science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe de Large Hadron Collider werkt

Ingenieurs installeren een gigantische magneet in de Large Hadron Collider, een enorme deeltjesversneller. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

Honderd meter (of ongeveer 328 voet) onder de grond, onder de grens tussen Frankrijk en Zwitserland, er is een cirkelvormige machine die ons de geheimen van het universum kan onthullen. Of, volgens sommige mensen het zou in plaats daarvan al het leven op aarde kunnen vernietigen. Op een of andere manier, het is 's werelds grootste machine en het zal de kleinste deeltjes van het universum onderzoeken. Het is de Large Hadron Collider (LHC) .

De LHC maakt deel uit van een project onder leiding van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, ook bekend als CERN. De LHC voegt zich bij het acceleratorcomplex van CERN buiten Genève, Zwitserland. Zodra het is ingeschakeld, de LHC zal bundels van protonen en ionen slingeren met een snelheid die de lichtsnelheid benadert. De LHC zorgt ervoor dat de stralen met elkaar botsen, en noteer dan de resulterende evenementen veroorzaakt door de aanrijding. Wetenschappers hopen dat deze gebeurtenissen ons meer zullen vertellen over hoe het universum begon en waaruit het is gemaakt.

De LHC is de meest ambitieuze en krachtige deeltjesversneller die tot nu toe is gebouwd. Duizenden wetenschappers uit honderden landen werken samen - en concurreren met elkaar - om nieuwe ontdekkingen te doen. Zes locaties langs de omtrek van de LHC verzamelen gegevens voor verschillende experimenten. Sommige van deze experimenten overlappen elkaar, en wetenschappers zullen proberen om als eerste belangrijke nieuwe informatie te ontdekken.

Het doel van de Large Hadron Collider is om onze kennis over het universum te vergroten. Hoewel de ontdekkingen die wetenschappers zullen doen, kunnen leiden tot praktische toepassingen op de weg, dat is niet de reden waarom honderden wetenschappers en ingenieurs de LHC hebben gebouwd. Het is een machine die is gebouwd om ons begrip te vergroten. Aangezien de LHC miljarden dollars kost en de medewerking van tal van landen vereist, het ontbreken van een praktische toepassing kan verrassend zijn.

Wat hopen wetenschappers te vinden door de LHC te gebruiken? Blijf lezen om erachter te komen.

Inhoud
  1. Waar is de LHC naar op zoek?
  2. LHC-onderzoek:de vreemde dingen
  3. LHC in cijfers
  4. LHC:Protonen verpletteren
  5. De LHC-detectoren
  6. De LHC-gegevens berekenen
  7. Zal de LHC de wereld vernietigen?

Waar is de LHC naar op zoek?

Constructie van de Large Hadron Collider Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

In een poging om ons universum te begrijpen, inclusief hoe het werkt en de feitelijke structuur, wetenschappers stelden een theorie voor genaamd de standaard model . Deze theorie probeert de fundamentele deeltjes te definiëren en te verklaren die het universum maken tot wat het is. Het combineert elementen van Einstein's relativiteitstheorie met Kwantum theorie . Het behandelt ook drie van de vier basiskrachten van het universum: sterke kernkracht , zwakke kernkracht en elektromagnetische kracht: . Het gaat niet in op de effecten van zwaartekracht , de vierde fundamentele kracht.

Het standaardmodel doet verschillende voorspellingen over het heelal, waarvan vele volgens verschillende experimenten waar lijken te zijn. Maar er zijn nog andere aspecten van het model die onbewezen blijven. Een daarvan is een theoretisch deeltje genaamd de Higgs-deeltje .

Het Higgs-deeltje kan vragen over massa beantwoorden. Waarom heeft materie massa? Wetenschappers hebben deeltjes geïdentificeerd die geen massa hebben, zoals neutrino's . Waarom zou het ene soort deeltje massa moeten hebben en het andere het niet? Wetenschappers hebben veel ideeën geopperd om het bestaan ​​van massa te verklaren. De eenvoudigste hiervan is het Higgs-mechanisme. Deze theorie zegt dat er een deeltje en een corresponderende mediërende kracht kan zijn die zou verklaren waarom sommige deeltjes massa hebben. Het theoretische deeltje is nooit waargenomen en bestaat misschien niet eens. Sommige wetenschappers hopen dat de gebeurtenissen die door de LHC zijn veroorzaakt, ook bewijs zullen opleveren voor het bestaan ​​van het Higgs-deeltje. Anderen hopen dat de gebeurtenissen hints zullen geven van nieuwe informatie die we nog niet eens hebben overwogen.

