مصادم الهدرونات الكبير

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

إحداثيات: 46°14′N 06°03′E / 46.233°N 6.050°E / 46.233; 6.050

Commons-emblem-issue.svg هذه مقالة عن موضوع اختصاصي. يرجى من أصحاب الاختصاص والمطلعين على موضوع المقالة مراجعتها وتدقيقها. (أكتوبر_2010)
نظام الهدرونات الكبير والمعجلات المساعدة, منها معجلات البروتونات(PS (Proton Synchrotron وSuper Protron Synchrotron) SPS). كما يوجد المعجل الخطي الذي يسمح بتعجيل البروتونات وكذلك تعجيل أنوية ذرات الرصاص Pb لاستخدامها في إجراء البحث العلمي حيث تبلغ كتلتها نحو 212 مرة من كتلة البروتون.
خريطة توضح موقع مصادم الهدرونات الكبير على الحدود بين فرنسا وسويسرا ، وهو تحت الارض على عمق 100 متر .


مصادم الهدرونات الكبير (بالإنجليزية: Large Hadron Collider) (اختصاراً LHC) هو أضخم مُعجِّل جسيمات وأعلاها طاقة وسرعة، يستخدم هذا السينكروترون لمصادمة جسيمات دون ذرية وهي البروتونات بطاقة تصل إلى 7 تيراإلكترون فولت (1.12 ميكروجول). يعجّل فيض من البروتونات في دائرة المعجل إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء تصل طاقة حركتها 3.5 تيرا (1 تيرا =1012) إلكترون فولت TeV، وفي نفس الوقت يقوم المعجل بتسريع فيض آخر من البروتونات في الاتجاه العكسي (في أنبوب دائري آخر موازي للأول) إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء أيضا بحيث تصل طاقة حركته 3.5 تيرا إلكترون فولط. تحافظ على بقاء البروتونات المعجلة في أنبوب كل فيض منها الدائري البالغ طوله 27 كيلومتر مغناطيسات قوية جدا تستهلك طاقة كهربائية عالية تستلزم التبريد بالهيليوم السائل ذو درجة حرارة نحو 4 كلفن أي نحو 270 درجة تحت الصفر المئوي.[1][2].

بعد تسريع فيضي البروتونات إلى سرعة 3.5 تيرا إلكترون فولط في اتجاهين متضادين، يسلط فيضي البروتونات عند نقاط معينة للالتقاء والتصادم ببعضهما البعض، وتصبح طاقة التصادم بين كل بروتونين 7 تيرا إلكترون فولط. خصصت 4 نقاط لتصادم البروتونات على دائرة المعجل الكبرى البالغ محيطها 27 كيلومتر. وأنشئت عند تلك النقاط مكشافات (عدادات) لتسجيل نواتج التصادمات، ومن المتوقع أن تحتوي نواتج الاصطدام على جميع الجسيمات دون الذرية المعروفة لنا منها إلكترونات ومضاد الإلكترون وبروتونات ونقائض البروتونات وكواركات وغيرها، ويأمل العلماء اكتشاف جسيمات أولية جديدة لا نعرفها.

مصطلح هادرون يشير إلى الجسيمات التي تحتوي على الكواركات ومن تلك الجسيمات البروتون والنيوترون. بينما يمتلك البروتون شحنة كهربائية موجبة لا يمتلك النيوترون شحنة كهربائية. لهذا السبب يمكن تعجيل البروتونات في المعجل أو المصادم بواسطة تسليط مجال كهربائي عليها ومتواصلا عبر دائرة المعجل، ولا يمكن تعجيل النيوترونات. هذا يعني أن مصادم الهدرونات الكبير ما هو إلا معجل للبروتونات، ويسمى الكبير حيث أن دائرته يصل قطرها 27 كيلومتر على الحدود بين سويسرا وفرنسا بالقرب من مدينة جينيف وهو مبني 100 متر تحت الأرض بحيث لا تصل إليه أشعة كونية تشوش على قياساته.[بحاجة لمصدر]

الغرض منه[عدل]

نواتج حدث افتراضي يمكن ان يسجلها مقياس CMS، ويمكن أن تحتوي على بوزون هيغز.

أحدها سيتناول معظم الأسئلة الأساسية في الفيزياء، وهي مسائل متعلقة ببناء الكون وفهمها عن طريق فهم الجسيمات المكونة للكون، أنواعها وطرق التآثر بينها وأي فهم أعمق لقوانين الطبيعة ونشأة الكون، حاله، ومصيره.

ويوجد هذا المصادم في أنبوب محيط دائرة طوله 27 كيلومتر (17 ميل) على عمق 175 متر (570 قدم) تحت الحدود الفرنسية السويسرية بالقرب من مدينة جنيف.

تبنت المنظمة الأوروبية للبحث النووي (CERN) بناء مجمع مصادم الهادرونات الكبير، وذلك لشدة الشغف على ما يمكن تحصيله من اكتشافات عن الجسيمات الأولية، من خلال البحث العلمي للجسيمات عند السرعات العالية، وبصفة خاصة التحقق من وجود بوزون هيغز الافتراضي [3] والعائلة الكبيرة من الجسيمات الجديدة التي تنبأ بها التناظر الفائق.[4].

يقوم بتمويل مصادم الهدرونات الكبير المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية، وتعاون على بنائه أكثر من 10000 فيزيائي ومهندس من 100 دولة ومئات من الجامعات والمختبرات[5].

