מאיץ LHC – הבדלי גרסאות

חלקו המרכזי של המאיץ בנוי בתוך מנהרה טבעתית שאורכה כ-27 [[קילומטר]]. המתקן מסוגל [[תאוצה|להאיץ]] [[פרוטון|פרוטונים]] בשני צינורות (beam pipes) מקבילים, שמתאחדים לצינור אחד סמוך למספר נקודות אינטראקציה (interaction points) לאורך מסלול המאיץ. בנקודות אלו מתרחשת [[אינטראקציה]] (התנגשות) בין פרוטונים הנעים בכיוונים מנוגדים. ה[[אנרגיה]] של חלקיק עולה ככל ש[[מהירות]]ו גדלה. האנרגיה של הפרוטונים הנעים בצינורות ה-LHC מגיעה ל-TeV {{כ}}7 (שבעת אלפים [[מיליארד]] [[אלקטרון וולט]]; פי 7,461 מ[[מסת מנוחה|אנרגיית המנוחה]] של הפרוטון) ומהירות תנועתם מגיעה ל-99.9999991% מ[[מהירות האור]] ב[[ריק]]{{הערה|1=בהתאם ל[[תורת היחסות הפרטית]] לא ניתן לנוע במהירות הגבוהה מ[[מהירות האור]]. ככל שמתקרבים אליה כך עולה האנרגיה של החלקיק.}}. בחלק מהזמן יואצו במאיץ [[גרעין האטום|גרעיני]] [[עופרת]]. בחינת החלקיקים שייווצרו כתוצאה מהתנגשויות הפרוטונים או ה[[יון|יונים]] תיעשה באמצעות גלאֵי חלקיקים גדולים.

 

 

==הפעלת המאיץ ותקלות שהתגלו לאחר הפעלתו==

[[קובץ:CERN LHC Magnet Factory1.jpg|שמאל|ממוזער|250px|מגנט דיפולי פתוח. במרכז נראים שני הצינורות שבהם נעים פרוטונים בכיוונים מנוגדים]]

[[קובץ:CERN LHC Tunnel1.jpg|שמאל|ממוזער|250px|מקטע של מאיץ LHC]]

הפרוטונים שנעים במאיץ נוצרים במתקן הקרוי [[דואופלזמטרון]] (duoplasmatron). מקורם בגז [[מימן]] שמוזרם פנימה ו[[יינון|מיונן]] בעזרת [[אלקטרון|אלקטרונים]] חופשיים שנפלטים מה[[קתודה]]. [[גרעין האטום|גרעיני אטומי]] המימן, הפרוטונים, מכוונים בעזרת [[מגנט]]ים לעבר ה[[אנודה]] ועוזבים את המתקן. ה[[אנרגיה]] שלהם בשלב זה היא keV {{כ}}92. האנרגיה מוגברת ל-keV {{כ}} 750 בעזרת מתקן הקרוי RF quadrupole. מתקן זה, הבנוי כ[[משדר]] [[תדר רדיו|רדיו]], משמש הן להאצה והן לריכוז הקרן. בשלב זה קרן הפרוטונים מעוצבת בצורת קבוצות של פרוטונים (bunches). כל קבוצת פרוטונים מכילה כ-100 מיליארד פרוטונים בצפיפות נמוכה למדי.

 

ניתן יהיה להשתמש ב-LHC גם כדי להאיץ [[יון|יונים]]. אלו יהיו [[גרעין האטום|גרעיני]] [[עופרת]] בעלי [[מטען חשמלי]] חיובי של e{{כ}} 82+ (e מסמל את מטענו של [[פוזיטרון]] אחד). אנרגיית ההתנגשות במצב כזה תהיה TeV {{כ}}1,150. האנרגיה הגבוהה מושגת בזכות [[מסת מנוחה|מסת המנוחה]] הגבוהה של הגרעינים עצמם ובזכות מהירות תנועתם. היונים שיתחילו את מסלולם במאיץ הקווי המכונה LINAC1 יעברו דרך שאר המאיצים, בדומה לפרוטונים. הזמן שיוקצב לניסויי יונים צפוי להיות קטן יחסית.

 

 

בקצב התנגשויות מלא (high luminosity) תתרחשנה מיליארד אינטראקציות בשנייה, אולם הגלאים לא יוכלו להתייחס לכולן בנפרד משום שמספר אינטראקציות המתרחשות בעת מעבר אחד של שתי קבוצות פרוטונים דרך נקודת אינטראקציה נרשמות יחד ברכיבי הזיכרון (אין אפשרות להפריד ביניהן). כאמור, לפי ההנחה רוב האינטראקציות הללו לא ישאו מידע מעניין וההתייחסות אליהן תהיה כ"רעש רקע" של האינטראקציות המעניינות. אם כך, בשלב הראשון יירשמו ברכיבי הזיכרון כ-40 מיליון אירועי אינטראקציה בשנייה, וזאת בהתאם לקצב המעבר של קבוצות הפרוטונים דרך נקודות האינטראקציה. מתוך 40 מיליון האירועים, הניסויים הגדולים (אטלס ו-CMS) ירשמו רק כ-100 אירועים לשנייה בזיכרון לטווח ארוך. אלו יהיו אירועים שיעברו מספר שלבי סינון (trigger), ועל כן הם יהיו מועמדים להכיל תהליכים מעניינים במיוחד. האירועים הללו ינותחו מאוחר יותר על ידי פיזיקאים החברים בניסוי.