Een andere vraag die wetenschappers over materie hebben, gaat over vroege omstandigheden in het universum. Tijdens de vroegste momenten van het universum, materie en energie werden gekoppeld. Net nadat materie en energie gescheiden waren, deeltjes materie en antimaterie elkaar vernietigden. Als er een gelijke hoeveelheid materie en antimaterie was geweest, de twee soorten deeltjes zouden elkaar hebben opgeheven. Maar gelukkig voor ons er was iets meer materie dan antimaterie in het heelal. Wetenschappers hopen dat ze antimaterie kunnen observeren tijdens LHC-evenementen. Dat zou ons kunnen helpen begrijpen waarom er een minuscuul verschil was in de hoeveelheid materie versus antimaterie toen het universum begon.

Donkere materie zou ook een belangrijke rol kunnen spelen in LHC-onderzoek. Ons huidige begrip van het universum suggereert dat de materie die we kunnen waarnemen slechts ongeveer 4 procent uitmaakt van alle materie die moet bestaan. Als we kijken naar de beweging van sterrenstelsels en andere hemellichamen, we zien dat hun bewegingen suggereren dat er veel meer materie in het universum is dan we kunnen detecteren. Wetenschappers noemden dit niet-detecteerbare materiaal donkere materie. Samen, waarneembare materie en donkere materie zouden ongeveer 25 procent van het universum kunnen uitmaken. De andere driekwart zou komen van een kracht genaamd donkere energie , een hypothetische energie die bijdraagt ​​aan de uitdijing van het heelal. Wetenschappers hopen dat hun experimenten ofwel meer bewijs zullen leveren voor het bestaan ​​van donkere materie en donkere energie, ofwel bewijs zullen leveren dat een alternatieve theorie zou kunnen ondersteunen.

Dat is nog maar het topje van de deeltjesfysica-ijsberg, Hoewel. Er zijn nog meer exotische en contra-intuïtieve dingen die de LHC zou kunnen opduiken. Zoals? Ontdek het in de volgende sectie.

Big Bang op kleine schaal

Door protonen hard en snel genoeg tegen elkaar te slaan, de LHC zorgt ervoor dat protonen uiteenvallen in kleinere atomaire subdeeltjes . Deze kleine subdeeltjes zijn erg onstabiel en bestaan ​​slechts een fractie van een seconde voordat ze vervallen of opnieuw combineren met andere subdeeltjes. Maar volgens de oerknaltheorie, alle materie in het vroege heelal bestond uit deze kleine subdeeltjes. Toen het heelal uitdijde en afkoelde, deze deeltjes combineerden om grotere deeltjes zoals protonen en neutronen te vormen.

LHC-onderzoek:de vreemde dingen

Dit gebouw herbergt de onderzoeksfaciliteit 100 meter boven de Compact Muon Solenoid (CMS) detector. Johannes Simon/Getty Images

Als theoretische deeltjes, antimaterie en donkere energie zijn niet ongebruikelijk genoeg, sommige wetenschappers geloven dat de LHC bewijs van andere dimensies zou kunnen ontdekken. We zijn gewend om in een wereld van vier dimensies te leven -- drie ruimtelijke dimensies en tijd. Maar sommige natuurkundigen theoretiseren dat er misschien andere dimensies zijn die we niet kunnen waarnemen. Sommige theorieën hebben alleen zin als er meerdere dimensies in het universum zijn. Bijvoorbeeld, een versie van snaartheorie vereist het bestaan ​​van niet minder dan 11 dimensies.

Snaartheoretici hopen dat de LHC bewijs zal leveren om hun voorgestelde model van het universum te ondersteunen. De snaartheorie stelt dat de fundamentele bouwsteen van het universum geen deeltje is, maar een touwtje. Strings kunnen zowel open als gesloten zijn. Ze kunnen ook trillen, vergelijkbaar met de manier waarop de snaren van een gitaar trillen als ze worden aangeslagen. Door verschillende trillingen lijken de snaren verschillende dingen te zijn. Een snaar die in één richting trilt, zou verschijnen als een elektron. Een andere snaar die op een andere manier trilt, zou een neutrino zijn.

