|
Astronomick snmok da 
|
|
|
 |
| |
Ako si isto väèšina z vás už všimla, pod hlavièkou systému BOINC pribudli ïalšie projekty, medzi inými aj projekt LHC@home, ktorý sa už úspešne prebudil zo svojej beta verzie. Priblížme si struène vedeckú podstatu a úèel tohto projektu, aby bolo jasnejšie, preèo tento projekt vznikol a na èom vlastne váš poèítaè bude participova, ak sa rozhodnete do tohto projektu zapoji.
LHC je skratka pre Large Hadron Collider, èiže Ve¾ký hadrónový urých¾ovaè. Urých¾ovaè je zariadenie, ktoré služi na urých¾ovanie èastíc a následne na ich zrážanie. Fyzici sa tu vo svojom úsilí v podstate podobajú deom, ktoré tiež zo zvedavosti všetko rozoberajú na èo najmenšie dieliky, aby zistili, že “z èoho sa tá hraèka skladá”. Teda fyzici v podstate rozbíjajú hmotu na èo najmenšie èiastoèky (èiže èastice), ktoré potom pomocou zložitých detektorov podrobne skúmajú.
Vedci sa snažia rozloži hmotu na jej základné èastice. Zatia¾ sa dostali po elektróny a kvarky, ale nikde nie je záruka, že i tie sa neskladajú z ešte základnejších zložiek.
V tomto prípade budú urých¾ova tzv. hadróny, èo je súhrnný názov pre základné èastice, z ktorých je vybudovaný atóm, od vodíka, cez kyslík, zlato, až po železo, olovo èi urán. Ich najznámejšími zástupcami sú protóny a neutróny. Drvivú väèšinu vašej hmotnosti tvoria práve hadróny. Najleším spôsobom ako teda rozloži tieto èastice je urýchli ich na obrovské rýchlosti (takmer rýchlos svetla) a potom ich necha zrazi, èím sa na zlomok sekundy vytvoria podobné podmienky aké panovali pri vzniku vesmíru. Jednou možnosou je ma terè, do ktorého narazia. Ovšem najväèšie urých¾ovaèe sveta využívajú efektívnejší spôsob – nechajú rozbehnú dva zväzky èastíc proti sebe a tým získajú dvonásobnú rýchlos a energiu zrážky. Aby sa èastice urýchlili, využíva sa v princípe jednoduchý mechanizmus – dômyselne usporiadané a ve¾mi silné supravodivé elektromagnety vytvárajú silné magnetické pole, ktoré všetkým elektricky nabitým èasticiam dodáva energiu a teda ich urých¾uje a zároveò ich udržiava skoncetrované do tenkého zväzku. Aby sa dosiahla èo najväèšia energia (ako vidíte, “vysoká energia” je èarovným slovkom vo svete jadrových fyzikov, ktoré je k¾úèom k novým objavom a posúvaniu horizontu našich vedomostí), tak urých¾ovaè je obrovským kruhovým tunelom lemovaným magnetmi a naplneným vákuom (èastice nesmú narazi do molekúl vzduchu). V òom èastice cyklicky mnohotisíkrát obehnú celý jeho obvod, kým získajú potrebnú energiu.
Odpoveï je ve¾mi jednoduchá - pretože naša predstava vesmíru je zatia¾ neúplná. Existuje tzv. Štandardný model, ktorý popisuje náš svet. Ovšem v tomto modele ve¾a vecí ešte nie je vysvetlených, jednoducho zatia¾ “spadli z neba” a nikto nevie preèo sú práve také ako sú. Ako príklad uvediem jeden z najdôležitejších problémov - hmotnos základných èastíc, ako sú práve aj spomínané hadróny (protóny, neutróny atï) èi elektróny. Nevieme ani preèo napríklad fotóny (èastice prenášajúce elektromagnetické vlnenie, teda aj vidite¾né svetlo) nemajú žiadnu hmotnos. Posledné teórie hovoria, ža za hmotnosti èastíc je zodpovedná hypotetická zvláštna èastica – tzv. Higgsov bozón. Interakcia ostatných èastíc s Higgsovým bozónom vytvára ich hmotnos (ako by ich k sebe “ahal”). Keï 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 vypoèíta jeho ïa¾ší vývoj. Fyzika najmenších èastíc totiž ve¾mi úzko súvisí s vývojom celého vesmíru. Napríklad existujú èastice (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 zatia¾ zisti ko¾ko presne vážia. Neutrín je vo vesmíre (ešte od jeho vzniku) obrovské množstvo, ak majú teda èo i len malú hmotnos, môže to drasticky ovplyvni celkové množstvo hmoty vo vesmíre a tým pádom to môže úplne zvráti ïalší vývoj nášho neustále sa rozpínajúceho Univerza. Ak totiž zistíme (priamimi experimentami zameranými na neutrína a aj vïaka objaveniu Higgsovho bozónu), ko¾ko presne neutrína vážia, zistíme, èi môže by hmotnos vesmíru dostatoèná na to, aby jeho gravitácia zastavila rozpínanie. V tom prípade sa vesmír zaène opä zmršova až skonèí v obrovskej ohnivej guli (Big Crunch) a èas, priestor aj hmota jedného dòa zaniknú.