وتتعلق الاكتشفات التي سوف يحققها مصادم الهدرونات الكبير بالإجابة على مسائل أساسية في مجال الطبيعة، يخص الفيزيائيين منها قوانين التآثر بين القوى المختلفة المؤثرة على الجسيمات الأولية، وكيفية بناء الكون من تلك الجسيمات والزمان والمكان، والتأثير الكمومي لميكانيكا الكم والنظرية النسبية، حيث أن ما توصلنا إليه حتى الآن من نظريات لا يزال غامضا في مجمله. ذلك لأن كل من تلك النظريات يستطيع تفسير ركن من أجزاء الطبيعة ولا يستطيع تفسير أركان أخرى أوسع. من ضمن المسائل المرجو أن تجيب عليها نتائج مصادم الهدرونات الكبير المسائل الآتية: [6]

[7][8][9]

  • مسألة التناظر العظيم وهي خاصة بالنموذج الأساسي لتركيب الجسيمات الأولية وكذلك مسألة تناظر بوانكاريه، وظاهرة وجود نقيض لكل جسيم نجده في الطبيعة، مثل نقيض الإلكترون ونقيض البروتون وهكذا.

[10][11][12]

  • هل توجد أبعاد للكون أكثر من الثلاثة أبعاد المكونة من س ،ص ،ع (أو فوق-تحت، أمام-خلف، يمين-يسار)، بالإضافة إلى بعد الزمن؟ كما تفترضه نظرية الأوتار.
  • [13] ?[14]
  • ما هي طبيعة المادة المظلمة التي نشاهد تأثيرها في تشكيل الكون وتمثل 23% من مادة الكون؟

وتساؤلات أخرى تتعلق بـ:

  • ما هي طبيعة بلازما الكوارك-غلوون عند نشأة الكون؟

وسوف يختبر ذلك بواسطة مصادم الأيونات ALICE التابع لمصادم الهدرونات الكبير.

طريقة التشغيل[عدل]

يحتوي نفق مصادم الهدرونات على أنبوبين دائريين متوازيين يبلغ قطر مقطع الأنبوب 2.5 سنتيمتر، ومحيط دائرة الانبوب 27 كيلومتر. يُعجل في الأنبوبين فيضين من البروتونات في اتجاهين متعاكسين. ويتقاطع الأنبوبان عند أربعة نقاط موزعة على دائرتي المعجل بحيث تحدث تصادمات بين البروتونات.

وترسل البروتونات في الأنبوبين في هيئة حزم يبلغ قطر مقطعها 16 ميكرومتر وطول الحزمة 8 سنتيمتر. تحتوي كل حزمة على نحو 115 مليار من البروتونات. وعند التشغيل بالكامل تحتوي دائرتي المصادم على نحو 2800 من حزم البروتونات تدور فيه بمعدل تردد مقداره 11 كيلوهرتز. وعند تقاطع حزم البروتونات يحدث تصادم بينها، أي بمعدل 25 نانو ثانية. [15]

التجارب[عدل]

تركيب المكشاف CMS ويزن نحو 12.000 طن أثناء تركيبه تحت الأرض (عام 2007).

يحدث التقاء واصطدام فيضي البروتونات المتعاكسان عند نقاط معينة على مسار المعجل وتنصب عند تلك النقاط أجهزة القياس الضخمة التي تمكّن من تسجيل جميع الجسيمات الناشئة عن اصطدام بروتونين. وتوجد أجهزة القياس المعدة في غرف تحت الأرض ومنها المكشاف أطلس ATLAS ومكشاف الميونات CMS و LHCb وتجربة أليس ALICE و TOTEM (أنظر الشكل). ويبلغ وزن مكشاف أطلس نحو 7000 طن والمكشاف CMS نحو 12000طن، وقد أُعدّ هذان المكشافان (عدادات جسيمات) خصيصا من أجل التأكد من قياس كل منهما على حدة، فإذا سجل أحدهما جسيما غريبا ذا مواصفات معينة، يمكن التحقق من صحة ذلك عن طريق المقياس الآخر.

أي أن التجربتين تعملين على اكتشاف جسيمات أولية جديدة لا نعرفها تدخل في تكوين الكون، أو أن يكون لها دور في نشأة الكون وتكوينه في الماضي. الفكرة وراء الموضوع هو أن اصطدام بروتونين تبلغ كتلة الواحد منهما 0.94 جيجا إلكترون فولت على مربع سرعة الضوء وعند سرعات تعادل 7 تيرا إلكترون فولت ينتج عنه أعدادا كبيرة من مختلف الجسيمات الأولية منها الكبير ومنها الصغير وذلك عن طريق تحول الطاقة عند الاصطدام إلى مادة (جسيمات أولية) طبقا لمعادلة تكافؤ المادة والطاقة لأينشتاين، فطاقة 7 تيرا إلكترون فولت - وهي طاقة اصتدام بروتونين - تكفي لأن يتولد منها نحو 7000 من البروتونات، حيث كتلة البروتون 0.94 جيجا إلكترون فولت فقط.