Sommige wetenschappers hebben kritiek geuit op de snaartheorie, zeggen dat er geen bewijs is om de theorie zelf te ondersteunen. De snaartheorie neemt de zwaartekracht op in het standaardmodel - iets wat wetenschappers niet kunnen doen zonder een aanvullende theorie. Het verzoent Einsteins algemene relativiteitstheorie met de Kwantumveldentheorie . Maar er is nog steeds geen bewijs dat deze snaren bestaan. Ze zijn veel te klein om te observeren en momenteel is er geen manier om ze te testen. Dat heeft ertoe geleid dat sommige wetenschappers de snaartheorie meer als een filosofie dan als een wetenschap afdoen.

Snaartheoretici hopen dat de LHC de mening van critici zal veranderen. Ze zijn op zoek naar tekenen van supersymmetrie . Volgens het standaardmodel elk deeltje heeft een antideeltje. Bijvoorbeeld, het antideeltje voor een elektron (een deeltje met een negatieve lading) is a positron . Supersymmetrie stelt voor dat deeltjes ook superpartners , die op hun beurt hun eigen tegenhangers hebben. Dat betekent dat elk deeltje drie tegendeeltjes heeft. Hoewel we geen enkele aanwijzing hebben gezien van deze superpartners in de natuur, theoretici hopen dat de LHC zal bewijzen dat ze echt bestaan. Mogelijk, superdeeltjes zouden donkere materie kunnen verklaren of de zwaartekracht in het algemene standaardmodel kunnen helpen passen.

Hoe groot is de LHC? Hoeveel stroom zal het gebruiken? Hoeveel kostte het om te bouwen? Ontdek het in de volgende sectie.

Alles wat je weet is verkeerd

Veel van de wetenschappers die aan het LHC-project werken, geven meteen toe dat ze niet zeker weten wat er zal gebeuren als de machine begint te werken. Dat komt omdat er nog nooit een deeltjesversneller is geweest die zo krachtig is als de LHC. Het beste wat een wetenschapper kan doen, is een weloverwogen schatting geven. Verschillende wetenschappers beweren ook dat ze blij zouden zijn als het bewijs dat de LHC genereert in tegenspraak is met hun verwachtingen. want dat zou betekenen dat er nog meer te leren valt.

LHC in cijfers

De magneetkern van de Large Hadron Collider Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

De Large Hadron Collider is een enorme en krachtige machine. Het bestaat uit acht sectoren . Elke sector is een boog die aan elk uiteinde wordt begrensd door een sectie die an . wordt genoemd invoeging . De omtrek van de LHC meet 27 kilometer (16,8 mijl) rond. De versnellerbuizen en botskamers bevinden zich 100 meter (328 voet) onder de grond. Wetenschappers en technici hebben toegang tot de servicetunnel waarin de machines zich bevinden door af te dalen in liften en trappen die zich op verschillende punten langs de omtrek van de LHC bevinden. CERN bouwt bovengrondse constructies waar wetenschappers de gegevens die LHC genereert kunnen verzamelen en analyseren.

De LHC gebruikt magneten om bundels van protonen te sturen terwijl ze met 99,99 procent de snelheid van het licht reizen. De magneten zijn erg groot, velen met een gewicht van enkele tonnen. Er zijn er ongeveer 9, 600 magneten in de LHC. De magneten worden afgekoeld tot een kille 1,9 graden Kelvin (-271,25 Celsius of -456,25 Fahrenheit). Dat is kouder dan het vacuüm van de ruimte.

Over stofzuigers gesproken, de protonenbundels in de LHC reizen door pijpen in wat CERN een 'ultrahoog vacuüm' noemt. De reden voor het creëren van zo'n vacuüm is om te voorkomen dat er deeltjes worden geïntroduceerd waarmee de protonen kunnen botsen voordat ze de juiste botsingspunten bereiken. Zelfs een enkele gasmolecuul kan een experiment doen mislukken.

Er zijn zes gebieden langs de omtrek van de LHC waar ingenieurs experimenten kunnen uitvoeren. Denk aan elk gebied alsof het een microscoop is met een digitale camera. Sommige van deze microscopen zijn enorm -- het ATLAS-experiment is een apparaat dat 45 meter lang is, 25 meter (82 voet) lang en weegt 7, 000 ton (5, 443 ton) [bron:ATLAS].

