|
Astronomický snímok dňa 
|
|
|
 |
| |
Ako si isto vä?šina z vás už všimla, pod hlavi?kou systému BOINC pribudli ?alšie projekty, medzi inými aj projekt LHC@home, ktorý sa už úspešne prebudil zo svojej beta verzie. Priblížme si stru?ne vedeckú podstatu a ú?el tohto projektu, aby bolo jasnejšie, pre?o tento projekt vznikol a na ?om vlastne váš po?íta? bude participova?, ak sa rozhodnete do tohto projektu zapoji?.
LHC je skratka pre Large Hadron Collider, ?iže Ve?ký hadrónový urých?ova?. Urých?ova? je zariadenie, ktoré služi na urých?ovanie ?astíc a následne na ich zrážanie. Fyzici sa tu vo svojom úsilí v podstate podobajú de?om, ktoré tiež zo zvedavosti všetko rozoberajú na ?o najmenšie dieliky, aby zistili, že “z ?oho sa tá hra?ka skladá”. Teda fyzici v podstate rozbíjajú hmotu na ?o najmenšie ?iasto?ky (?iže ?astice), ktoré potom pomocou zložitých detektorov podrobne skúmajú.
Vedci sa snažia rozloži? hmotu na jej základné ?astice. Zatia? sa dostali po elektróny a kvarky, ale nikde nie je záruka, že i tie sa neskladajú z ešte základnejších zložiek.
V tomto prípade budú urých?ova? tzv. hadróny, ?o je súhrnný názov pre základné ?astice, z ktorých je vybudovaný atóm, od vodíka, cez kyslík, zlato, až po železo, olovo ?i urán. Ich najznámejšími zástupcami sú protóny a neutróny. Drvivú vä?šinu vašej hmotnosti tvoria práve hadróny. Najleším spôsobom ako teda rozloži? tieto ?astice je urýchli? ich na obrovské rýchlosti (takmer rýchlos? svetla) a potom ich necha? zrazi?, ?ím sa na zlomok sekundy vytvoria podobné podmienky aké panovali pri vzniku vesmíru. Jednou možnos?ou je ma? ter?, do ktorého narazia. Ovšem najvä?šie urých?ova?e sveta využívajú efektívnejší spôsob – nechajú rozbehnú? dva zväzky ?astíc proti sebe a tým získajú dvonásobnú rýchlos? a energiu zrážky. Aby sa ?astice urýchlili, využíva sa v princípe jednoduchý mechanizmus – dômyselne usporiadané a ve?mi silné supravodivé elektromagnety vytvárajú silné magnetické pole, ktoré všetkým elektricky nabitým ?asticiam dodáva energiu a teda ich urých?uje a zárove? ich udržiava skoncetrované do tenkého zväzku. Aby sa dosiahla ?o najvä?šia energia (ako vidíte, “vysoká energia” je ?arovným slovkom vo svete jadrových fyzikov, ktoré je k?ú?om k novým objavom a posúvaniu horizontu našich vedomostí), tak urých?ova? je obrovským kruhovým tunelom lemovaným magnetmi a naplneným vákuom (?astice nesmú narazi? do molekúl vzduchu). V ?om ?astice cyklicky mnohotisíkrát obehnú celý jeho obvod, kým získajú potrebnú energiu.
