2. Šta je LHC
• LHC je najveća i najmoćnija eksperimentalna instalacija u fizici čestica koja
je do sada izgrađena i predstavlja neverovatan naučni, tehnološki i
inženjerski poduhvat.
Napravljen je zahvaljujući finansijskoj podršci i naučnoj kolaboraciji u kojoj je
učestvovalo 111 zemalja i u tom smislu LHC je pravi planetarni projekt.
Troškovi izgradnje mere se milijardama evra (3 milijarde EUR samo za
akcelerator) i uglavnom ih je finansiralo 20 zemalja članica CERN-a, sa
značajnim doprinosom 6 zemalja u statusu posmatrača. Zemlje koje nisu
članice CERN-a (Srbija, na primer) učestvovale su u troškovima izgradnje
detektora na LHC-u.
Strogo govoreći LHC se najviše odnosi na kolajder: akcelerator čestica koji
zaslužuje naziv 'Veliki' ne samo zato što je težak više od 38000 tona, već i
zato što je instalacija smeštena u kružnom tunelu obima 27 km, na dubini
između 75 i 150 metara ispod granice Francuske i Švajcarske u blizini
Ženeve.
4. • kolajder je samo jedan bitan deo LHC projekta.
Druga dva, isto tako ne manje važna, su:
• detektori: smešteni u 4 ogromne hale ne
mestima gde se ukrštaju snopovi ubrzanih
čestica u LHC-u, i
• Grid: koji predstavlja globalnu mrežu
kompjutera i softver neophodan za
procesuiranje (obradu) podataka sakupljenih
pomoću LHC detektora.
5. LHC detektori
• ATLAS
• ATLAS je jedan od dva detektora (drugi je CMS), dizajniran tako da omoguci izucavanje sto veceg
broja procesa koji ce se desavati u proton proton sudarima na LHC energijama.
Glavni zadatak ATLAS eksperimenta je da istrazi potpuno nov energetski domen od nekoliko hiljada
milijardi eV , poznat kao 'Teraskala' energija. U fokusu eksperimenta je izucavanje mehanizma
spontanog narusenja simetrije i s njim povezano traganje za Higsovim bozonom kao i traganje za
fizikom van Standardnog modela, kao sto su signali supersimetrije, ekstradimenzija i druge nove
cestice.
ATLAS je po dimenzijama najveci detektor u fizici cestica koji je do sada konstruisan. Cilindricnog je
oblik i ima duzinu 46 metara, visinu 25 metara i sirinu 25 metara. Tezak je 7 000 tona.
Sastoji se od serije koncentricnih cilindricnih slojeva detektora rasporedjenih oko tacke intrakcije
gde se sudaraju protonski snopovi. Cetiri osnovne komponente detektora su: unutrasnji detektor,
kalorimetar, mionski spektrometar i magnetni sistem. Ove komponente zajedno omogucavaju
dobijanje osnovne informacije o cesticama nastalim u proton-proton sudarima. Od milion sudara
koji ce se desavati svake sekunde, sofisticirani sistema za trigerovanje dogadjaj izdvajace samo
nekih stotinak interesantnih za dalju analizu.
U ATLAS eksperimentu ucestvuje oko 2800 istrazivaca sa 169 univerziteta ili instituta iz 37 zemalja.
Grupa istrazivaca iz Instuta za fiziku u Beogradu ucestvuje u radu ATLAS kolaboracije od 2003
godine. U saradnji sa Lola korporacijom iz Zeleznika izgradjen je deo sistema za zastitu mionskih
komora od zracenja.
7. CMS
•
CMS detektor je kao i ATLAS dizajniran tako da omoguci izucavanje sto veceg broja procesa koji ce se desavati u
proton proton sudarima na LHC energijama. Glavni zadatak eksperimenta je traganje za Higs bozonom,
supersimtricnim partnerima vec poznatih cestica (medju kojma su i cestice od kojih bi mogla da bude sastavljena
tamna materija) kao i drugim novim cesticama. Mada CMS ima iste naucne ciljeve kao i ATLAS eksperiment, CMS
detektor ima drugaciji dizajn i tehnicka resenja za detktorske komponente.