Een overzicht van de Large Hadron Collider-experimenten Afbeelding met dank aan CERN

De LHC en de daarmee verbonden experimenten bevatten zo'n 150 miljoen sensoren. Die sensoren verzamelen gegevens en sturen deze naar verschillende computersystemen. Volgens CERN, de hoeveelheid gegevens die tijdens experimenten wordt verzameld, zal ongeveer 700 megabyte per seconde (MB/s) bedragen. Op jaarbasis, dit betekent dat de LHC ongeveer 15 petabyte aan gegevens zal verzamelen. Een petabyte is een miljoen gigabyte. Zoveel gegevens zouden 100 kunnen vullen, 000 dvd's [bron:CERN].

Het kost veel energie om de LHC te laten draaien. CERN schat dat het jaarlijkse stroomverbruik voor de versneller ongeveer 800 zal zijn, 000 megawattuur (MWh). Het had veel hoger kunnen zijn, maar de faciliteit zal niet werken tijdens de wintermaanden. Volgens CERN, de prijs voor al deze energie zal maar liefst 19 miljoen euro zijn. Dat is bijna $ 30 miljoen per jaar aan elektriciteitsrekeningen voor een faciliteit die meer dan $ 6 miljard kostte om te bouwen [bron:CERN]!

Wat gebeurt er precies tijdens een experiment? Blijf lezen om erachter te komen.

Wat is er cooler dan cool zijn?

Waarom de magneten afkoelen tot net boven de temperatuur van het absolute nulpunt? Bij die temperatuur, de elektromagneten kunnen werken zonder enige elektrische weerstand. De LHC gebruikt 10, 800 ton (9, 798 metrische ton) vloeibare stikstof om de magneten af ​​te koelen tot 80 graden Kelvin (-193,2 Celsius of -315,67 Fahrenheit). Vervolgens gebruikt het ongeveer 60 ton (54 metrische ton) vloeibaar helium om ze de rest van de weg af te koelen [bron:CERN].

LHC:Protonen verpletteren

Een model van de Large Hadron Collider in het bezoekerscentrum van CERN in Genève. Johannes Simon/Getty Images

Het principe achter de LHC is vrij eenvoudig. Eerst, je vuurt twee bundels deeltjes langs twee paden, de ene gaat met de klok mee en de andere gaat tegen de klok in. Je versnelt beide bundels tot bijna de lichtsnelheid. Vervolgens, je richt beide stralen op elkaar en kijkt wat er gebeurt.

De apparatuur die nodig is om dat doel te bereiken is veel complexer. De LHC is slechts een onderdeel van de totale deeltjesversneller van CERN. Voordat protonen of ionen ga naar de LHC, ze hebben al een reeks stappen doorlopen.

Laten we eens kijken naar de levensduur van een proton terwijl het door het LHC-proces gaat. Eerst, wetenschappers moeten elektronen van waterstofatomen strippen om protonen te produceren. Vervolgens, de protonen komen de binnen LINAC2 , een machine die bundels protonen afvuurt in een versneller genaamd de PS-booster . Deze machines gebruiken apparaten genaamd radiofrequentie holtes om de protonen te versnellen. De holtes bevatten een radiofrequent elektrisch veld dat de protonenbundels naar hogere snelheden duwt. Gigantische magneten produceren de magnetische velden die nodig zijn om de protonenbundels op het goede spoor te houden. In autotermen, denk aan de radiofrequentieholtes als een gaspedaal en de magneten als een stuurwiel

Zodra een bundel protonen het juiste energieniveau bereikt, de PS Booster injecteert het in een andere versneller genaamd de Super Proton Synchotron (SPS) . De stralen krijgen steeds meer snelheid. Tegen deze tijd, balken zijn verdeeld in: bosjes . Elke bos bevat 1,1 x 10 11 protonen, en er zijn er 2 808 bossen per balk [bron:CERN]. De SPS injecteert stralen in de LHC, waarbij de ene straal met de klok mee beweegt en de andere tegen de klok in.

Binnen de LHC, de stralen blijven versnellen. Dit duurt ongeveer 20 minuten. Op topsnelheid, de balken maken 11, 245 ritten rond de LHC per seconde. De twee bundels komen samen op een van de zes detectorlocaties langs de LHC. Op die positie, er zullen 600 miljoen botsingen per seconde zijn [bron:CERN].

Als twee protonen botsen, ze vallen uiteen in nog kleinere deeltjes. Dat omvat subatomaire deeltjes genaamd quarks en een verzachtende kracht genaamd gluon . Quarks zijn erg onstabiel en vervallen in een fractie van een seconde. De detectoren verzamelen informatie door het pad van subatomaire deeltjes te volgen. Vervolgens sturen de detectoren gegevens naar een raster van computersystemen.