E = m c2

حيث:

وحيث أن كتلة البروتون تبلغ 0.938 غيغا إلكترون فولت على مربع سرعة الضوء فإن طاقة البروتونين المتصادمين بطاقة 7 تيرا إلكترون فولت تكفي لإنتاج أكثر من 7000 بروتون عند تحول طاقتهم (البالغة 7 مليون مليون إلكترون فولت) إلى مادة.[بحاجة لمصدر] لكن طاقة البروتونات المعجلة لن تتحول إلى بروتونات فقط، وإنما ينشأ عنها بالإضافة جسيمات أولية كثيرة ومختلفة، منها الكواركات والميزونات وغيرها. كما تسمح طاقة التصادم العالية بإنتاج جسيمات أولية قد تكون 200 مرة أثقل من البروتون. ويأمل العلماء في اكتشاف أنواعا جديدة من الجسيمات لا نعرفها.[بحاجة لمصدر]

في 10 سبتمبر 2008 أتمّ فيضا البروتونات تسارعهما في المعجل بنجاح وبقيت في المدار الرئيسي للمصادم LHC للمرة الأولى من دون أن تصطدم بجدار الأنبوبين.[16]، ولكن بعد 9 أيام, توقفت العمليات نتيجة لخطأ خطير في التوصيلات الكهربائية لأحد المغناطيسات فائقة التوصيل الذي يبرد بالهيليوم السائل عند درجة 4 كلفن.[17]. وقد استغرق إصلاح الأضرار الناجمة وتثبيت ميزات إضافية للسلامة أكثر من سنة[18][19].

وبتاريخ 20 نوفمبر 2009، أتم فيضا البروتونات دورتهما للمرة الثانية بنجاح[20]، مع حدوث أول تصادم بروتون-بروتون تم تسجيله بعد ثلاثة أيام من حقن طاقة 450 GeV لكل شعاع[21]. مما جعل مصادم الهدرونات الكبير أعلى مصادم جسيمات طاقةً في العالم وذلك في يوم 30 نوفمبر 2009، حائزا على الرقم العالمي الجديد وهو 1.18 TeV لكل شعاع ومتجاوزا الرقم العالمي السابق الذي ناله تيفاترون في فيرميلاب في باتافيا بولاية إلينوي[22].

  • بالنسبة إلى الاختبارات بواسطة أيونات الرصاص الثقيلة، فيمكن بواسطتها الوصول إلى طاقة إجمالية للاصطدام قدرها 1146 تيرا إلكترون فولت. ومن المخطط أن يقوم مكشاف أليس ALICE-Detector بتسجيل نواتج اصتدام فيضي أيونات الرصاص وهذا المكشاف قد بني خصيصا لهذا الغرض. ولكن يمكن أيضا للمكشاف أطلس وكذلك مكشاف CMS القيام بدراسة تصادم الأيونات الثقيلة عند تلك الطاقات العالية جدا.[بحاجة لمصدر]

مكشاف أطلس[عدل]


مكشاف أطلس تركيبه تحت الأرض على عمق نحو 100 متر ، يبلغ وزنه بالكامل نحو 7000 طن.

مكشاف أطلس هو عداد ضخم جدا يبلغ طوله 45 متر ويزن 7000 طن ويبلغ قطره 22 متر. ويتألف من 4 أنظمة لعدادات الجسيمات تغلف كل طبقة منها الطبقة التي تحتها. كما هو الحال عند إجراء تجارب تصادمات الجسيمات الأولية السريعة تحيط الأنواع المختلفة من عدادات الجسيمات بنقطة الاصطدام وتغلفها هنا في أربعة طبقات متتالية، بحيث تسجل كل طبقة نوعا آخر من الجسيمات وسرعاتها، كما تسجل خصائص أخرى للجسيمات مثل شحنتها الكهربائية وكتلتها، كما تتيح معرفة طاقتها عن طريق قياس مسار كل جسيم وانحرافه بالمجال المغناطيسي.

لولب مركب للميون[عدل]

تركيب اللولب المركب للميونات CMS. وللمقارنة انظر حجم الشخص (أصفر) المرسوم تحته.

هو مكشاف لجسيم الميون وجسيمات أخرى تنشأ عند اصتدام البروتونات بعضها البعض ، ويرجى من هذا العداد اكتشاف جسيم بوزون هيغز الجاري البحث عنه. وصمم اللولب المركب كعداد يستطيع تسجيل وقياس عدة خصائص تتعلق باصتدام البروتونات عند طاقة عالية جدا تبلغ 14 تيرا إلكترون فولت وهي سرعات تخضع للنظرية النسية يقوم المصادم بتسريعها إلى هذا الحد. بينما تبلغ كتلة البروتون 1 جيجا إلكترون فولط يأمل العلماء من اكتشاف بوزونات تبلغ كتلتها بين 100 و 200 جيجا إلكترون فولت. أي أثقل من الروتونات نفسها بنحو 100 إلى 200 مرة ، إذ تتحول طاقة الحركة للبروتونات (المعجلة تعجيلا سريع جدا جدا ) إلى مادة وقد تظهر في هيئة تلك البوزونات التي تفترض وجودها نظرية هيغنز .

الميونات هي جسيمات أولية صغيرة الكتلة بين الإلكترون والبروتون ، لذلك تظهر كثيرا في المعجلات الكبيرة والصغيرة ، وهي من أوائل الجسيمات التي سوف يُستدل عليها عن حسن عمل المكشاف.