Odpove? je ve?mi jednoduchá - pretože naša predstava vesmíru je zatia? neúplná. Existuje tzv. Štandardný model, ktorý popisuje náš svet. Ovšem v tomto modele ve?a vecí ešte nie je vysvetlených, jednoducho zatia? “spadli z neba” a nikto nevie pre?o sú práve také ako sú. Ako príklad uvediem jeden z najdôležitejších problémov - hmotnos? základných ?astíc, ako sú práve aj spomínané hadróny (protóny, neutróny at?) ?i elektróny. Nevieme ani pre?o napríklad fotóny (?astice prenášajúce elektromagnetické vlnenie, teda aj vidite?né svetlo) nemajú žiadnu hmotnos?. Posledné teórie hovoria, ža za hmotnosti ?astíc je zodpovedná hypotetická zvláštna ?astica – tzv. Higgsov bozón. Interakcia ostatných ?astíc s Higgsovým bozónom vytvára ich hmotnos? (ako by ich k sebe “?ahal”). Ke? ho objavíme, vyplní sa táto dôležitá medzera v našich vedomostiach a my pochopíme dôležitú vlastnos? hmoty a vesmíru, z ktorej sa napríklad bude môc? da? presnejšie vypo?íta? jeho ?a?ší vývoj. Fyzika najmenších ?astíc totiž ve?mi úzko súvisí s vývojom celého vesmíru. Napríklad existujú ?astice (tzv. neutrína), o ktorých si fyzici dlhé roky mysleli, že sú podobne ako fotóny nehmotné. Ovšem posledné roky pozorovania Slnka ukázali, že to nie je pravda, nevieme však zatia? zisti? ko?ko presne vážia. Neutrín je vo vesmíre (ešte od jeho vzniku) obrovské množstvo, ak majú teda ?o i len malú hmotnos?, môže to drasticky ovplyvni? celkové množstvo hmoty vo vesmíre a tým pádom to môže úplne zvráti? ?alší vývoj nášho neustále sa rozpínajúceho Univerza. Ak totiž zistíme (priamimi experimentami zameranými na neutrína a aj v?aka objaveniu Higgsovho bozónu), ko?ko presne neutrína vážia, zistíme, ?i môže by? hmotnos? vesmíru dostato?ná na to, aby jeho gravitácia zastavila rozpínanie. V tom prípade sa vesmír za?ne opä? zmrš?ova? až skon?í v obrovskej ohnivej guli (Big Crunch) a ?as, priestor aj hmota jedného d?a zaniknú.
Druhým ve?mi zaujímavým problémom, pri ktorom by som sa chcel zastavi?, je otázka, pre?o je vesmír zložený z hmoty a nie z antihmoty. Znie to triviálne, ale fyzici zatia? odpove? nepoznajú! Vo všetkých doterajších experimentoch sa totiž hmota aj antihmota javia ako úplne symetrické a rovnocenné, sú akoby vzájomným zrkadlovým obrazom. Ke? big-bangom vznikol pred 13,6 miliardami rokmi vesmír, už krátko po jeho vzniku hmota zanihilovala s antihmotou za vzniku nepredstavite?ného množstva energie. Ak by boli navzájom skuto?ne symetrické, nezostalo by vo vesmíre ni? len ?istá energia. Žiadna hmota, žiadna antihmota. Každému je už na prvý poh?ad jasné, že to tak nie je. Kde je problém? Pre?o bolo hmoty viac ako antihmoty a pre?o vo vesmíre tento súboj titanov vyhrala práve hmota?
Na tieto aj mnohé ?alšie rovnako zaujímavé otázky nám pomôže da? odpove? najvä?šie a najsilnejšie zariadenie na skúmanie hmoty aký kedy ?udstvo zostrojilo – LHC.
Tento projekt sa zrodil na európskej pôde, konkrétne v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN) združujúcej 20 štátov. Toto centrum práve oslávilo pä?desiate výro?ie svojho vzniku a patrí medzi absolútne celosvetové špi?ky vo výskume podstaty hmoty. Je to kolos zamestnávajúci trvalo viac ako tritisíc ?udí a dalšie tisíce na krátkodobjšie stáže. CERN už prispel ve?kou mierou práve k zodpovedaniu otázok o základoch hmoty, za ?o bolo tamojším vedcom udelených už aj viacero Nobelových cien. Okrem toho, práve v CERNe bol vyvinutý napr. aj World Wide Web, pôvodne ur?ený pre potreby vzájomnej komunikácie vedcov. Aj takýto prínos predstavuje teda veda pre bežného ?loveka – nikdy neviete odhadnú?, kde všade sa investície do vedy vrátia.
Ako som už spomenul, LHC bude obrovský kruhový urých?ova?. Bude umiestnený v tunely s obvodom 27 kilometrov v h?bke približne 100 metrov pod zemou.