Niet elk proton zal botsen met een ander proton. Zelfs met een machine zo geavanceerd als de LHC, het is onmogelijk om bundels deeltjes zo klein als protonen zo te richten dat elk deeltje met een ander botst. Protonen die niet botsen, zullen in de straal verder gaan naar een straaldumpsectie. Daar, een sectie gemaakt van grafiet zal de straal absorberen. De bundelstortsecties zijn in staat om bundels te absorberen als er iets misgaat in de LHC. Voor meer informatie over de mechanica achter deeltjesversnellers, kijk eens hoe Atom Smashers werken.

De LHC heeft zes detectoren die langs de omtrek zijn geplaatst. Wat doen deze detectoren en hoe werken ze? Ontdek het in de volgende sectie.

Meer deeltjes

De gebeurtenissen in de LHC zullen ook fotonen produceren (de lichtdeeltjes), positronen (antideeltjes tegen elektronen) en muonen (negatief geladen deeltjes die zwaarder zijn dan elektronen).

De LHC-detectoren

Peter Higgs, de man naar wie het Higgsdeeltje is genoemd, toert de LHC. Alan Walker/AFP/Getty Images

De zes gebieden langs de omtrek van de LHC die gegevens verzamelen en experimenten uitvoeren, worden eenvoudigweg detectoren genoemd. Sommigen van hen zoeken naar dezelfde soort informatie, hoewel niet op dezelfde manier. Er zijn vier grote detectorlocaties en twee kleinere.

De detector bekend als Een ringkern LHC-apparaat (ATLAS) is de grootste van het stel. Het meet 46 meter (150,9 voet) lang bij 25 meter (82 voet) hoog en 25 meter breed. De kern is een apparaat dat de innerlijke tracker wordt genoemd. De binnenste tracker detecteert en analyseert het momentum van deeltjes die door de ATLAS-detector gaan. Rondom de innerlijke tracker is een calorimeter . Calorimeters meten de energie van deeltjes door ze te absorberen. Wetenschappers kunnen kijken naar het pad dat de deeltjes hebben afgelegd en er informatie over extrapoleren.

De ATLAS-detector heeft ook een muon spectrometer . Muonen zijn negatief geladen deeltjes die 200 keer zwaarder zijn dan elektronen. Muonen kunnen door een calorimeter reizen zonder te stoppen - het is het enige soort deeltje dat dat kan. De spectrometer meet het momentum van elk muon met sensoren voor geladen deeltjes. Deze sensoren kunnen fluctuaties in het magnetische veld van de ATLAS-detector detecteren.

De Compacte Muon-solenoïde (CMS) is een andere grote detector. Net als de ATLAS-detector, de CMS is een detector voor algemeen gebruik die de subdeeltjes die vrijkomen tijdens botsingen zal detecteren en meten. De detector zit in een gigantische magneet die een magnetisch veld kan creëren van bijna 100, 000 keer sterker dan het magnetische veld van de aarde [bron:CMS].

Dan is er ALICE, wat staat voor Een groot Ion Collider-experiment . Ingenieurs ontwierpen ALICE om botsingen tussen ijzerionen te bestuderen. Door ijzerionen met hoge energie te laten botsen, wetenschappers hopen omstandigheden te creëren die vergelijkbaar zijn met die net na de oerknal. Ze verwachten dat de ionen uiteenvallen in een mengsel van quark en gluon. Een belangrijk onderdeel van ALICE is de Time Projection Chamber (TPC), die deeltjestrajecten zal onderzoeken en reconstrueren. Net als de ATLAS- en CMS-detectoren, ALICE heeft ook een muon-spectrometer.

De volgende is de Large Hadron Collider schoonheid (LHCb) detectorlocatie. Het doel van de LHCb is het zoeken naar bewijs van antimaterie. Het doet dit door te zoeken naar een deeltje genaamd de beauty quark . Een reeks subdetectoren die het botsingspunt omringen, strekken zich uit over een lengte van 20 meter (65,6 voet). De detectoren kunnen in kleine, precieze manieren om beauty-quarkdeeltjes te vangen, die zeer onstabiel zijn en snel vergaan.

De TOTaal Elastische en diffractieve doorsnede Meting (TOTEM) experiment is een van de twee kleinere detectoren in de LHC. Het meet de grootte van protonen en de LHC's helderheid . In de deeltjesfysica, helderheid verwijst naar hoe precies een deeltjesversneller botsingen veroorzaakt.

