjeteni uparovima na etiri mjesta blizu take sudaranja CMS eksperimenta. Iako su CMS i TOTEM nauno

nezavisni eksperimenti, TOTEM e dopuniti rezultate dobivene CMS detektorom i ostalim eksperi-

mentima u Velikom sudarau. Na ovom eksperimentu radi 50 naunika iz 8 zemalja.

3.6.6. LHCf - Large Hadron Collider forwardLHCfeksperiment koristi estice stvorene u Velikom sudarau kao izvor za simulaciju kosmikih zraka

u laboratorijskim uslovima. Kosmike zrake prirodno nastaju nabijenim esticama koje iz Svemira

konstantno 'bombarduju' Zemljinu atmosferu. Sudaraju se sa jezgrama atoma u gornjim slojevima

atmosfere, vodei do kaskada estica koje na kraju dolaze do Zemljine povrine. Prouavanje naina

na koji sudari u Velikom sudarau stvaraju sline kaskade estica pomoi e naunicima da protuma-

e kosmie zrake velikih razmjera koje mogu pokriti nekoliko hiljada kilometara. Na ovom eksperi-

mentu radi samo 22 naunika iz 4 drave. LHCf je ujedno obimom i znaajem najmanji eksperiment u

Velikom sudarau.

Grafiki prikaz TOTEM eksperimenta


20/25

20

3.7. KOMPJUTERSKA MREARadom Velikog sudaraa prozvede se ogromna koliina podataka. Godinje, on proizvede 15 penta-

bajta (15 miliona gigabajta) podataka, to je, za usporedbu, dovoljno da napuni vie od 3,4 miliona

DVD medija. Hiljade naunika iz cijeloga svijeta imaju potrebu da pristupe i analiziraju ove podatke,

tako da CERN sarauje sa institutima iz 34 zemlje, uz iju pomo je kreirana Svjetska kompjuterska

mrea Velikog sudaraa, poznata pod skraenicom WLCG (Worldwide LHC Computing Grid). Podacidobiveni eksperimentima u Velikom sudarau, podijeljeni su irom svijeta, sa primarnom rezervnom

kopijom spremljenom u CERN-u u vicarskoj. Nakon poetne obrade, podaci se alju na 11 velikih

kompjuterskih centara u: Kanadi, Francuskoj, Njemakoj, Italiji, Holandiji, Nordijske zemlje, paniji,

Kini, Velikoj Britaniji i na dva centra u SAD-u. Za slanje ovih podataka koristi se mreni servis za slanje

podataka kojeg je razvio EGEE (od eng. Enabling Grids for E-sciencE). Svi centri imaju dovoljnu

mogunost spremanja podataka koji se penose i podrku za cijelu komjutersku mreu. Sa CERN-om

su spojeni optikim kablovima s vlaknima koje prenose podatke brzinom 10 gigabita u sekundi. Ovi

tzv. centri prvog ranga prenose podatke na preko 160 centara drugog ranga radi posebnih analiza.

To omoguava naunicima da pristupaju podacima Velikog sudaraa iz vlastitih zemalja korisei lokal-

ne kompjutere namijenje tome, ili ak i vlastite PC-eve.

3.8. SIGURNOST VELIKOG SUDARAAVeliki sudara dostie energije koje ni jedan akcelerator estica nikada prije nije dostigao. Brige oko

sigurnosti zbog bilo ega to bi te velike energije mogle stvoriti su natjerale naunike na istraivanja

koja traju ve godinama. Pod svjetlom novih eksperimentalnih nalaza i raznih teorija, Grupa za

procjenu sigurnosti Velikog sudaraa (LSAG -LHC Safety Assessment Group) je napravila detaljnu

analizu ranije postavljene procjene sigurnosti koju su napravili nezavisni naunici u 2003. godini. Ova

grupa potvruje i proiriju zakljuke izvjetaja iz 2003. godine, kojima je utvreno da Veliki sudara

ne predstavlja opasnosti i da ne postoje razloszi za zabrinutost. ta god da on napravi, priroda je ve

vie puta uinila u toku ivota planete Zemlje i drugij astronomskih tijela. Ovi izvjetaje je odobrilo iVijee CERN-a.