Celkový poh?ad na LHC
Tento tunel už existuje, leží pod územím Švaj?iarska a Francúzska, a doteraz bol v ?om umiestnený urých?ova? LEP (Large Electron and Positron Collider), ktorý je vlastne predchodcom LHC a priniesol už mnoho zaujímavých vedeckých objavov. Pri odha?ovaní tajomstiev prírody mu už však došiel dych, a preto ho nahradí práve LHC. Po obvode urých?ova?a budú na štyroch osobitných miestach prebieha? zrážky ?astíc v obrovských detektorových komplexoch, pri?om prebieha? bude pä? zakladných experimentov:
-
ALICE, ktorý bude skúma? správanie sa hmoty pri extrémnych energiách a rozpad protónov na kvarky
Detektor experimentu ALICE. Miesto zrážky ?astíc je obklopené stovkami ton dômyselných jadrových detektorov
-
ATLAS, ktorý je najvä?ším experimentom. Bude h?ada? nové ?astice vznikajúce pri zrážkach, vrátane o?akávaného Higgsovho bozónu. (pozri aj názornú animáciu)
Najrozsiahlejší z experimentov - ATLAS
-
CMS: 12 500 ton vážiaci komplex detektorov spolu s najsilnejším magnetom o sile 4 Tesla (pri zapnutí takto silného magnetu by ste zaru?ene ani celou silou neudržali kovové pero v ruke – vytrhol by vám ho z nej, v tom lepšom prípade bez prstov...). Viacero animácií nájdete na webe CERN-u, taktiež ak vás zaujíma aktuálny stav stavby detektora, pozrite si web kameru
- LHC B, zameraný na problém s antihmotou (zaujímavý je 3D poh?ad na detektor a ?asozberné videá z jeho konštrukcie. Takisto si môžte pozrie? live web kameru.
-
TOTEM, spojený s CMS, ktorý bude ma? za úlohu podrobne skúma? technické a fyzikálne parametre jednotlivých zrážok, (pravdepodobnos? ich výskytu at?).
Takto vyzerá príprava tunela a ?asti urých?ova?a LHC (stav zo septembra 2004)
Budovanie jednej z ve?kých podzemných hál v h?bke cca 100 metrov, kde budú umiestené detektory ?astíc vzniknutých pri zrážkach. Stav z februára 2003
Treba pripomenú?, že samotný urých?ova? LHC v tunely bude len jednou, i ke? samozrejme tou najdôležitejšou ?as?ou urých?ovacieho komplexu. Ostatné, menšie sprievodné urých?ova?e, budú slúži? na výrobu, udržanie a po?iato?né urýchlenie ?astíc (?i už protónov alebo tažkých nabitých jadier), ktoré potom budú vstreknuté do samotného LHC.
LHC bude produkova? neuverite?né množstvo dát – približne 15 PB (PetaBajtov = 15 miliónov GB) ro?ne. Vä?šina analyza?ných programov nemôže by? prevádzkovaných na oby?ajných PC, a CERN ako zakladate? world wide webu sa rozhodol spracováva? tieto dáta pomocou tzv. Grid computingu, ktorý vzájomne prepojí stovky najvýkonnejších po?íta?ových centier vo svete, a ktorý je v sú?asnoti vo fáze intenzívneho vývoja. Avšak niektoré z výpo?tov je možné uskuto??ova? aj na domácich PC.
CERN sa inšpiroval technológiou využívanou pri projekte SETI@home, a v?aka Frankovi Schmidtovi vyvinul program pod názvom SixTrack, ktorý produkuje výsledky nevyhnutné pre skúmanie dlhodobej stability vysokoenergetických ?astíc v LHC. Tento program simuluje ich dráhy po?as obehu v LHC, dá sa prispôsobi? podmienkam PC a vyžaduje pomerne malý objem vstupných a výstupných dát. SixTrack vo vä?šie prípadov simuluje sú?asne dráhu 60 ?astíc po?as 100 000 obehov v urých?ova?i. V skuto?nosti takúto dráhu preletia ?astice za približne 10 sekúnd. Je to dostato?ne ve?a na to, aby sa dalo zisti?, ?i bude takýto zväzok ?astíc stabilný alebo ?i hrozí strata kontroly nad jeho dráhou. V tom prípade by sa totiž zväzok dostal do kontaktu so stenou vákuovej trubice (v nej sú ?astice urých?ované), a v skuto?nom svete by to v takom prípade vyústilo do závažného problému a do prerušenia ?innosti urých?ova?a a jeho oprave. Tisícenásobným opakovaním takýchto simulácií sa dá docieli? dlhodobá stabilita urých?ovaného zväzku a tým zabezpe?i?, aby urých?ova? efektívne plnil svoj ú?el.