Eindelijk, daar is de Large Hadron Collider naar voren (LHCf) detectorlocatie. Dit experiment simuleert kosmische straling in een gecontroleerde omgeving. Het doel van het experiment is om wetenschappers te helpen met het bedenken van manieren om grootschalige experimenten te bedenken om natuurlijk voorkomende botsingen met kosmische straling te bestuderen.

Elke detectorlocatie heeft een team van onderzoekers, variërend van enkele tientallen tot meer dan duizend wetenschappers. In sommige gevallen, deze wetenschappers zullen naar dezelfde informatie zoeken. Voor hen, het is een race om de volgende revolutionaire ontdekking in de natuurkunde te doen.

Hoe gaan wetenschappers om met alle gegevens die deze detectoren verzamelen? Daarover meer in de volgende sectie.

Oeps!

Wetenschappers hadden gehoopt de LHC in 2007 online te kunnen brengen, maar een grote magneetstoring vertraagde de zaken. Een enorme magneet gebouwd door Fermilab kreeg een kritieke storing tijdens een stresstest. Ingenieurs stelden vast dat de storing het gevolg was van een ontwerpfout die geen rekening hield met de enorme asynchrone spanningen die de magneten konden doorstaan. Gelukkig voor onderzoekers ingenieurs losten de fout vrij snel op. Maar er dook nog een op in de vorm van een heliumlek. Nu zou de LHC in 2009 online moeten komen [bron:Professional Engineering].

De LHC-gegevens berekenen

Angela Merkel, kanselier van Duitsland, toert met een groep ingenieurs door de LHC. Jean-Pierre Clatot/AFP/Getty Images

Met 15 petabytes aan gegevens (dat is 15, 000, 000 gigabyte) die elk jaar door de LHC-detectoren worden verzameld, wetenschappers hebben een enorme taak voor de boeg. Hoe verwerk je zoveel informatie? Hoe weet je dat je naar iets belangrijks kijkt binnen zo'n grote dataset? Zelfs met een supercomputer, het verwerken van zoveel informatie kan duizenden uren duren. In de tussentijd, de LHC zou doorgaan met het verzamelen van nog meer gegevens.

De oplossing van CERN voor dit probleem is de LHC-rekenraster . Het raster is een netwerk van computers, die elk op zichzelf een stuk gegevens kunnen analyseren. Zodra een computer zijn analyse voltooit, het kan de bevindingen naar een gecentraliseerde computer sturen en een nieuw stuk gegevens accepteren. Zolang wetenschappers de gegevens in brokken kunnen verdelen, het systeem werkt goed. Binnen de computerindustrie heet deze aanpak grid computing .

De wetenschappers van CERN besloten zich te concentreren op het gebruik van relatief goedkope apparatuur om hun berekeningen uit te voeren. In plaats van geavanceerde dataservers en processors aan te schaffen, CERN concentreert zich op kant-en-klare hardware die goed kan werken in een netwerk. Hun aanpak lijkt erg op de strategie die Google hanteert. Het is voordeliger om veel gemiddelde hardware aan te schaffen dan een paar geavanceerde apparaten.

Met behulp van een speciaal soort software genaamd midware , het netwerk van computers zal gegevens kunnen opslaan en analyseren voor elk experiment dat in de LHC wordt uitgevoerd. De structuur voor het systeem is georganiseerd in lagen:

  • Tier 0 is het computersysteem van CERN, die eerst informatie verwerkt en in stukken verdeelt voor de andere lagen.
  • Twaalf Tier 1-locaties in verschillende landen accepteren gegevens van CERN via speciale computerverbindingen. Deze verbindingen kunnen gegevens verzenden met een snelheid van 10 gigabyte per seconde. De Tier 1-sites zullen de gegevens verder verwerken en opdelen om ze verder naar beneden in het netwerk te verzenden.
  • Meer dan 100 Tier 2-sites zullen verbinding maken met de Tier 1-sites. De meeste van deze sites zijn universiteiten of wetenschappelijke instellingen. Elke site heeft meerdere computers beschikbaar om gegevens te verwerken en te analyseren. Naarmate elke verwerkingstaak is voltooid, de sites zullen gegevens terug naar het tier-systeem pushen. De verbinding tussen Tier 1 en Tier 2 is een standaard netwerkverbinding.

Elke Tier 2-site heeft toegang tot elke Tier 1-site. De reden daarvoor is om onderzoeksinstellingen en universiteiten de kans te geven zich te concentreren op specifieke informatie en onderzoek.

