सर्न कण त्वरक क्या है?

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क्या होगा अगर यह मौलिक भवन ब्लॉकों का निरीक्षण करना संभव था, जिस पर ब्रह्मांड आधारित है? एक समस्या नहीं है! आपको केवल एक विशाल कण त्वरक की आवश्यकता होगी, एक भूमिगत सुविधा जो दो देशों के बीच एक सीमा को पार करने के लिए काफी बड़ी है, और इस बिंदु पर कणों को गति देने की क्षमता है जहां वे एक दूसरे का विनाश करते हैं - ऊर्जा और द्रव्यमान को जारी करते हुए जिसे आप एक श्रृंखला के साथ देख सकते हैं की विशेष निगरानी।

खैर, जैसा कि किस्मत में होगा, इस तरह की सुविधा पहले से मौजूद है, और सर्न लार्ज हार्ड्रन कोलाइडर (एलएचसी) के रूप में जाना जाता है, जिसे सर्न पार्टिकल एक्सलेरेटर के रूप में भी जाना जाता है। जेनेवा, स्विट्जरलैंड के पास सतह के नीचे लगभग 27 किलोमीटर की परिधि में स्थित है और यह दुनिया का सबसे बड़ा कण त्वरक है। और जब से सर्न स्विच से बाहर निकला, LHC ने ब्रह्मांड के कुछ गहरे रहस्यों पर कुछ गंभीर प्रकाश डाला।

उद्देश्य:

कोलाइडर्स, परिभाषा के अनुसार, कण त्वरक का एक प्रकार है जो कणों के दो निर्देशित बीम पर भरोसा करते हैं। कण इन उपकरणों में बहुत उच्च गतिज ऊर्जा के लिए त्वरित होते हैं और फिर एक दूसरे से टकराते हैं। इन टकरावों के उपोत्पादों का विश्लेषण तब वैज्ञानिकों द्वारा किया जाता है ताकि वे उप-परमाणु दुनिया की संरचना का पता लगा सकें और कानून भी इसे लागू करते हैं।

कोलाइडर्स का उद्देश्य कण उपोत्पादों का उत्पादन करने के लिए उच्च-ऊर्जा टक्करों के प्रकार का अनुकरण करना है जो अन्यथा प्रकृति में मौजूद नहीं होंगे। क्या अधिक है, इस प्रकार के कण बाइप्रोडक्ट्स बहुत कम समय के बाद क्षय हो जाते हैं, और सामान्य परिस्थितियों में अध्ययन के लिए कठिन या निकट-असंभव हैं।

हैड्रॉन शब्द क्वार्क से बने मिश्रित कणों को संदर्भित करता है जो कि मजबूत परमाणु बल द्वारा एक साथ होते हैं, कण संपर्क को नियंत्रित करने वाले चार बलों में से एक (अन्य कमजोर परमाणु बल, विद्युत चुंबकत्व और गुरुत्वाकर्षण)। सबसे प्रसिद्ध ह्रदय बैरन हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन - लेकिन इसमें मेकॉन और अस्थिर कण भी शामिल हैं जो एक क्वार्क और एक एंटीक्वार्क से बने होते हैं।

डिज़ाइन:

एलएचसी "हेड्रान" के दो बीमों को तेज करके संचालित करता है - या तो प्रोटॉन या लीड आयन - इसके परिपत्र तंत्र के चारों ओर विपरीत दिशाओं में। हर्डन तब टकराते हैं जब वे बहुत उच्च स्तर की ऊर्जा प्राप्त करते हैं, और परिणामस्वरूप कणों का विश्लेषण और अध्ययन किया जाता है। यह दुनिया का सबसे बड़ा उच्च-ऊर्जा त्वरक है, जिसकी परिधि में 27 किमी (17 मील) और 50 से 175 मीटर (164 से 574 फीट) की गहराई है।

सुरंग जो कि मकड़ी का घर है, वह 3.8-मीटर (12 फीट) चौड़ी है, और पहले बड़े इलेक्ट्रॉन-पोजीट्रान कोलाइडर (जो 1989 और 2000 के बीच संचालित होती थी) को घर में इस्तेमाल किया जाता था। इस सुरंग में दो आसन्न समानांतर बीमलाइन होते हैं जो चार बिंदुओं पर प्रतिच्छेद करते हैं, प्रत्येक में एक किरण होता है जो रिंग के चारों ओर विपरीत दिशाओं में यात्रा करता है। बीम को 1,232 द्विध्रुव चुम्बकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है जबकि किरणों को केंद्रित रखने के लिए 392 चौगुनी चुम्बक का उपयोग किया जाता है।

लगभग 10,000 सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग कुल में किया जाता है, जिन्हें -271.25 ° C (-456.25 ° F) के परिचालन तापमान पर रखा जाता है - जो कि लगभग 96 टन तरल हीलियम -4 से पूरी तरह से शून्य से शर्मीला है। यह एलएचसी को दुनिया की सबसे बड़ी क्रायोजेनिक सुविधा भी बनाता है।