Team študentov pod vedením Bena Segala a spolupracujúc s riadite?om projektu SETI@home a BOINC Daveom Andersonom, vyvinul BOINC rozhranie pre SixTrack. Beta verzia screensavera (grafického volite?ného výstupu) ukazuje prierez zväzkom ?astíc, ktorých simuláciu SixTrack po?íta. Z poh?adu jadrového fyzika je najlepšie, ke? sú tieto ?astice ?o najbližšie a dlhodobo pri sebe. Rozbiehaniu zväzku bráni spomínané silné magnetické pole, ktoré symetricky obklopuje zväzok.
Grafika ukazuje kolmý prierez simulovaným zväzkom ?astíc (?iže poh?ad spredu na letiaci zväzok). ?ím dlhšie a bližšie k stredu sa nachádzajú, tým je zväzok stabilnejší a tým sú vedci spokojnejší, lebo vä?šia koncentrácia ?astíc znamená intenzívnejšiu zrážku, jednoduchšiu detekciu produktov zrážky a hlbší ponor do štruktúry hmoty. Priemer zväzku je len približne nieko?ko milimetrov, ?o je úplne v poriadku. Problém nastáva ak ?astice za?nú vyletova? zo zväzku. Vtedy je potrebné jemne upravi? umiestenie magnetov v LHC).
Na prvý poh?ad to môže vyzera? ako príliš neskoncentrované, ale uvedomme si, že ?astice letia takmer rýchlos?ou svetla a zväzok má šírku len nieko?ko milimetrov, takže udrža? takúto mnoho?asticovú „strelu“ skoncentrovanú do malého priestoru je ve?mi náro?né. Aj malá odchýlka v správnom umiestnení supravodivých elektromagnetov (a teda aj magnetického po?a) môže za nieko?ko sekúnd spôsobi? zni?enie zväzku. Pri každom nainštalovanom magnete (a na d?žke 27 kilometrov ich je veruže ve?a) sa teda uskuto??ujú presné merania jeho vlastností, a ak sa zaznamená abnormalita, okamžite sa spustí SixTrack aby zistil aký dopad by to mohlo ma? na stabilitu zväzku. Rýchle získanie výsledkov má VE?KÝ význam pre inžinierov inštalujúcich magnety. Práve preto vaša pomoc v LHC má tiež ve?ký význam a môžete reálne prispie? k správnej a rýchlej inštalácii magnetov a stabilite zväzku, bez ktorej by celý urých?ova? strácal zmysel.
Na záver treba stru?ne doda?, že sme tu na?rtli len základné vedecké ciele tohto projektu. Veda má však jednu charakteristickú vlastnos? - mnohokrát nás prekvapí nie?ím, ?o sme v žiadnom prípade ne?akali. ?ím vyspelejší prístroj, tým viac prekvapení príde. Pravdepodobne to bude tak aj v prípade LHC. Ke? popustíme trošku uzdu vedeckej fantázii, je možné, že v LHC budeme napr. schopní vytvori? mikroskopické ?ierne diery (tejto možnosti už dokonca bolo venovaných nieko?ko vedeckých ?lánkov v najsérioznejších vedeckých ?asopisoch), ?i prispeje k objavu nie?oho, ?o nám umožní riadene deformova? ?asopriestor (napr. ?ervie diery, ktoré zatia? existujú len na papieri teoretikov, ale doterajšie experimenty na ne nesta?ili). Zapojte sa teda do tohto špi?kového úsilia, aby ?udstvo mohlo po miliardách rokov opä? vytvori? podmienky, ktoré tu panovali len pri vzniku vesmíru, a aby nám hmota po roku 2007 za?ala odha?ova? svoje ?alšie tajomstvá!
KiiroiZen / Kotulic Bunta
juraj_kotulic AT yahoo.com
Vytvoril: MeX [24. október 2004 22:40:50] / Upravené: [01. jún 2005 10:17:46] / Počet zobrazení: [10264] |
|
|
 |
|