Een uitdaging met zo'n groot netwerk is gegevensbeveiliging. CERN stelde vast dat het netwerk niet kon vertrouwen op firewalls vanwege de hoeveelheid dataverkeer op het systeem. In plaats daarvan, het systeem vertrouwt op identificatie en autorisatie procedures om ongeautoriseerde toegang tot LHC-gegevens te voorkomen.

Sommige mensen zeggen dat zorgen maken over gegevensbeveiliging een betwistbaar punt is. Dat komt omdat ze denken dat de LHC uiteindelijk de hele wereld zal vernietigen.

Is het echt mogelijk? Ontdek het in de volgende sectie.

Zal de LHC de wereld vernietigen?

CERN-ingenieurs laten een grote dipoolmagneet in de LHC-tunnel zakken. CERN/AFP/Getty Images

Met de LHC kunnen wetenschappers deeltjesbotsingen observeren op een energieniveau dat veel hoger is dan enig eerder experiment. Sommige mensen maken zich zorgen dat zulke krachtige reacties ernstige problemen voor de aarde kunnen veroorzaken. In feite, een paar mensen zijn zo bezorgd dat ze een rechtszaak hebben aangespannen tegen CERN in een poging de activering van de LHC te vertragen. In maart 2008 voormalig nucleaire veiligheidsfunctionaris Walter Wagner en Luis Sancho voerden een rechtszaak aan die was aangespannen bij de Amerikaanse districtsrechtbank van Hawaï. Ze beweren dat de LHC mogelijk de wereld zou kunnen vernietigen [bron:MSNBC].

Wat is de basis voor hun zorgen? Kan de LHC iets creëren dat een einde kan maken aan al het leven zoals we dat kennen? Wat kan er precies gebeuren?

Een angst is dat de LHC zwarte gaten zou kunnen produceren. Zwarte gaten zijn gebieden waar materie instort tot een punt van oneindige dichtheid. Wetenschappers van CERN geven toe dat de LHC zwarte gaten kan produceren, maar ze zeggen ook dat die zwarte gaten op subatomaire schaal zouden zijn en vrijwel onmiddellijk zouden instorten. In tegenstelling tot, de zwarte gaten die astronomen bestuderen, zijn het resultaat van een hele ster die op zichzelf instort. Er is een groot verschil tussen de massa van een ster en die van een proton.

Een andere zorg is dat de LHC een exotisch (en tot nu toe hypothetisch) materiaal zal produceren genaamd vreemde eend in de bijt . Een mogelijke eigenschap van Strangelets is bijzonder zorgwekkend. Kosmologen theoretiseren dat Strangelets een krachtig zwaartekrachtsveld zouden kunnen bezitten waardoor ze de hele planeet in een levenloze hulk zouden kunnen veranderen.

Wetenschappers van LHC verwerpen deze bezorgdheid door meerdere contrapunten te gebruiken. Eerst, ze wijzen erop dat vreemdelingen hypothetisch zijn. Niemand heeft dergelijk materiaal in het universum waargenomen. Tweede, ze zeggen dat het elektromagnetische veld rond dergelijk materiaal normale materie zou afstoten in plaats van het in iets anders te veranderen. Derde, ze zeggen dat zelfs als zulke materie bestaat, het zou zeer onstabiel zijn en bijna onmiddellijk vervallen. Vierde, de wetenschappers zeggen dat hoogenergetische kosmische straling dergelijk materiaal op natuurlijke wijze zou moeten produceren. Omdat de aarde nog steeds in de buurt is, ze theoretiseren dat Strangelets een non-issue zijn.

Een ander theoretisch deeltje dat de LHC zou kunnen genereren is a magnetische monopool . Getheoretiseerd door P.A.M. Dirac, een monopool is een deeltje dat een enkele magnetische lading bevat (noord of zuid) in plaats van twee. De zorg die Wagner en Sancho aanhaalden, is dat dergelijke deeltjes materie uit elkaar kunnen trekken met hun scheve magnetische ladingen. CERN-wetenschappers zijn het er niet mee eens, zeggen dat als monopolen bestaan, er is geen reden om te vrezen dat dergelijke deeltjes zo'n vernietiging zouden veroorzaken. In feite, ten minste één team van onderzoekers is actief op zoek naar bewijs van monopolen in de hoop dat de LHC er enkele zal produceren.