معلومات عامة[عدل]

يشار إلى هذا المعجل بالأحرف الأولى من اسمه بالإنجليزية LHC وحاليا هو أكبر مُعجِّل جسيمات في العالم يستخدم في مصادمة أشعة بروتونية طاقتها 7 تيرا (7×1210) إلكترون فولت. في جوهره هو أداة علمية تجريبية الهدف منها اختبار صحة فرضيات وحدود النموذج الفيزيائي القياسي الذي يصف الإطار النظري الحالي لفيزياء الجسيمات.

يعد مصادم الهدرونات الكبير أكبر معجلات الجسيمات في العالم حاليا وأعلاها طاقةً[23]، وقد بدأت فكرته في أوائل الثمانينيات وتلقى الموافقة الأولى من مجلس CERN في ديسمبر 1994 وبدأت أعمال الإنشاءات المدنية في أبريل 1998.

بعد تمام التركيبات في المصادم وتبريده إلى درجة حرارته التشغيلية النهائية وهي تقريبا 1.9 ك (-271.25 مئوية)، وبعد أن أجري حقن مبدئي لحزم جسيمات فيما بين 8 و 11 أغسطس 2008[24][25]، جرت المحاولة الأولى لتدوير شعاع في المصادم بأكمله يوم 10 سبتمبر 2008[26] في الساعة 7:30 بتوقيت جرينتش. والمصادمة الأولى عالية الطاقة وكان من المخطط أن تحدث بعد افتتاح المصادم رسميا في 21 أكتوبر 2008 [27] إلا أنه أقر تأجيلها لنهاية نوفمبر من نفس العام لأسباب تقنية ومع ذلك تأخرت العملية أكثر حتى نوفمبر 2009.

عند تشغيله وبدء التجارب العملية من المنتظر أن ينتج المصادم الجسيم الغير معروف بوزون هيغز والذي ستؤدي مشاهداته إلى تأكيد تنبؤات النموذج القياسي ومن الممكن أن تفسر كيف تكتسب الجسيمات الأولية خصائص مثل الكتلة. توكيد وجود بوزون هيغز (أو عدمه) سيكون خطوة هامة على طريق البحث عن نظرية التوحيد الكبرى يُقصد منها توحيد ثلاث من القوى الأساسية الأربعة المعروفة وهي الكهرومغناطيسية والنووية القوية والنووية الضعيفة تاركة الجاذبية فقط خارجها، كما قد يعين بوزون هگز على تفسير لماذا يكون الجذب ضعيفا مقارنة بالقوى الأساسية الأحرى. إلى جوار بوزون هگز يمكن أن تنتج جسيمات نظرية أخرى من المخطط البحث عنها، منها الغريبات والثقوب السوداء الصغروية والأقطاب المغناطيسية الأحادية والجسيمات فائقة التناظر.

أثيرت مخاوف حول أمان المصادم من حيث أن تصادمات الجسيمات عالية الطاقة قد تنجم عنها كوارث، منها إنتاج ثقوب سوداء صغروية ثابتة وغريبات، ونتيجة لهذا نشرت عدة تقارير لحساب CERN تلتها أوراق بحثية تؤكد على أمان تجارب مصادمة الجسيمات. إلا أن إحدى الأوراق البحثية نشرت يوم 10 أغسطس 2008 تصل إلى نتيجة معاكسة مفادها أن "في حدود المعرفة العالية يوجد خطر غير محدد من إنتاج ثقوب سوداء صغروية ثابتة في المصادمات"، وتقترح الورقة خطوات يمكن أن تساعد على تقليل الخطر

التصميم التقني[عدل]

النفق الموجود به مصادم الهدرونات الكبير.

يعتبر هذا المصادم هو الأضخم والأعلى طاقة مصادم لتسريع الجسيمات في العالم. ويتكون من نفق دائري مطوق بمسافة 27 كم (17 ميل) على عمق ما بين 50 إلى 175 متر تحت سطح الأرض[28]، وقطر النفق الذي توجد به مغناطيسات تعجيل البروتونات 3.8 امتار، والنفق مغلف بالخرسانة الاسمنتية، تم انشاؤه ما بين 1983 و 1988[29]. وقد كان يستخدم سابقا كمخزن لمصادم الكترون-بوزيترون العملاق, ويعبر النفق الحدود السويسرية الفرنسية عند أربعة أماكن وإن كان معظمها داخل فرنسا. وتحتوي المباني السطحية على المعدات المكملة مثل الضواغط، ومعدات التهوية، ومراقبة الإلكترونات ومصانع التبريد. يحتوي نفق المصادم على حزمة من أنبوبين متجاورين يبلغ قطر كل منهما نحو 2.5 سنتيمتر، كل منهما يحتوي على حزمة بروتونات والبروتون هو أحد أنواع الهدرونات)، أي الجسيمات الأثقل من الإلكترون. وتُعجل الحزمتان في إتجاهين متضادين خلال النفق، ويوجد عدد 1.232 من المغناطيسات ثنائية الأقطاب (dipole magnet) والتي تحصر الحزمة في المسار الدائري الصحيح داخل كل انبوب. بينما أضيف لها 392 مغناطيس رباعي الأقطاب (Quadrupole magnets) للإبقاء على تركيز الحزمة [الفيض)، وبغرض رفع فرص التفاعل (الاصتدام) بين البروتونات السريعة في 4 نقاط للتفاعل، حيث يُوجـّه فيضي البروتونات للاصتدام ببعضهما البعض. وبالإجمالي تم تركيب أكثر من 1600 مغناطيس شديد التوصيل بوزن يزن الواحد منها نحو 27 طن.