3.9. KOSMIKE ZRAKEVeliki sudara, kao i drugi akceleratori estica, ponovno stvara prirodni fenomen kosmikih zraka pod

laboratorijskim uslovima, ime omoguava naunicima da ih detaljnije posmatraju. Kosmike zrake su

estice nastale u Svemiru, od kojih su neke ubrzane do energija koje nadmauju one koje u eksperi-

mentima dostiu u Velikom sudarau. Enerigija i brzina kojom dolaze do Zemljine atmosfere su

mjerene eksperimentalno ve oko 70 godina. U prolih milijardu godina, sa naom planetom nainile

su broj sudara koji bi Velikim sudaraom dostigli tek nakon nekih milion sudara. Naa planeta, uprkostome, i dalje postoji. Astronomi posmatraju ogroman broj velikih nebeska tijela irom Svemira, koje

takoer primaju kosmike zrake. U cijelom svemiru odvija se vie od 10 biliona (10 miliona miliona)

sudara kakvi se odvijaju u Velikom sudarau. Uprkos svemu tome, galaksije i zvijezde u Svemiru i

dalje postoje, zbog ega su sve brige zbog mogunosti bilo kakvih opasnih pojava potpuno

bespotrebne.


21/25

3.10. MIKROSKOPSE CRNECrna rupa je nebesko tijel

koncentrisano od mase s gravitacio

nim poljem tako jakim da ak i izla

na brzina iz najbliih taaka prekora

uje brzinu svjetlosti. To znai dnita, pa ak ni svjetlost, ne mo

izai iz njene gravitacije, te je otud

i naziv crna. Teoretski crne rup

mogu biti bilo koje veliine, o

mikroskopskih do onih veliin

opservabilnog Svemira. Postojanj

crnih rupa je predvieno u op

teoriji relativiteta. Prema klasin

opoj relativnosti ni informacije ni

materija ne mogu stii iz unutra

njosti crne rupe do vanjskog posmatraa. Efekti kvantne mehanik

mogu dopustiti da materija i energi

od toga ta je upalo u crnu rup

opservacijama. U prirodi crne rup

zavre svoj ivot. Tada prikupe ogr

po kojima bi u Velikom sudarau

Crne rupe u Svemiru su daleko te

Prema dobro utvrenim svojstvim

nje mikroskopskih crnih rupa u Vel

predviaju stvaranje ovakvih estiaju da bi se te mikroskopske crne

bi imala dovoljno vremena da po

predvia da bi se takve mikroskop

moe pokazati da su bezopasne pr

se estica koja je nastala sudarom

prilikom sudara kosmikih zraka

Razlozi za ovo zavise od toga da li

crne rupe u Svemiru smatra se da i

ovom sluaju one bi meudjelovale

Sunce, nebitno jesu li proizvedene

Sunce jo uvijek postoje, iskljuujuopasne elektriki nabijene mikrosk

elektrini naboj, njihova meudjel

kosmike zrake, mogle bi mirno oti

mogle ostati na njoj. Kako god, u S

postojanje ovakvih gustih tijela, u

rupa u Velikom sudarau.

Prikaz crne rupe u Svemiru

UPEo

-

-

-

ae

a

e

d

e

e

j

j

i

-

-

ja zrae iz crnih rupa. Ipak, smatra se da priroda zr

u prolosti. Postojanje crnih rupa podrano je

e se formiraju kada odreene zvijezde, mnogo v

omnu koliinu materije u veoma mali prostor. Pos

mogle nastati mikroskopske crne rupe, sudarima

e nego bilo ta to bi se moglo proizvesti Veliki

gravitacije, opisanih Einsteinovom teorijom relat

ikom sudarau je nemogue. Meutim, postoje ne

a sudarima u Velikom sudarau. Sve ove teorije trupe, ak i ako bi nastale, odmah raspale. Zbog tog

ne 'gutati' materiju i naini makroskopske efekt

ske crne rupe raspale, ak se i za hipotetiki sta

uavajui posljedice njihovog stvaranja kosmikim

u Velikom sudarau kree mnogo sporije nego on

a nebeskim tijelima, mogue je demonstrirati d

rna rupa ima elektrini naboj, ili je neutralna. Za

imaju elektrini naboj, jer su nastale od estica sa

sa obinom materijom i bile bi zaustavljene dok o

kosmikim zrakama ili Velikim sudaraem. injeni

mogunost da bi kosmike zrake ili Veliki sudarapske crne rupe. Kada takve mikroskopske crne ru

ovanja sa Zemljom bi bila veoma slaba. One ko

ii od Zemlje u Svemir, dok bi one koje proizvede

emiru postoje mnogo vea i gua tijela od Zemlj

ljuujui i Zemlju, iskljuuje mogunost stvaranja

21

enja ne zavisi

astronomskim

ee od Sunca,

oje nagaanja

para protona.

m sudaraem.

iviteta, stvara-

ke teorije koje

akoer predvi-a, crna rupa ne

e. Iako teorija

ilne crne rupe

zrakama. Iako

a koja nastane

a nije opasna.