{{ערך מורחב|ניסוי ATLAS}}

[[קובץ:ATLAS TGC chamber (November 2006).jpg|שמאל|ממוזער|250px|גלגל של גלאי מיואונים מסוג TGC שתוכננו, יוצרו ונבדקו בישראל]]

*הגלאי הפנימי - נמצא סביב נקודת האינטראקציה ונועד למדוד את מסלולם של חלקיקים [[מטען חשמלי|טעונים]]. סביב הגלאי הפנימי ממוקם [[מגנט]] [[סולנואיד]]י (בצורת סליל), שגורם להטיית מסלול החלקיקים הטעונים ומאפשר מדידה של ה[[מטען חשמלי|מטען החשמלי]] וה[[תנע]] שלהם.

*קלורימטר אלקטרומגנטי - ממוקם מסביב לגלאי הפנימי, ונועד למדוד את ה[[אנרגיה]] של [[פוטון|פוטונים]], [[אלקטרון|אלקטרונים]] ו[[פוזיטרון|פוזיטרונים]] שנעצרים בו.

 

===ניסוי CMS ===

 

בדומה לאטלס, CMS מכיל ארבעה חלקים עיקריים:

[[ניסוי LHCb]] {{כ}} (LHC-beauty){{הערה|1=[http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/ האתר של ניסוי LHCb]}} נועד לבצע מדידות של אירועים בהם נוצרים [[מזון (חלקיק)|מזונים]] מסוג b, המכילים את [[קווארק תחתון|הקווארק התחתון]] (ב[[אנגלית]]: Bottom Quark וגם Beauty Quark, ומכאן השם). הוא נועד לחקור את ההתפרקויות של מזונים אלו ולנסות לשפר את ההבנה של מנגנוני [[שבירת סימטריה|שבירת]] [[סימטריית CP]]. שבירת סימטריית CP מהווה תנאי חיוני בתאוריות המסבירות את ההפרש הגדול בין כמות החומר וה[[אנטי-חומר]] ביקום, הפרש שמקורו בשלב ה[[בריוגנזה]] (באנגלית: Baryogenesis, תהליך היווצרות ה[[באריון|באריונים]]) שהתרחש זמן קצר לאחר [[המפץ הגדול]].

 

 

=== ניסוי אליס ===

[[ניסוי TOTEM]] {{כ}} (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation) ממוקם על צינור ה[[פרוטון|פרוטונים]] סמוך לנקודת האינטראקציה של ניסוי CMS. הוא מודד את הכמות של הפרוטונים ש[[פיזור|מתפזרים]] בזוויות נמוכות מאוד יחסית לקרן הפרוטונים. TOTEM מורכב מגלאים שמוצבים בסמוך לקרן הפרוטונים. בעת פעולה יציבה של המאיץ, הגלאים מתקרבים עד כדי [[מילימטר]] אחד מהקרן, ופרוטונים שיסטו מהקרן יתגלו בעזרת הגלאים. מדידת הכמות שלהם יכולה לסייע במציאת ה[[נוהר]] (luminosity) - [[שטף]] החלקיקים במאיץ. מדידה מדויקת של הנוהר, שקשור לקצב ההתנגשויות ב-LHC, חיונית לצורך כיול התוצאות של שאר הניסויים. היות שפיזור הפרוטונים תלוי בגודלם, ניסוי TOTEM יכול לסייע גם במדידת [[קוטר]]ו של הפרוטון.

 

 

==ישראל ומאיץ LHC==

 

 

כעת שותף הצוות הישראלי בהפעלת הגלאי, בפיתוח גלאים עתידים לשדרוג הגלאי הקיים ובעיקר בניתוח של הנתונים.

* [http://lhc.web.cern.ch/lhc/ עמוד הבית של ה-LHC]

* [http://public.web.cern.ch/Public/en/LHC/LHCExperiments-en.html הניסויים של מאיץ LHC] {{כ}} ([http://atlasexperiment.org/ ATLAS], [http://cms.cern.ch/ CMS], [http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/ LHCb], [http://aliceinfo.cern.ch/Public/ ALICE])

 

=== סרטונים (אנגלית) ===