- تاریخچه
- طراحی و ساخت
- آشکارسازها
- يادداشتها
- پيوستها
- پینوشتها
- جُستارهای وابسته
- سرچشمهها
- پيوند به بيرون
[فیزیک هستهای] [آزمایشگاههای فیزیک]
برخورددهندهٔ بزرگ هادرون (به انگلیسی: Large Hadron Collider) یا بهطور مختصر ال اچ سی (LHC) بزرگترین و پُر انرژیترین شتابدهندهٔ ذرّهای و برخورددهنده جهان است که در سازمان تحقیقاتی سرن (CERN)، در نزدیکی ژنو سوئیس - در زیر مرز فرانسه و سوئیس - مستقر است[۱]. این پروژه در ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ میلادی (۲۰ شهریور ۱۳۸۷ هجری شمسی) پس از ۲۰ سال آمادهسازی، آغاز بهکار کرد[٢]. 
نقشۀ ال اچ سی در سرن
هدف از ساختن آن شناخت اجرام مادّه در حدّ فاصل -٢٣۱٠ سانتیمتر، آزمون مدل استاندارد ذرّات، کشف اجزای یافت نشدهٔ مدل استاندارد، آزمون نظریّهٔ ابرتقارن و نظریه وحدت بزرگ است[٣]. از دیگر اهداف مهمّ این پروژه کشف ذرّه بنیادی بوزون هیگز است که فیزیکدانان ذرات بنیادی وجود آن را پیشگویی کردهاند[۴]. ذرهٔ بوزون هیگزِ یا ذره الهی دخیل در ایجاد جرم در ذرّات بنیادی است.
در این آزمایشگاه، پروتونها، در یک تونل ۲٧ کیلومتری شتاب گرفته و به اندازه ۱۴ تریلیون الکترون ولت انرژی میگیرند و بههم برخورد میکنند تا این برخورد، ردّی از بوزون هیگز را نشاندهد[۵].
[↑] تاریخچه
سازمان اروپایی پژوهشهای هستهای (سرن) در ژنو، واقع در مرز سوئیس و فرانسه، که در دهه ۱۹۵۰ میلادی، توسط یازده کشور اروپایی برای تحقیقات پیرامون هسته اتم، تأسیس ش[٦]د، در اوایل دهه ۱۹۸۰، طرح ساخت برخورددهنده هادرون را مطرح کرد تا برای این پرسش که چگونه ذرات بدون جرم میتوانند دارای جرم شوند پاسخی بیابد[٧].
این طرح سرانجام در سال ۱۹۹۶ با بودجهای به مبلغ بیش از دو و نیم میلیارد فرانک سوئیس به تصویب رسید و برخورددهنده بزرگ هادرون سرانجام در اوایل سال ۲۰۰۸ تکمیل شد[٨].
این شتابدهنده در تاریخ ۱۰ سپتامبر ۲۰۰۸ راهاندازی شد؛ ولی نه روز بعد بهعلت نقص فنی و بالا رفتن دمای آهن رباهای ابررسانا که باید در دماهای پایین کار کنند، متوقف شد[۹]. این شتابدهنده پس از ۱۴ ماه وقفه در تاریخ ۲۱ نوامبر ۲۰۰۹ مجدّداً راهاندازی شد[۱٠].
[↑] طراحی و ساخت
«کوبنـده بـزرگ ذرات هـادرون» يـا «ال اچـی سـی» در مرکـز پژوهشـی سـرن، که مرز سـوئیس و فرانسـه را در ۴ نقطـه قطـع میکنـد، اما اکثـر آن در خـاک فرانسـه قـرار دارد[۱۱]، با هدف محک زدن حد و مرز فيزيک طراحی شده[۱٢] و با هزينه ٢،٣ ميليارد دلاری و با همکاری بیش از ٨٠٠٠ فیزیکدان از بیش از ٨۵ کشور جهان ساخته شده است[۱٣].
عمليات احداث این آزمايشگاه عظيم زيرزمينی که کمک خواهد کرد علم فيزيک وارد عصر جديدی شود[۱۴]، مراحل مختلفی را پشت سر گذاشت و حدود ۲۰ سال را در برگرفت[۱۵]. 