هناك حاجة لحوالي 96 طنا من الهيليوم السائل للإبقاء على درجة حرارة تشغيل المغناطيس (1.9 كلفن) جاعلا من المصادم أكبر وحدة تبريد فائق في العالم بما تحتوي عليه من سائل الهيليوم المبرد [30].

تسرع البروتونات مرة أو مرتان يوميا من 450 جيجا الكترون فولت إلى 7 تيرا إلكترون فولت، ويزداد مجال التوصيل الضخم للمغناطيس الثنائي من 0.54 T إلى 8.3 T.

سترفع طاقة كل بروتون بعد ذلك إلى 7 TeV (تيرا إلكترون فولت)، أي أن تصادم كل بروتونين سيعطى طاقة إجمالية قدرها 14 TeVتيرا إلكترون فولت. عند هذه الطاقة سيكون للبروتونات معامل لورنتز يقدر بـ 7,500 وتتحرك بسرعة 99.9999991% من سرعة الضوء.[31] هذا يعني أنها تستغرق أقل من 90 ميكروثانية (μs) لإجراء لفة واحدة كاملة في الحلقة الرئيسية. أي أنها يمكن أن تقطع 11,000 دورة في الثانية الواحدة. بدلا من إرسالها بحزم متواصلة، سوف ترسل على دفعات حزمية عددها 2,808 دفعة، للسماح بحدوث التفاعلات بين الفيضين على مراحل متقطعة، لا يقل الزمن بينها عن 25 نانوثانية(ns)، أي 0.000000025 من الثانية. مع ذلك تم تشغيله بدفعات أقل عند بدء تسليمه، بإعطائه مهلة75 ns.

التكلفة[عدل]

وفقا لإحصائيات يناير 2010 تقدر التكلفة الاجمالية للمشروع 6 مليار يورو (9 مليار دولار أميريكي) تقريبا كما أن سيرن صرحت بأن تكاليف الصيانة قد تصل إلى 16.6 مليون يورو. تمت الموافقة على البناء في 1995 بميزانية 1.6 مليار يورو بلإضافة إلى 140 مليون يورو لتغطية تكلفة التجارب. ومع ذلك ففى عام 2001 تمت مراجعة التكلفة فتبين انها تخطت ما هو مقدر لها بحوالى 300 مليون يورو للمعجل أو المسرع و 30 مليون يورو للتجارب ومع انخفاض ميزانية الوكالة تم تأجيل موعد الانتهاء من سنة 2005 إلى سنة 2007.

تم انفاق 120 مليون يورو من الميزانية المضافة على المغناطيس عالى التوصيل . كما كان هناك العديد من المصاعب الهندسية حدثت أثناء إنشاء كهف تحت الأرض للولب مركب للميون Compact Muon Solenoid.وكان هناك مصاعب أخرى بسبب تقديم اجزاء أو معدات بها خلل للوكالة من خلال بعض معامل الابحاث المشاركة مثل معمل أرجون الوطني الأمريكي و معجل فيرميلاب.

النتائج الأولية للتجربة[عدل]

  • في 20 نوفمبر 2009 أمكن تسريع حزمة من البروتونات مرة أخرى بنجاح. تم تسجيل أول تصادمات بروتون-بروتون بطاقة بلغت 450 GeV للجسيم الواحد في 23 نوفمبر 2009.
  • في 18 ديسمبر 2009 تم إيقاف المصادم بعد الفحص الأولي الذي نتج عنه طاقات تصادمات بروتونية وصلت 2.36 TeV، بدفعات مضاعفة من البروتونات الدائرة لساعات وبيانات من أكثر من مليون تصادم بروتون-بروتون.
  • في فبراير 2010 تمت إعادة تشغيل المصادم الكبير بعد بعض عمليات التحسين له للوصول به إلى 3.5 TeV خلال فترة التشغيل للعام 2010. سيظل المصادم عاملا على هذا المنوال وبنصف طاقته الإجمالية لقرابة 18 شهر إلى سنتين ومن ثم سيتم إيقافه ثانية لإجراء صيانة شاملة قد تبلغ كلفتها 16 مليون يورو وبعدها ستتم إعادة تشغيله بطاقة التصادمات الإجمالية 15 TeVأي في 2013.[32]
  • في 30 مارس 2010 تمت بنجاح أول خطة للتصادمات بين حزمتين طاقة كل منهما 3.5 تيرا إلكترون فولت، وبالتالي دخولها رقما قياسيا جديداً لأعلى طاقة تصادمات للجسيمات من صنع البشر.[33]
  • انتهت أول جولة للبروتونات في الرابع من نوفمبر، 2010، وبدأت جولة جديدة من أيونات الرصاص في 8 نوفمبر 2010، وستستمر حتى أوائل ديسمبر 2010.[34] سيسمح هذا لتجربة أليس بدراسة المادة عن كثب تحت ظروف مشابهة إلى حد كبير لتلك التي حدثت بعد الانفجار العظيم.[35]