Druhým ve¾mi zaujímavým problémom, pri ktorom by som sa chcel zastavi, je otázka, preèo je vesmír zložený z hmoty a nie z antihmoty. Znie to triviálne, ale fyzici zatia¾ odpoveï nepoznajú! Vo všetkých doterajších experimentoch sa totiž hmota aj antihmota javia ako úplne symetrické a rovnocenné, sú akoby vzájomným zrkadlovým obrazom. Keï big-bangom vznikol pred 13,6 miliardami rokmi vesmír, už krátko po jeho vzniku hmota zanihilovala s antihmotou za vzniku nepredstavite¾ného množstva energie. Ak by boli navzájom skutoène symetrické, nezostalo by vo vesmíre niè len èistá energia. Žiadna hmota, žiadna antihmota. Každému je už na prvý poh¾ad jasné, že to tak nie je. Kde je problém? Preèo bolo hmoty viac ako antihmoty a preèo vo vesmíre tento súboj titanov vyhrala práve hmota?
Na tieto aj mnohé ïalšie rovnako zaujímavé otázky nám pomôže da odpoveï najväèšie a najsilnejšie zariadenie na skúmanie hmoty aký kedy ¾udstvo zostrojilo – LHC.
Tento projekt sa zrodil na európskej pôde, konkrétne v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN) združujúcej 20 štátov. Toto centrum práve oslávilo pädesiate výroèie svojho vzniku a patrí medzi absolútne celosvetové špièky vo výskume podstaty hmoty. Je to kolos zamestnávajúci trvalo viac ako tritisíc ¾udí a dalšie tisíce na krátkodobjšie stáže. CERN už prispel ve¾kou mierou práve k zodpovedaniu otázok o základoch hmoty, za èo bolo tamojším vedcom udelených už aj viacero Nobelových cien. Okrem toho, práve v CERNe bol vyvinutý napr. aj World Wide Web, pôvodne urèený pre potreby vzájomnej komunikácie vedcov. Aj takýto prínos predstavuje teda veda pre bežného èloveka – nikdy neviete odhadnú, kde všade sa investície do vedy vrátia.
Ako som už spomenul, LHC bude obrovský kruhový urých¾ovaè. Bude umiestnený v tunely s obvodom 27 kilometrov v håbke približne 100 metrov pod zemou.
Celkový poh¾ad na LHC
Tento tunel už existuje, leží pod územím Švajèiarska a Francúzska, a doteraz bol v òom umiestnený urých¾ovaè LEP (Large Electron and Positron Collider), ktorý je vlastne predchodcom LHC a priniesol už mnoho zaujímavých vedeckých objavov. Pri odha¾ovaní tajomstiev prírody mu už však došiel dych, a preto ho nahradí práve LHC. Po obvode urých¾ovaèa budú na štyroch osobitných miestach prebieha zrážky èastíc v obrovských detektorových komplexoch, prièom 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 èastíc je obklopené stovkami ton dômyselných jadrových detektorov
-
ATLAS, ktorý je najväèším experimentom. Bude h¾ada nové èastice vznikajúce pri zrážkach, vrátane oèakávaného 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 zaruèene 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 poh¾ad na detektor a èasozberné 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 atï).
Takto vyzerá príprava tunela a èasti urých¾ovaèa LHC (stav zo septembra 2004)
Budovanie jednej z ve¾kých podzemných hál v håbke cca 100 metrov, kde budú umiestené detektory èastíc vzniknutých pri zrážkach. Stav z februára 2003
Treba pripomenú, že samotný urých¾ovaè LHC v tunely bude len jednou, i keï samozrejme tou najdôležitejšou èasou urých¾ovacieho komplexu. Ostatné, menšie sprievodné urých¾ovaèe, budú slúži na výrobu, udržanie a poèiatoèné urýchlenie èastíc (èi už protónov alebo tažkých nabitých jadier), ktoré potom budú vstreknuté do samotného LHC.
LHC bude produkova neuverite¾né množstvo dát – približne 15 PB (PetaBajtov = 15 miliónov GB) roène. Väèšina analyzaèných programov nemôže by prevádzkovaných na obyèajných PC, a CERN ako zakladate¾ world wide webu sa rozhodol spracováva tieto dáta pomocou tzv. Grid computingu, ktorý vzájomne prepojí stovky najvýkonnejších poèítaèových centier vo svete, a ktorý je v súèasnoti vo fáze intenzívneho vývoja. Avšak niektoré z výpoètov je možné uskutoèòova aj na domácich PC.