Dok je ATLAS najveci, CMS je najtezi detektor u fizici cestica koji je do sada izgradjen. Cilindricnog je oblik i ima
duzinu 21 metar, visinu 15 metara i sirinu 15 metara. Tezak je 12500 tona.
Najblizi tacki interakcije je treker koji je okruzen elektromagnetnim i hadronskim kalorimetrom koji omogucavaju
merenje enrgija cestica Ove komponente su smestene unutar centralnog superprovodnog magneta (duzine 13
metara i precnika 6 metara) koji omogucava merenje impulsa i naelektrisanja cestica. Spoljasnji mionski detektori
okruzuju centralni magnet.
Za razliku od drugih detektora LHC eksperimenata, koji su svi instalirani u podzemnim halama na dubini od 50 do
100 m, CMS je najpre instaliran na povrsini, a zatim u rastavljen u 15 delova spusten u podzemnu halu i
reinstaliran.
U CMS eksperimentu ucestvuje preko 2500 istrazivaca iz 183 instituta.
Grupa istrazivaca iz Instuta Vinca i sa Fizickog fakulteta u Beogradu ucestvuje u radu CMS kolaboracije od 2002
godine. Za CMS detektor napravila je Sistem za kontrolu rada elektromagnetnog kalorimetra.
9. ALICE
• Zadatak Alice eksperimenta je da izuci procese nastale u sudarima jona olova na energijama koje su 28 puta vece
od do sada postignutih i da u laboratorijskim uslovima proizvede uslove koji su postojali nekoliko mikrosekundi
posle Velikog praska.
Danas znamo da je sva vidljiva materija koja nas okruzuje sastavljena od elektrona protona i neutrona, ali se samo
elektroni pojavljuju kao elementarne cestice koje nemaju strukturu. Protoni i neutroni sastavljeni su od kvarkova,
cestica za koje danas pretpostavljamo da su elementarne. Kvarkovi medjusobno interaguju izmenom gluona. Sile
koje nastaju izmenom gluona dovode do "zarobljavanja" kvarkova unutar protona ili neutrona tako da izolovani
kavarkovi (ili kavrkovi u slobodnom stanju) do sada nisu pronadjeni.
Teorija predvidja da bi pri sudaru dva jezgra, koja se krecu relativistickim brzinama, za vrlo kratko vreme trebalo da
dodje do "topljenja" protona i neutrona i oslobadjanja njihovih konstituenata kvarkova i gluona. Ocekivano novo
stanje materije, po analogiji sa jako jonizovanim gasom, nazvano je kvark-gluonska plazma. Kosmoloske teorije
pretpostavljaju da je takvo stanje materije postojalo nekoliko mikrosekundi posle Velikog praska i da su sa daljim
hladjenjem Univerzuma, od kvarkova i gluona formirani protoni i neutroni i konacno materija kakvu danas vidimo.
Zadatak ALICE eksperimenta je da traga za neobicnim signalima koji bi ukazali na formiranje kvark gluonske plazme
i izuci njena svojstva. Zato je ALICE detektor dizajniran tako da registruje sve moguce signale koji bi ukazali na
postojanje kvark-gluonske plazme. Sastoji se iz centralnog detektora okruzenog magnetom i mionskog
spektrometra smestenog u prednjem delu detktora.
ALICE detektor je tezak 10 000 tona, ima duzinu 26 metara, visinu 16 metara i sirinu 16 metara.
U eksperimentu ucestvuje preko 1000 istrazivaca sa 111 univerziteta iz 31 zemlje.
11. LHCb
• LHCb eksperiment ce nam pomoci da razumemo zasto zivimo u Univerzumu koji je sastavljen
gotovo u potpunosti od materije, a ne od antimaterije, premda je sasvim izvesno da je Veliki prasak
proizveo jednaku kolicinu materije i antimaterije.