بخلاف ما كان متوقعاً إيقاف المصادم خلال 2011، فقد أكّد الدكتور ميرس أن المصادم سيستمر بعمله حتى نهاية عام 2012 وذلك إثر مستجدات مثيرة حول إمكانية اكتشاف جسيم الرب أو "المادة المسؤولة عن تخليق المواد" وتأكيد وجود بوزونات هيغس خلال سنتين بدلاً من خمسة.[36] الجدير ذكره أن جميع النتائج حتى اليوم لم تسفر عن حقائق مأمولة مثل تخليق ثقوب سوداء صغرية، الأمر الذي كان قد مثل خيبة أمل لنظرية الأوتار والتي تنبأت بإمكان حدوثها عند طاقات تتراوح بين 3.5 و4.5 ترليون إلكترون فولت، ومع ذلك فهذا لا يعني أن النظرية قد فشلت وإنما تحتاج لإعادة دراستها عند مستويات طاقة أعلى طالما أن المصادم في طريقه إلى رفع طاقة التصادمات حتى 7 ترليون إلكترون فولت.[37][38][39]

في أواخر مارس من العام 2011، وبينما يعكف العلماء على دراسة العينات التي حصلوا عليها من خلال التجارب الأولية، لوحظ وجود سلوك جديد لجسيمات غريبة ونادرة بكمية متعادلة من المادة والمادة المضادة، تدعى ميزون ب - B meson، وهذه الجسيمات يعتقد بأنها المسؤولة عن كوننا الحالي وفقاً لفرضية الانفجار العظيم. ما يزيد من احتمالية وجود مثل هذه الجسيمات هو الكم الهائل من الطاقة الذي يتم استخدامه في هذا المصادم مقارنة بالمصادمات الأخرى.[40][41]

حبس المادة المضادة[عدل]

كانت أخبار قد أكدت في أوائل أبريل، 2011 نتائج مصادم الهدرونات اكتشاف سابقه، تيفاترون التي كان قد لاحظها عام 2008. وجد العلماء أن الكوارك العلوي وهو الكوارك الأثقل بين الكواركات الستة يتصرف على نحو شاذ عند الطاقات العليا (فوق 450 غيغا إلكترون فولت) حيث أن 45% من الكواركات العلوية تعبر مسار حزمة البروتونات بينما المتوقع 9%. إن صحت هذه التأكيدات فإن العلماء بذلك قد اكتشفوا قوة أساسية جديدة إضافة للقوى الأربعة المألوفة مسؤولة عن تآثر الكواركات العلوية وهذا يستدعي إعادة نمذجة النموذج العياري.[42][43] في مايو 2011 تم تأكديد نتائج أبريل مرة أخرى بعد أن كانت هناك شكوك في صحة البيانات حيث استطاع العلماء حبس 309 ذرة من نقيض الهيدروجين لزمن قياسي قدره 1000 ثانية وهو رقم قياسي جديد يفوق الرقم السابق بكثير والذي كان لفترة لا تتجاوز سدس الثانية، وبتصادم 38 ذرة. هذا شجع العلماء على تطوير مكشاف ألفا والتخطيط لتصميم مجس جديد مختص أطلق عليه مكشاف ألفا 2 ليصبح جاهزاً للعمل في 2012 الأمر الذي يسمح للباحثين بتجميع بيانات إضافية قبل إغلاق مصادم الهدرونات (بغرض التطوير أيضاً).[44][45][46]

الموارد الحاسوبية[عدل]

تم إنشاء شبكة مصادم الهادرون الكبير للحوسبة أو بلانجليزية LHC Computing Grid وذلك للتحكم بالكم الضخم من البيانات التي تنتج من مصادم الهدرونات. وهى تضم خطوط الياف ضوئية محلية بجانب خط إنترنت عالى السرعة لمشاركة البيانات بين الوكالة والمعاهد والمعامل على مستوى العالم.

نظام الحوسبة الموزع أو بلانجليزية Distributed Computing واسمة مصادم الهدرونات الكبير@المنزل أو بلانجليزية LHC@Home تم العمل فية ليدعم بناء وتقويم المصادم وهو يستخدم نظام بوينك لمحاكة كيفية انتقال الجزيئات في القناة وبهذة المعلومات سيتمكن العلماء من ضبط المغناطيس للحصول على أفضل دوران مستقر للاشعة حول الحلقات في المصادم.

أمان مصادمة الجزيئات[عدل]

كانت أثيرت مخاوف حول أمان مخطط التجارب التي ستجرى بواسطة المصادم في وسائل الاعلام والمحاكم[47]. وبالرغم من أن تلك المخاوف لا تعدم أسسا علمية نظرية تستند إليها إلا أن التوافق العام في الآراء في المجتمع العلمي هو أنه لا يوجد اي تصور واضح الخطر الناتج عن اصطدام الجسيمات في مصادم الهدرونات الكبير LHC[48].

يقول بعض الخبراء إلى ان تصادم الجزيئات قد ينتج عنه ثقب أسود قد يلتهم الأرض كلها. في حين يشير البعض إلى إمكانية إنتاج المادة الغريبة strangelet التي يمكن أن تلتهم الأرض أيضا. في حين يذهب بعض الخبراء إلى أن التركيبة أو معاملات الكونية ليست في حالة مستقرة وأن هذا الاختيار قد يعطي إشارة الانتقال نجو حالة أكثر استقرارا (يشبه تأثير الفراشة) ينقلب جزئ كبير من الكون فيه إلى فراغ أو ما يعرف بال voids أو vacuum bubble.