CERN sa inšpiroval technológiou využívanou pri projekte SETI@home, a vïaka Frankovi Schmidtovi vyvinul program pod názvom SixTrack, ktorý produkuje výsledky nevyhnutné pre skúmanie dlhodobej stability vysokoenergetických èastíc v LHC. Tento program simuluje ich dráhy poèas obehu v LHC, dá sa prispôsobi podmienkam PC a vyžaduje pomerne malý objem vstupných a výstupných dát. SixTrack vo väèšie prípadov simuluje súèasne dráhu 60 èastíc poèas 100 000 obehov v urých¾ovaèi. V skutoènosti takúto dráhu preletia èastice za približne 10 sekúnd. Je to dostatoène ve¾a na to, aby sa dalo zisti, èi bude takýto zväzok èastíc stabilný alebo èi hrozí strata kontroly nad jeho dráhou. V tom prípade by sa totiž zväzok dostal do kontaktu so stenou vákuovej trubice (v nej sú èastice urých¾ované), a v skutoènom svete by to v takom prípade vyústilo do závažného problému a do prerušenia èinnosti urých¾ovaèa a jeho oprave. Tisícenásobným opakovaním takýchto simulácií sa dá docieli dlhodobá stabilita urých¾ovaného zväzku a tým zabezpeèi, aby urých¾ovaè efektívne plnil svoj úèel.
Team študentov pod vedením Bena Segala a spolupracujúc s riadite¾om projektu SETI@home a BOINC Daveom Andersonom, vyvinul BOINC rozhranie pre SixTrack. Beta verzia screensavera (grafického volite¾ného výstupu) ukazuje prierez zväzkom èastíc, ktorých simuláciu SixTrack poèíta. Z poh¾adu jadrového fyzika je najlepšie, keï sú tieto èastice èo najbližšie a dlhodobo pri sebe. Rozbiehaniu zväzku bráni spomínané silné magnetické pole, ktoré symetricky obklopuje zväzok.
Grafika ukazuje kolmý prierez simulovaným zväzkom èastíc (èiže poh¾ad spredu na letiaci zväzok). Èím dlhšie a bližšie k stredu sa nachádzajú, tým je zväzok stabilnejší a tým sú vedci spokojnejší, lebo väèšia koncentrácia èastíc znamená intenzívnejšiu zrážku, jednoduchšiu detekciu produktov zrážky a hlbší ponor do štruktúry hmoty. Priemer zväzku je len približne nieko¾ko milimetrov, èo je úplne v poriadku. Problém nastáva ak èastice zaènú vyletova zo zväzku. Vtedy je potrebné jemne upravi umiestenie magnetov v LHC).
Na prvý poh¾ad to môže vyzera ako príliš neskoncentrované, ale uvedomme si, že èastice letia takmer rýchlosou svetla a zväzok má šírku len nieko¾ko milimetrov, takže udrža takúto mnohoèasticovú „strelu“ skoncentrovanú do malého priestoru je ve¾mi nároèné. Aj malá odchýlka v správnom umiestnení supravodivých elektromagnetov (a teda aj magnetického po¾a) môže za nieko¾ko sekúnd spôsobi znièenie zväzku. Pri každom nainštalovanom magnete (a na dåžke 27 kilometrov ich je veruže ve¾a) sa teda uskutoèòujú 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 VE¼KÝ význam pre inžinierov inštalujúcich magnety. Práve preto vaša pomoc v LHC má tiež ve¾ký význam a môžete reálne prispie k správnej a rýchlej inštalácii magnetov a stabilite zväzku, bez ktorej by celý urých¾ovaè strácal zmysel.
Na záver treba struène doda, že sme tu naèrtli len základné vedecké ciele tohto projektu. Veda má však jednu charakteristickú vlastnos - mnohokrát nás prekvapí nieèím, èo sme v žiadnom prípade neèakali. Èím vyspelejší prístroj, tým viac prekvapení príde. Pravdepodobne to bude tak aj v prípade LHC. Keï popustíme trošku uzdu vedeckej fantázii, je možné, že v LHC budeme napr. schopní vytvori mikroskopické èierne diery (tejto možnosti už dokonca bolo venovaných nieko¾ko vedeckých èlánkov v najsérioznejších vedeckých èasopisoch), èi prispeje k objavu nieèoho, èo nám umožní riadene deformova èasopriestor (napr. èervie diery, ktoré zatia¾ existujú len na papieri teoretikov, ale doterajšie experimenty na ne nestaèili). Zapojte sa teda do tohto špièkového úsilia, aby ¾udstvo mohlo po miliardách rokov opä vytvori podmienky, ktoré tu panovali len pri vzniku vesmíru, a aby nám hmota po roku 2007 zaèala odha¾ova svoje ïalšie tajomstvá!
KiiroiZen / Kotulic Bunta
juraj_kotulic AT yahoo.com
Vytvoril: MeX [24. október 2004 22:40:50] / Upraven: [01. jún 2005 10:17:46] / Poet zobrazen: [10182] |
|
|
 |
|