Asimetrija izmedju materije i antimaterije poznata kao CP narusenje, na LHCb eksperimentu ce biti
izucavana pomocu raspada B mezona, cestica koje sadrze b (engl. beauty) kvarkove. Zadatak LHCb
eksperimenta je i traganje za novim cesticama i fenomenima koji uticu na retke raspade B mezona i
da mozda razotkrije novi mehanizam koji utice na disbalans izmedju materije i antimaterije.
LHCb detektor ima specificnu strukturu zato sto se u proton-proton sudarima B mezoni najvise
produkuju pod malim uglovima u odnosu na snop i sastoji se iz serije subdetektora rasporedjenih
jedan iza drugog na duzini od 20 metara. Kljucna komponenta detektora je 'verteks' detektor za
merenje tragova naelektrisanih cestica nastalih blisko tacki interakcije i RICH (ring-imaging
Cherenkov) detektori koji treba da identifikuju razlicite tipove cestica.
LHCb detektor je dugacak 21 metar, visok 10 metara i sirok 13 metara.
Tezina mu je 5600 tona. U radu LHCb kolaboracije ucestvuje 750 istrazicava sa 48 univerziteta iz 14
zemalja.
13. Zašto LHC
• Jedan od najvažnijih zadataka savremene fizike je da opiše zakone prirode na što manjim rastojanjima, odnosno na što većim
energijama, i pokuša da kvantitativno opiše svojstva Univerzuma.
Danas u fizici čestica znamo svojstva elementarnih čestica i njihovih interakcija na energijama od nekoliko stotina GeV i na rastojanjima
10-16 cm.
Istovremeno, buran razvoj kosmologije (pre svega one koja se odnosi na posmatranja), omogućio je da, ne samo kvalitativno, nego i
kvantitativno (i pri tome sa dobrom tačnošu) opišemo evoluciju Univerzuma kao i svojstva ranog i sadašnjeg Univerzuma.
Međutim, niz nerešenih problema u fizici elementarnih čestica i kosmologiji nameće zaključak da je potrebno radikalno dopuniti postojeće
predstave o zakonima prirode.
Sedamdesetih godina prošlog veka razvijen je Standardni model u fizici čestica koji na konzistentan način opisuje sva naša dosadašnja
znanja o česticama i silama koje deluju između njih. Uprkos velikom uspehu Standarni model nije kompletan i postoji niz pitanja na koje
on još uvek ne može da odgovori. Očekuje se da ce tek proširenje Standardnog modela razrešiti njegova otvorena pitanja.
Uprkos različitim teorijskim idejama o proširenju Standardnog modela u fizici čestica još uvek ne postoji ni jedan ubedljiv eksperimentalni
dokaz za fiziku van Standardnog modela. Sa druge strane iz kosmoloških posmatranja koja ukazuju na postojanje tamne materijei tamne
energije, znamo da postoji nova fizika van Standardnog modela.
LHC će pomoći fizičarima da odgovore (ili makar delimično odgovore) na ključna "nerazrešena pitanja" u fizici čestica.
Sa ukupnom energijom sudara od 14 TeV (hiljada milijardi elektron volti) on će omogućiti da se po prvi put istraži fizika čestica na
"Teraskali" (TeV skali) energija i na rastojanjima koja su hiljadu puta manja od prečnika protona.
Postoje dobri razlozi da fizičari veruju da novi domeni sadrže novu fiziku, koja prevazilazi granice naših znanja o česticama i silama koje
deluju između njih.
Pomoću moćnih akceleratora možemo da proizvedemo nove čestice i razotkrivamo simetrije koje su postojale u ranoj fazi razvoja
Univerzuma. Što su energije ubrzanih čestica više sve smo bliži uslovima koji su postojali na početku Velikog praska. Fizičari veruju, da
će sa energijom od 14 TeV u veoma retkim i malo verovatnim događajima, sa vrlo specifičnom signaturom, moći da rekonstruišu šta se
dešavalo u milijarditom delu sekunde posle Velikog praska.