أما مصادر التخوف الأخرى فهي نشوء أقطاب مغناطيسيية أحاديية magnetic monopole تسبب في تلاشي البروتونات، إضافة إلى الإشعاعات الكونية المنبعثة عنها. وقد أسست السيرن CERN أي مركز البحوث النووي الأوروبي صفحة ترد فيها بشكل مقتضب على هذه المخاوف لكن لا تجزم بعدم إمكانية وقوعها. فأما عن الثقوب السوداء فهي تقول أنها يمكن أن تكون لكن عمرها سيكون من القصر بحيث لا تتمكن من امتصاص أية مادة بداخلها مما لا يجعلها اي مصدر للقلق في حين يرد البعض بان إنتاج ثقب أسود مستقر فرضية واردة. [1]

مشاكل تقنية[عدل]

  • في 19 سبتمبر 2008 احدث خلل في التبريد انحناء في 100 قطب مغناطيسي في القطاعات 3-4 متسببا في تسرب ما يفارب 6 طن من الهيليوم في القناة وبالتالي ارتفاع في درجة الحرارة حوالي 100 درجة كلفن. هذه الحادثة تسبببت بتأخير عمليات الأصلاح وتأجيل التجربة قرابة العام حيث تم إصلاح الأجهزة التي تعطلت وإعادة تبريد المغانط المتأثرة [49][50]. تم مؤخرا الإعلان عن موعد الانتهاء من الإصلاح وبدأت التجربة فعلا مع نوفمبر 2009.
  • تمكن بعض قراصنة الكمبيوتر من الولوج إلى أحد حواسيب المركز وترك رسالة سخرية من العلماء ونظام أمنهم الحاسوبي.

توقف المصادم وعودته للعمل في نوفمبر 2009[عدل]

كان حريق قد شبّ في أحد موصلات الطاقة في الجهاز، في 19 أيلول (سبتمبر) 2008، ما تسبّب بإيقاف تشغيل المُصادم. وتوجّب على العلماء، حينها، انتظار تبريده قبل الشروع بصيانته وإصلاح أعطاله، واستبدال الملفات المحروقة فيه. وتضمّنت تلك العملية إعادة تفحّص عشرة آلاف ناقل للكهرباء من النوع الفائق التوصيل Super Conductor، تساهم في التيار العالي الذي يتدفق في الجهاز، والذي أدى خلل فيه إلى احتراق المُصادِم في العام الماضي.

عاد المصادم بعد توقّفه لأكثر من عام مستهلاً طاقته بنصف الطاقة الإجمالية، وفي حديث إلى وسائل الإعلام، قال رولف هووِر المدير العام لمركز سيرن:

«اخترنا طاقة 3.5 تيرا - إلكترون فولت كبداية لأنها تتيح لمشغلي «مُصادم الهدرونات» أن يُطوّروا خبراتهم في تشغيل الجهاز بأمان، أثناء السلسلة الجديدة من الاختبارات»

.

تأخيرات البناء[عدل]

اكتشاف وجود عطل في مسرع الجزيئات.

اكتشاف بوزون هيغز[عدل]

يوم الأربعاء 4 يوليو 2012، أعلن العلماء العاملون في المختبر في جنيف، عن اكتشافهم لأحد الجسيمات الدقيقة الموجودة ضمن المكونات الذرية، قالوا: إنه ربما يكون، على الأكثر، الجسيم المعروف باسم «بوزون هيغز»[51]، وقال العلماء في مؤتمر صحافي أنهم اكتشفوا «بوزون هيغز» الذي يلعب دورا حيويا في تشكيل الكون، في مصادم الهاردونات الكبير،. وقال العلماء إن البيانات الحالية تؤكد بدرجة كبيرة أن هناك جسيما موجودا في مجال الطاقة 125.3 جيجا إلكترون فولت - أي أنه أثقل من البروتون الموجود في نواة الذرة بنحو 133 مرة.و أكد العلماء أن نسبة الدقة في أن هذا الجسيم هو «بوزون هيغز» عالية جدا، الأمر الذي يبرر القول بأنه «اكتشاف» حقيقي.

إنظر أيضاً[عدل]

المراجع[عدل]