دانشمندان قطعات سازنده این دستگاه بینهايت پيچيده و وسيع «ال اچ سی» را در عمق صدمتری زمین، در تونلی حلقوی بهطول ۲٧ کيلومتر، نصب کردند[۱٦]. ساختمان روی سطح زمین، تجهیزات فرعی مانند فشردهسازها، تجهیزات تهویه، الکترونیکهای کنترل و دستگاههای خنککننده را در بر دارند[۱٧].
«ال اچ سی»، دستگاه قدرتمند و پيچيدهای جهان است، که ذرات را با سرعت فوقالعاده زياد بههم میکوبد، به اين اميد که پرده از اسرار کيهان بردارد.[۱٨]
این برخورددهنده، در یک تونل دایرهای شکل بهطول ۲٧ کیلومتر و در عمق بین ۵۰ تا ۱٧۵ متری زمین قرار دارد. این خط لوله بتونی - بهپهنای ٣،٨ متر - که در سال ۱۹٨٣ تا ۱۹٨٨ ساخته شد، بهعنوان مکان برخورد بزرگ الکترون-پوزیترون در نظر گرفته شده است.[۱۹]
این دستگاه، حاوی بيش از هزار آهن ربای قوی است که تونلی زيرزمينی (حلقهای بهطول ۲٧ کيلومتر) را اشغال میکنند. مغناطيسها دو اشعه از ذرات را با سرعتی نزديک بهسرعت نور (معادل ۹۹،۹۹۹۹۹۹ درصد سرعت نور) در اطراف اين حلقه ساطع میکنند[٢٠]. جزئیات این موضوع در بخش انگلیسی دانشنامۀ آزاد ویکیپدیا چنین آمده است:
تونل برخورددهنده دارای دو لولههای پرتوی مجاور موازی است که به چهار نقطه تقسیم میشود و هر کدام یک پرتو پروتونی را حمل میکند و در دو جهت مخالف حرکت میدهد. در این جریان، ۱۲٣۲ مغناطیس دوقطبی، پرتو را در مسیر دایرهای خود نگهمیدارند، در حالی که ٣۲۹ مغناطیس چهارقطبی به تمرکز پرتو کمک میکنند تا شانس برخورد بین دو ذره در ۴ نقطه اشتراکی را که پرتوها از آن عبور خواهند کرد، بالا ببرند.
با این حال، ۱٦٠٠ مغناطیس ابرهادی با وزنی بالغ بر ۲٧ تن، در این تونل نصب شده است. جالب اینجا است که نیاز به تقریباً ۹٦ تن هلیوم مایع برای نگهداشتن مغناطیسها در دمای فعالیتشان در ۱،۹ درجهی کلوین، «ال اچ سی» را به بزرگترین تجهیزات برودتی در جهان در دمای هلیوم مایع مبدل ساخته است.
در حالی که یک یا دو بار در روز، پروتونها از ۴۵٠ گیگا الکترون ولت تا ٧ ترا الکترون ولت شتاب میگیرند، مغناطیس دوقطبیهای ابرهادی از ٠،۵۴ به ٨،٣ تسلا افزایش مییابد. در این حالت، هر پروتون ٧ الکترون ولت انرژی دارد و انرژی برخورد ۱۴ ترا الکترون ولت (۲،۲ میکروژول) را آزاد میکند. در این انرژی، پروتونها ضریب لورنز حدود ٧۵٠٠ و سرعتی معادل ۹۹،۹۹۹۹۹۹ درصد سرعت نور دارند و کمتر از ۹٠ میلی ثانیه طول میکشد تا پروتون یکبار بهدور حلقه مرکزی بچرخد، با سرعتی معادل ۱۱٠٠٠ دور در ثانیه. پروتونها سریعتر از پرتوهای متوالی در ۲٨٠٨ دسته با یکدیگر دستهبندی میشوند؛ بنابراین برخورد دو پرتو در مدت مجزا نه کمتر از ۲۵ نانو ثانیه رخ خواهد داد. هنگامی که برخورددهنده برای اولینبار انجام ماموریت میکند، با شاخههای کمتری عمل خواهد کرد که مدت ٧۵ نانو ثانیهای را در بر میگیرد. شاخهها سرانجام آنچنان زیاد خواهند شد که دسته نهایی در مدت ۲۵ نانو ثانیه عبور میکند.
