מאיץ LHC – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ נקיון פרמטרים בתבנית:הערות שוליים (דיון) |
קישור לערכים חדשים בעברית: SPS, PS, LINAC2, ALICE |
||
שורה 82:
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.
הפרוטונים ממשיכים משם לעבר אחד משני ה[[
הפרוטונים עוברים מהמאיץ הקווי לסדרה של שלושה [[סינכרוטרון|סינכרוטרונים]] מעגליים ששימשו בניסויים קודמים של CERN והותאמו לניסוי הנוכחי. הראשון שבהם, ה-PSB {{כ}} (Proton Synchrotron Booster), שבנוי בצורת ארבע טבעות מקבילות, מעלה את האנרגיה ל-GeV {{כ}}1.4. המאיץ השני, [[פרוטון-סינכרוטרון (PS)|מאיץ PS]]{{כ}} (Proton Synchrotron), שהחל לעבוד בשנת [[1959]], מאיץ את הפרוטונים ל-GeV {{כ}}28. אורכו 628 מטרים בלבד. המאיץ השלישי, [[מאיץ הסופר פרוטון סינכרוטרון|מאיץ SPS]] {{כ}} (Super Proton Synchrotron), מוציא פרוטונים בעלי אנרגיה של GeV {{כ}}450. פרוטונים אלו מוכנסים לטבעת הגדולה של ה-LHC. שרשרת המאיצים הזו תעבוד בתפוקה מלאה בעת מילוי הפרוטונים לתוך ה-LHC. כשמספר קבוצות הפרוטונים ב-LHC מגיע ל-2,808 קבוצות, מאיצי הביניים מפסיקים את פעולתם.
חלקו המרכזי של מאיץ ה-LHC ממוקם במנהרה טבעתית באורך 26,659 מטרים שנבנתה עבור [[מאיץ LEP]]. מאיץ LEP, שסיים את פעולתו בשנת [[2000]], האיץ [[אלקטרון|אלקטרונים]] ו[[פוזיטרון|פוזיטרונים]] ומבנהו לא התאים להאצת פרוטונים. על כן היה צורך להרכיב במנהרה מאיץ חדש. המאיץ החדש בנוי בצורת צינור שבו שני צינורות חלולים סמוכים. שני הצינורות מוליכים פרוטונים בכיוונים מנוגדים. הצורך במאיץ תת-קרקעי נבע מהרצון להקטין את השפעת ה[[קרינה קוסמית]] על רישומי הגלאים, ומהדרישה להקטין את סכנת החשיפה ל[[קרינה רדיואקטיבית]] עקב הפיכתם של חומרים בצינור המאיץ ובסביבתו לרדיואקטיביים לאחר פגיעה של פרוטונים אנרגטיים.
שורה 90:
לצורך הובלת הפרוטונים במסלול טבעתי משתמשים ב-1,232 מגנטים [[דיפול]]יים שמייצרים [[שדה מגנטי]] של 8.33 [[טסלה]]. השדה המגנטי גורם ל[[כוח לורנץ]] שפועל על הפרוטונים כלפי מרכז המעגל. על כל אחד מצינורות הפרוטונים יש להפעיל שדה מגנטי הפוך בכיוונו, משום שהפרוטונים נעים בכיוונים מנוגדים. בניית המגנטים הללו היוותה את אחד האתגרים הטכנולוגיים הגדולים של מאיץ ה-LHC והם מרכיבים אחוז נכבד מעלות המאיץ. הם בנויים מחומר [[מוליכות-על|מוליך-על]] ולצורך פעולתם המאיץ כולו מקורר ל[[טמפרטורה]] של 271.25- [[מעלות צלזיוס]] (1.9 מעלות בלבד מעל [[האפס המוחלט]]) בעזרת [[הליום]] במצב של [[נוזל-על]]. חלק ניכר מצריכת החשמל האדירה של המאיץ, 120 [[מגה-ואט]] בממוצע ו-180 מגה-ואט בקיץ, משמש לקירורו. בתוך המאיץ יש תנאי [[ריק]] שנועדו למנוע התנגשות של הפרוטונים עם [[מולקולה|מולקולות]] האוויר. [[לחץ אוויר|לחץ האוויר]] בצינורות המאיץ עומד על {{SN||-13}} [[אטמוספירה (מידה)|אטמוספירות]] בלבד.