noge stabilne

el. nabojem. U

ilaze Zemlju ili

ica da Zemlja i

ogli proizvestipe ne bi imale

je bi proizvele

Veliki sudara,

. Kontinuirano

opasnih crnih


22/25

22

3.11. STRANGELETIStrangeletom nazivamo hipotetiku mikroskopsu nakupinu 'udne materije' koja je sastavljena od

gotovo jednakg broja estica nazvanih gornji, donji i udni (strani) kvarkovi. Prema veini teoretskih

radova, strangeleti bi se trebali pretvoriti u obinu materiju u roku od milijarditog dijela sekunde

nakon njihovog nastanka. Postavlja se pitanje: da li strangeleti mogu srasti s obinom materijom i

pretvoriti je u udnu materiju? Ovo pitanje postavljeno je prije poetka rada Relativistikog sudaraatekih jona (Relativistic Heavy Ion Collider - RHIC) u SAD-u 2000. godine. Studija iz tog perioda poka-

zala je da ne postoje razlozi za brigu. Relativistiki sudara od tada traga za strangeletima bezuspje-

no. U nekim eksperimentima, u Velikom sudarau ubrzavaju se teki joni ba kao i u Relativistikom

sudarau. Veliki sudara ima proizvodi daleko vie energije od Relativistikog sudaraa, to ini

pronalazak strangeleta jo manje vjerovatnim. udnoj materiji je veoma teko da se odri sastavljena

zbog veoma velikih temperatura proizvedenih u ovakvim sudarima, ba kao to se npr. led ne moe

formirati u vreloj vodi. Uz to, kvarkovi formirani u Velikom sudarau su mnogo rjei od onih formi-

ranih u Relativistikom sudarau, to jo vie oteava stvaranje udne materije. Stvaranje strangeleta

u Velikom sudarau je zbog toga mnogo manje vjerovatno nego u Relativistikom sudarau, a dosa-

danja iskustva su pokazala da u ovakvim sudarima strangeleti ne mogu nastati.

3.12. STABILNIJE STANJE SVEMIRAPostoje previanja da se Svemir u kojem ivimo ne nalazi u svom najstabilnijem stanju, te da bi ga

smetnje uzrokovane Velikom sudarau mogle 'progurati' u neto stabilnije stanje u kojem ne bismo

mogli opstati. Kada bi on mogao dovesti Svemir u takvo stanje, mogle bi i kosmike zrake. Poto se

ovo do sada nije desilo nigdje u vidljivom dijelu Svemira, gotovo je sigurno da ni Veliki sudara nee

dovesti do ove pojave.

3.13. MAGNETNI MONOPOLIMagnetni monopoli su hipotetike estice sa samo jednim magnetnim polom, ili sjevernim, ili junim.

Postoje teorije koje nagaaju da bi magnetni monopoli, ukoliko postoje, mogli dovesti protone do

raspada. Iste teorije objanjavaju da bi oni bili previe teki da se stvore u Velikom sudarau. I pored

toga, kada bi magnetni monopoli bili dovoljno lahki da nastanu u ovim eksperimentima, kosmike

zrake koje udaraju u Zemljinu atmosferu bi ih ve pravile, a Zemlja bi ih uspjeno zaustavila i zarobila.

Kontinuirano postojanje Zemlje i drugih nebeskih tijela, iskljuuje mogunost nastajanja takvih

magneta koji 'prodiru protone' u Velikom sudarau.


23/25

23

3.14. VELIKI SUDARA U 2011. GODINIak i akceleratori ponekad trebaju svoj odmor. Pauza na kojoj je Veliki sudara trenutno traje i

prilino mu godi jer se na njemu trenutno vri dovod elektrine energija, hlaenje, ventilacija, pobolj-

anje sigurnosnih sistema, odravanje vakuuma, na emu radi mnogo radnika i time ga sprema za

njegovo sljedee pokretanje u februaru 2011. godine. Uz njegovo odravanje, vre se i neke modifi-

kacije za predstojei rad. Ovo ukljuuje: instalaciju malih zavojnica za borbu protiv stvaranja elektrona u vakuumskoj komori sa

poveanim intenzitetom protonskih zraka;

zamjenu nekih UPS instalacija (eng. Uninterruptible Power Supply) kojima se dovodi energija dovelikog sudaraa, i koje su kljune za neprekidan dovod elektrine energije do bitnih sistema,

kakav je primjerice kriogenski

instalaciju dodatnih kondenzatora na QPS (eng. Quench Protection System) da bi se pripremili zamogui rast energije zraka u 2011. godini

zavretak programa koji e zamijeniti sve elektrine transformatore koji sadre tragovepolihloriranih bifenila

mnoga druga poboljanja kao npr. poboljanje kontrole zraka, transformatora struja i sl. koji subitan dio ovog CERN-ovog akceleratora.