Andere zorgen over de LHC zijn onder meer de angst voor straling en het feit dat het de hoogste energie-botsingen van deeltjes op aarde zal veroorzaken. CERN stelt dat de LHC extreem veilig is, met een dikke afscherming met 100 meter (328 voet) aarde erop. In aanvulling, personeel mag tijdens experimenten niet ondergronds worden toegelaten. Wat betreft de bezorgdheid over botsingen, wetenschappers wijzen erop dat botsingen met kosmische straling met hoge energie de hele tijd in de natuur plaatsvinden. Stralen botsen met de zon, maan en andere planeten, die allemaal nog steeds in de buurt zijn zonder enig teken van schade. Met de LHC, die botsingen zullen plaatsvinden in een gecontroleerde omgeving. Anders, er is echt geen verschil.

Zal de LHC erin slagen onze kennis over het heelal te vergroten? Zullen de verzamelde gegevens meer vragen oproepen dan beantwoorden? Als eerdere experimenten een indicatie zijn, het is waarschijnlijk een veilige gok om aan te nemen dat het antwoord op beide vragen ja is.

Voor meer informatie over de Large Hadron Collider, deeltjesversnellers en aanverwante onderwerpen, versnellen naar de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe atomen werken
  • Hoe Atom Smashers werken
  • Hoe de oerknaltheorie werkt
  • Hoe zwarte gaten werken
  • Hoe donkere materie werkt
  • Hoe ruimtebotsingen werken
  • Hoe sterren werken
  • Is er een gat in het heelal?

Meer geweldige links

  • ALICE
  • ATLAS
  • CERN
  • CMS

bronnen

  • "ALICE:een groot Ion Collider-experiment." CERN. http://aliceinfo.cern.ch/Public/index.html
  • Bos, Eric-Jan, Martelli, Edoardo en Moroni, Paolo. "LHC netwerkarchitectuur op hoog niveau." GEANT2. 17 juni 2005. http://www.geant2.net/upload/pdf/LHC_networking_v1-9_NC.pdf
  • Boyle, Alan. "Doomsday-angst leidt tot rechtszaak over botser." MSNBC. 28 maart 2008. http://www.msnbc.msn.com/id/23844529/
  • CERN. http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html
  • "CERN-LHC." GEANT2. http://www.geant2.net/server/show/nav.00d00h001003
  • "CERNPodcast." CERN. http://www.cernpodcast.com/
  • Collins, Graham P. "Large Hadron Collider:de ontdekkingsmachine." Wetenschappelijke Amerikaan. januari 2008. http://www.sciam.com/article.cfm?id=the-discovery-machine-hadron-collider
  • "Ontwerpfout verantwoordelijk voor het falen van de magneet bij Cern." Professionele techniek. 25 april 2007.
  • vast, Jozua. "Het verhaal van Strangelets." Rutgers Universiteit. 17 mei 1998. http://www.physics.rutgers.edu/~jholden/strange/strange.html
  • "Large Hadron Collider schoonheidsexperiment." CERN. http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/Welcome.html
  • "LHC:de gids." CERN. http://cdsweb.cern.ch/record/1092437/files/CERN-Brochure-2008-001-Eng.pdf
  • "M-theorie, de theorie die voorheen bekend stond als Strings." Cambridge University. http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/qg_ss.html
  • Tot ziens, Dennis. "Zal de botser de grond breken - of de aarde vernietigen?" De Seattle Times. 29 maart 2008. http://seattletimes.nwsource.com/html/nationworld/2004314373_super29.html
  • "Het standaardmodel." virtueel bezoekerscentrum, Stanford universiteit. http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/model.html
  • "TOTEM-experiment." CERN. http://totem.web.cern.ch/Totem/
  • Wagner, Richard J. "De vreemde zaak van planetaire vernietiging." 21 maart, 2007. http://chess.captain.at/strangelets-matter.html

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe de lengte van DNA-fragmenten te berekenen
  2. Hoe een DNA-structuur te labelen
  3. Het Bohr-model:snel vervangen maar nooit vergeten
  4. Hoe maak je een gedetailleerd menselijk hersensmodel uit Clay
  5. Wat voor soort Allele slaat een generatie over?
  6. Een model van een plantencel in een plastic zak maken
  7. Factoren die betrokken zijn bij celdifferentiatie
  8. Wat zijn Darwins vier belangrijkste ideeën over evolutie?
  9. Wat is de subeenheid van DNA genaamd?

Wetenschap