לפרוטונים הנעים במאיץ הראשי יש [[אנרגיה]] של TeV {{כ}}7 (כלומר, סך של TeV {{כ}}14 בהתנגשות). הם מואצים בעזרת מהודי מחילה המפוזרים לאורך המאיץ. [[המגנט הארבע-קטבי|מגנטים קוואדרפוליים]] שמוצבים בסמוך לנקודות האינטראקציה נועדו לרכז את קרן הפרוטונים שמתרחבת עקב התנגשויות בין פרוטונים באלומה והתנגשויות עם מולקולות האוויר המעטות שנותרו בצינור. אורכה של קבוצת פרוטונים עומד על כמה סנטימטרים, ואילו קוטרה משתנה בין מילימטר אחד כשהיא רחוקה מנקודות האינטראקציה ובין 16 [[מיקרון|מיליוניות מטר]] לאחר הריכוז שמבצעים המגנטים הקוואדרפוליים. בסך הכל מוצבים לאורך חלקו המרכזי של ה-LHC כ-9,300 מגנטים המשמשים לכיוון הקרן, ו-16 מהודי מחילה, 8 לכל קרן, המשמשים לשמירה על אנרגיה קבועה של הפרוטונים. ללא המהודים האנרגיה עלולה לרדת כתוצאה מקרינה סינכרוטרונית. מרווח הזמן בין כל שתי קבוצות פרוטונים עומד על 25 [[ננו-שנייה|ננו-שניות]] (שקול ל-7 מטרים וחצי בעת תנועה במהירות האור), כלומר הן חוצות את נקודות האינטראקציה בקצב של 40 [[מגה-הרץ]].
לפי התכנון המקורי, במהלך שלוש השנים הראשונות יעבוד המאיץ בקצב התנגשויות נמוך, כלומר כמות הפרוטונים בכל קבוצה יהיה נמוך יחסית. בממוצע תתרחשנה שתי אינטראקציות בעת חציית שתי קבוצות המגיעות מכיוונים מנוגדים לנקודת ההתנגשות. לאחר שלוש שנים אלו המאיץ ישודרג וקצב ההתנגשויות צפוי לעלות פי 10. בשלב מתקדם יותר של הפעלת המאיץ ייתכן שדרוג נוסף. ברוב האינטראקציות בין שני פרוטונים יתרחש [[פיזור]] פרוטונים בלבד. התהליכים המעניינים יותר הם אלו שבהם ייווצרו חלקיקים חדשים. בתהליכים אלו מעורבים רק שני מרכיבים של הפרוטונים: [[קווארק]] או [[גלואון]] מהפרוטון הראשון וקווארק או גלואון מהפרוטון השני. אי לכך, רק חלק מסכום האנרגיות של שני הפרוטונים (TeV {{כ}}14) זמין באינטראקציה לצורך יצירת חלקיקים חדשים.
שורה 144:
=== ניסוי אליס ===
[[קובץ:ALICE TPC 1.jpg|ימין|ממוזער|220px|אחד הגלאים של ניסוי אליס שמשמש לאיתור של חלקיקים טעונים]]
[[ניסוי ALICE|ניסוי אליס]] (A Large Ion Collider Experiment){{הערה|1=[http://aliceinfo.cern.ch/Public/ האתר של ניסוי אליס]}} מיועד לחקור אירועי התנגשות של [[יון|יוני]] [[עופרת]]. בניגוד לניסויי אטלס ו-CMS, שיכולים גם הם לחקור אירועים כאלו, ניסוי אליס מיועד באופן בלעדי לבדיקת התוצרים של התנגשויות יונים מסיביים באנרגיה גבוהה. הוא נועד בעיקר לבדוק את אפשרות יצירת מצב מסוים של חומר הקרוי [[פלזמת קווארקים-גלואונים]]. משערים שחומר במצב זה שרר ביקום במהלך השנייה הראשונה לאחר [[המפץ הגדול]], לפני שנוצרו ה[[האדרון|האדרונים]] הראשונים. מצב זה מתאר חומר שבו ה[[קווארק]]ים וה[[גלואון|גלואונים]] אינם [[כליאה (פיזיקה)|כלואים]] יחד בתוך ההאדרונים. מטרה נוספת של אליס היא הבנת מקור המסה של ה[[נוקליאון|נוקליאונים]]. ידוע שמסה זו גדולה בהרבה ממסות הקווארקים שמרכיבים אותם, והסיבה לכך לא מובנת די צורכה.
רוב הגלאים של אליס מוצבים בתוך מגנט גדול שמעקם את מסלולם של חלקיקים טעונים. מספר שכבות של גלאי מסלול מסוגים שונים מוצבים סביב נקודת האינטראקציה. זיהוי החלקיקים מתבצע בעזרת גלאים ייחודיים, כמו גלאי [[פוטון|פוטונים]], קלורימטר אלקטרומגנטי וגלאי [[מיואון|מיואונים]]. הגלאים משמשים לשחזור המצב של פלזמת קווארקים-גלואונים על ידי מדידת תכונותיהם של ההאדרונים ושאר החלקיקים שנוצרים לאחר שהפלזמה מתקררת.
| |||