Tehnika pauza Velikog sudaraa zavrava se krajem mjeseca januara, a u rad e biti puten polovi-

nom februara, nakon to se zavri dvosedmina kontrola kompletnog sistema.

3.15. PLANOVI U BUDUNOSTIOekuje se da e Veliki sudara raditi do 2030. godine. Do 2020. godine, bit e mu omogueno da

proizvodi vei broj sudara estica i proizvodi i sprema vie podataka. Ovo e biti napravljeno ili

poveavanjem broja estica koje krue u njemu, ili kreiranjem preciznijih putanja estica koje se

sudaraju. to se tie vremenski bliih planova, u planu je gaenje Velikog sudaraa u 2012. godini,zbog radova na njemu koji e trajati oko 15 mjeseci. Nakon ovoga, radit e do 2015. godine, kada e

ponovno doi do 15-mjesenih radova na njemu.

3.16. NASLJEDNIK VELIKOG SUDARAAKoji sudara estica e biti nasljednik Velikog sudaraa? Moda se ini prerano za postavljanje

ovakvog pitanja, ali se o ovome ve raspravljalo na meunarodnoj konferenciji u Parizu u julu prole

godine. Kao prijedlozi, data su 2 akceleratora ILC (spomenut na str.7) i CLC (Compact Linear Collider).

ILC bi sudarao elektrone i pozitrone u 35 kilometara dugom ravnom tunelu, dok bi CLC isti zadatak

izveo u kraem tunelu na mnogo veim energijama. Naalost, nijedan od njih ga nee naslijediti uko-liko ni Veliki sudara svojim otkriima ne izae iz okvira standardnog modela estice i ne otkrije

dokaze o supersimetrinim esticama. Ovo e odluiti koji je od ova dva prijedloga akceleratora bolji

za dalja istraivanja. U CERN-u se nadaju da e novi projekt biti odobren do 2015. godine, ili neto

kasnije, kada e biti pronaena i financijska sredstva kojim e Veliki sudara polahko ulaziti u

mirovinu.


24/25

24

4. ZAKLJUAK:

Veliki sudara, ma koliko velik i moan akcelerator bio, jo uvijek je veoma mlad i od njega se

u budunosti moe veoma mnogo oekivati. Dosadanji rezultati su veoma impresivni.

Naunici se nadaju da e pomou njega dobiti odgovore na sva ranije navedena pitanja u

ovom radu. Budunost fizike estica je veoma neizvijesna. Pronalazak naina izoliranja kvar-

kova, zatim potraga za antimaterijom, Higgsovim bozonom, tamnom materijom, tamnom

energijom, dodatnim dimenzijama prostora itd. mogli bi u potpunosti promijeniti shvatanje

Svemira u kojem ivimo. Brige o unitenju nae planete pomou Velikog sudaraa su za

naunike besmislene, pa se s toga o budunosti Zemlje ne moramo brinuti. Moe li Veliki

sudara u toj istoj budunosti fiziku pogurati u neki napredniji nivo, kao to su to u prolosti

inili Arhimed, Newton, Tesla, Bohr, Einstein i mnogi drugi? Odgovor na ovo pitanje, moratemo priekati, ali gotovo sigurno znamo da naunici nee odustati dok ne otkriju tajne

nastanka Svemira...


25/25

5. KORITENI LINKOVI

http://www.svetnauke.org/kako-rade-akceleratori http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHC-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/WhyLHC-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/HowLHC-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Heavy-ion-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHCExperiments-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/ALICE-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/ATLAS-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/CMS-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHCb-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/TOTEM-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/LHCf-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Computing-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Safety-en.html http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Facts-en.html http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/11/18/first-measurements-public-from-

lhc%E2%80%99s-lead-ion-collisions/

http://www.tportal.hr/scitech/znanost/97108/Prvi-rezultati-LHC-a-vec-ruse-neke-fizikalne-teorije.html

http://www.tportal.hr/scitech/znanost/96917/U-CERN-u-prvi-put-zarobljena-antimaterija.html

http://bs.wikipedia.org/wiki/Crna_rupa

http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/03/News%20Articles/1321846?ln=en http://www.newscientist.com/article/dn19223-what-comes-after-the-large-hadron-

collider.html

http://lcg.web.cern.ch/LCG/public/data_transfer.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_accelerator http://en.wikipedia.org/wiki/Cyclotron http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider http://cms.web.cern.ch/cms/News/2010/QCD-10-002/index.html http://cms.web.cern.ch/cms/

VELIKI SUDARAC - LHC

Documents

Transcript of VELIKI SUDARAC - LHC