  1. ^ "What is LHCb". CERN FAQ. CERN Communication Group. يناير 2008. صفحة 44. اطلع عليه بتاريخ 2010-04-02. 
  2. ^ Amina Khan (31 March 2010). "Large Hadron Collider rewards scientists watching at Caltech". Los Angeles Times. اطلع عليه بتاريخ 2010-04-02. 
  3. ^ "Missing Higgs". CERN. 2008. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-10. 
  4. ^ "Towards a superforce". CERN. 2008. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-10. 
  5. ^ Roger Highfield (16 September 2008). "Large Hadron Collider: Thirteen ways to change the world". Telegraph. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-10. 
  6. ^ Brian Greene (11 September 2008). "The Origins of the Universe: A Crash Course". The New York Times. اطلع عليه بتاريخ 2009-04-17. 
  7. ^ "Why the LHC". CERN. 2008. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-28. 
  8. ^ "Zeroing in on the elusive Higgs boson". US Department of Energy. مارس 2001. اطلع عليه بتاريخ 2008-12-11. 
  9. ^ " Chris Quigg (فبراير 2008). "The coming revolutions in particle physics". Scientific American. صفحات 38–45. اطلع عليه بتاريخ 2009-09-28. 
  10. ^ Shaaban Khalil (2003). "Search for supersymmetry at LHC". Contemporary Physics 44 (3): 193–201. doi:10.1080/0010751031000077378. 
  11. ^ Alexander Belyaev (2009). "Supersymmetry status and phenomenology at the Large Hadron Collider". Pramana 72 (1): 143–160. doi:10.1007/s12043-009-0012-0. 
  12. ^ Anil Ananthaswamy (11 November 2009). "In SUSY we trust: What the LHC is really looking for". New Scientist. 
  13. ^ Lisa Randall (2002). "Extra Dimensions and Warped Geometries". Science 296 (5572): 1422–1427. doi:10.1126/science.1072567. PMID 12029124. 
  14. ^ Panagiota Kanti, "Black Holes at the LHC"; http://arxiv.org/pdf/0802.2218v2
  15. ^ P. Buning et al.: LHC design report, CERN 2004-003-v2.
  16. ^ "First beam in the LHC – Accelerating science". CERN Press Office. 10 September 2008. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-09. 
  17. ^ Paul Rincon (23 September 2008). "Collider halted until next year". BBC News. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-09. 
  18. ^ CERN Press Office (9 February 2009). "CERN management confirms new LHC restart schedule". بيان صحفي. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR02.09E.html. Retrieved 2009-02-10.
  19. ^ CERN Press Office (19 June 2009). "CERN reports on progress towards LHC restart". بيان صحفي. http://press.web.cern.ch/press/lhc-first-physics/. Retrieved 2009-07-21.
  20. ^ CERN Press Office (20 November 2009). "The LHC is back". بيان صحفي. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR16.09E.html. Retrieved 2009-11-20.
  21. ^ CERN Press Office (23 November 2009). "Two circulating beams bring first collisions in the LHC". بيان صحفي. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR17.09E.html. Retrieved 2009-11-23.
  22. ^ CERN Press Office (30 November 2009). "LHC sets new world record". بيان صحفي. http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR18.09E.html. Retrieved 2010-03-30.
  23. ^ Achenbach، Joel (2008-03-01). "The God Particle". National Geographic Magazine (National Geographic Society). ISSN 0027-9358. اطلع عليه بتاريخ 2008-02-25. 
  24. ^ "LHC synchronization test successful". CERN bulletin.
  25. ^ Overbye, Dennis (29 July 2008). "Let the Proton Smashing Begin. (The Rap Is Already Written.)". The New York Times.
  26. ^ CERN press release, 7 August 2008
  27. ^ "Large Hadron Collider to be launched Oct. 21 - Russian scientist". RIA Novosti.
  28. ^ Symmetry magazine, April 2005
  29. ^ "CERN - LEP: the Z factory". 
  30. ^ "LHC Guide booklet" (PDF). 
  31. ^ "LHC: How Fast do These Protons Go?". yogiblog. اطلع عليه بتاريخ 2008-10-29. 
  32. ^ "Large Hadron Collider to come back online after break". BBC News. 19 December 2010. اطلع عليه بتاريخ 2010-03-02. 
  33. ^ "استئناف تجارب آلة محاكاة الانفجار الكبير". BBC News. 30 March 2010. اطلع عليه بتاريخ 2010-30-03. 
  34. ^ CERN (8 November 2010). "CERN completes transition to lead-ion running at the LHC". بيان صحفي. http://public.web.cern.ch/press/pressreleases/Releases2010/PR21.10E.html. Retrieved 2010-11-08.
  35. ^ Cern Bulletin (2010) http://cdsweb.cern.ch/journal/CERNBulletin/2010/45/News%20Articles/1302710?ln=en
  36. ^ 'God particle' may be discovered soon - The Irish Times
  37. ^ LHC Reports Failure To Create Black Holes, a Setback For String Theory - POPSCI, by Rebecca Boyle Posted 12.20.2010
  38. ^ Large Hadron Collider finds no signatures of microscopic black holes - PhysOrg.com, December 19, 2010.
  39. ^ [No black holes found at LHC – yet] NEWSCIENTIST.COM
  40. ^ Exotic antimatter particle exhibits new conduct - Large Hadron Collider atom smasher turns up odd behavior for B mesons. Science on msnbc.com
  41. ^ Exotic antimatter particle produced by LHC, by James Lloyd - Cosmos Online.
  42. ^ Remodeling the standard model - ScienceNews.
  43. ^ Is Tevatron's particle a new force of nature? - guardian.co.uk.
  44. ^ Future is bright for CERN antimatter physicists -PhysicsWorld.com, Jun 7, 2011
  45. ^ CERN Scientists Refine Antimatter 'Trap' -abcnews.go.com, GENEVA June 5, 2011 (AP)
  46. ^ Antimatter successfully trapped by LHC scientists -BBC News, 6 June 2011 Last updated at 18:19 GMT
  47. ^ Boyle, Alan (2 September 2008). "Courts weigh doomsday claims". Cosmic Log. msnbc.com.
  48. ^ http://www.aps.org/units/dpf/governance/reports/upload/lhc_saftey_statement.pdf
  49. ^ http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7626944.stm Hadron Collider halted for months
  50. ^ تعليق عمل المعجل التصادمي لمدة شهرين في سويسرا
  51. ^ اكتشاف «بوزون هيغز».. أعظم إنجاز علمي منذ رحلة أبوللو نحو القمر

وصلات خارجية[عدل]