ذرات، پیـش از تزریق در شـتابدهنـده اصـلی، در سـیستمهای متوالی که انـرژی آنها را بهطـور موثـری افزایش خواهـد داد، آماده میشـوند. اولین دسـتگاه شـتابدهنـده ذرات طـولی Linac2 اسـت که پروتـونهای ۵٠ مگا الکـترون ولتـی را که تقویـتکننـده دسـتگاه تقویـت ذرات باردار الکـترونی (Proton Synchrotron Booster) را تغـذیه میکند، تولید خواهد میکرد. در آنجا پروتونها به حـد ۱،۴ گیـگا الکـترون ولتی میرسـند و بهدستگاه تقویت ذرات باردار الکترونی (PS) که پروتونها را به ۲٦ الکترون ولت میرساند، تزریق خواهد شد. در انتها دستگاه فوق تقویت ذرات باردار الکترونی (SPS) برای افزایش انرژی آنها تا ۴۵٠ گیگا الکترون ولت قبل از تزریق آن در حلقه مرکزی (در دورهای بیش از ۲٠ دقیقه) مورد استفاده قرار میگیرد. در این نقطه دستههای پروتونی انباشته میشوند و به انرژی پیک خود، ٧ ترا الکترون ولت، (در دورهای بیش از ۲٠ دقیقه) میرسند و سرانجام برای مدت ۱٠ تا ۲۴ ساعت در حالیکه برخوردها در ۴ نقطه تقاطع رخ میدهد، ذخیره میشوند.
ال اچ سی، همچنین برای برخورد یونهای سنگین سرب (Pb) با انرژی برخورد ۱۱۵٠ ترا الکترون ولت مورد استفاده قرار میگیرد. یونهای سرب ابتدا توسط شتابدهنده خطی Linac3 شتاب داده خواهند شد و حلقه تزریقی کم انرژی برای ذخیرهسازی یونها و واحد خنککننده مورد استفاده قرار میگیرد. یونها پس از آن، پیش از تزریق در حلقه ال اچ سی، توسط PS و SPS شتاب داده خواهند شد در حالی که به انرژی ۲،٧٦ ترا الکترون ولتی برای هر نوکلئون خواهند رسید.
[↑] آشکارسازها
چهار آشکارساز بر روی «ال اچ سی» نصب شده است که هر يک از این چهار بخش عظيم آزمايشی «ال اچ سی»، در نزديکی يکی از نقاط مشخص در طول حلقه، مستقر است. در این نقاط، اشعهها از هم عبور میکنند، که باعث میشود برخی از ذرات از رو به رو با هم برخورد کنند.
اين دستگاههای آزمايشی يا آشکارسازها، ذرات تازهای را، که در اثر اين برخوردها توليد شده، به دام انداخته و اندازهگيری میکنند.
چهـار آشـکارسـاز ايـن مـرکـز «ال اچ سـی بـی» (LHCb)، آليـس (ALICE)، اطلـس (ATLAS) و «کامپکت موئون سولنوئيد» (سی ام اس = CMS) نامگذاری شدهاند. هر يک از آنها تحت نظارت يک تيم ويژه از فيزيکدانهاست.
«ال اچ سی بی» و آليس برای کاوش پديدههای خاص فيزيکی طراحی شدهاند، اما اطلس و «سی ام اس» آشکارسازهايی برای اهداف عمومی هستند.
هدف هر دو نوع آنها شناسايی ذرات فراّر «بوزونهای هيگز» (که بهخاطر اهميت آن برای مدل استاندارد به «خدا ذره» معروف است) و همچنين جستجوی ذرات ابرمتقارن و تلاش برای يافتن ابعاد اضافی در فضا خواهد بود[*].
[↑] يادداشتها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی برشتۀ تحرير درآمده است.
[↑] پيوستها
پيوست ۱:
پيوست ٢:
پيوست ۳:
پيوست ۴:
پيوست ۵:
پيوست ۶:
[↑] پینوشتها
[۱]-
[٢]-
[٣]-
[۴]-
[۵]-
[٦]-
[٧]-
[٨]-
[۹]-
[۱٠]-
[۱۱]-
[۱٢]-
[۱٣]-
[۱۴]-
[۱۵]-
[۱٦]-
[۱٧]-
[۱٨]-
[۱۹]-
[٢٠]-
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمهها
□
□
□
□
[↑] پيوند به بیرون
□ [1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20]