प्रोटॉन टक्करों का संचालन करते समय, प्रक्रिया रैखिक कण त्वरक (LINAC 2) से शुरू होती है। LINAC 2 के बाद प्रोटॉन की ऊर्जा बढ़ जाती है, इन कणों को फिर प्रोटॉन सिन्क्रोट्रॉन बूस्टर (PSB) में इंजेक्ट किया जाता है, जो उन्हें उच्च गति तक पहुंचाता है।

फिर उन्हें प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन (PS) में इंजेक्ट किया जाता है, और फिर सुपर प्रोटॉन सिंथर्ट्रॉन (SPS) पर, जहां उन्हें मुख्य त्वरक में इंजेक्ट किए जाने से पहले भी आगे तक फैलाया जाता है। एक बार, प्रोटॉन के गुच्छों को 20 मिनट की अवधि में उनकी चरम ऊर्जा में संचित और त्वरित किया जाता है। अंत में, उन्हें 5 से 24 घंटे की अवधि के लिए परिचालित किया जाता है, इस दौरान चार चौराहों पर टकराव होता है।

कम चलने की अवधि के दौरान, हेवी-आयन टक्कर (आमतौर पर लीड आयन) कार्यक्रम में शामिल होते हैं। लीड आयनों को पहले रैखिक त्वरक LINAC 3 द्वारा त्वरित किया जाता है, और निम्न ऊर्जा आयन रिंग (LEIR) का उपयोग आयन भंडारण और कूलर इकाई के रूप में किया जाता है। LHC रिंग में इंजेक्ट होने से पहले PS और SPS द्वारा आयनों को और तेज किया जाता है।

जबकि प्रोटॉन और लीड आयन टकरा रहे हैं, सात डिटेक्टरों का उपयोग उनके उपोत्पादों को स्कैन करने के लिए किया जाता है। इनमें A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) प्रयोग और कॉम्पैक्ट मुअन सोलेनोइड (CMS) शामिल हैं, जो दोनों सामान्य प्रयोजन डिटेक्टर हैं जो कई अलग-अलग प्रकार के उप-परमाणु कणों को देखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

फिर अधिक विशिष्ट A लार्ज आयन कोलाइडर प्रयोग (ALICE) और लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर ब्यूटी (LHCb) डिटेक्टर हैं। जबकि एलिस एक भारी-आयन डिटेक्टर है जो अत्यधिक ऊर्जा घनत्व पर दृढ़ता से बातचीत करने वाले पदार्थ का अध्ययन करता है, एलएचसीबी कणों के क्षय को रिकॉर्ड करता है और अपने क्षय के उत्पादों से बी और एंटी-बी क्वार्क को फ़िल्टर करने का प्रयास करता है।

फिर तीन छोटे और अति-विशिष्ट डिटेक्टर हैं - एस्टल इलास्टिक और डिफ्रेक्टिव क्रॉस सेक्शन मेजरमेंट (टीओटीईएम) प्रयोग, जो कुल क्रॉस सेक्शन, इलास्टिक बिखरने और विवर्तनिक प्रक्रियाओं को मापता है; मोनोपोल और एक्सोटिक्स डिटेक्टर (MoEDAL), जो चुंबकीय मोनोपोल या बड़े पैमाने पर (छद्म-) स्थिर आवेशित कणों की खोज करता है; और लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर फॉरवर्ड (LHCf) जो एस्ट्रोपार्टिकल्स (उर्फ कॉस्मिक किरणों) की निगरानी करता है।

ऑपरेशन का इतिहास:

सर्न, जो कॉन्सिल यूरोपियन के लिए खड़ा है, रे रेकर्चे न्यूक्लेयर (या अंग्रेजी में यूरोपीय अनुसंधान के लिए परमाणु परिषद) बारह पश्चिमी यूरोपीय सांकेतिक राष्ट्रों द्वारा सेप्ट 29, 1954 में स्थापित किया गया था। परिषद का मुख्य उद्देश्य जिनेवा में एक कण भौतिकी प्रयोगशाला के निर्माण की देखरेख करना था जहां परमाणु अध्ययन किया जाएगा।

इसके निर्माण के तुरंत बाद, प्रयोगशाला इस से आगे निकल गई और साथ ही उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान का संचालन करना शुरू कर दिया। यह बीस यूरोपीय सदस्य राज्यों में शामिल हो गया है: फ्रांस, स्विट्जरलैंड, जर्मनी, बेल्जियम, नीदरलैंड, डेनमार्क, नॉर्वे, स्वीडन, फिनलैंड, स्पेन, पुर्तगाल, ग्रीस, इटली, यूके, पोलैंड, हंगरी, चेक गणराज्य, स्लोवाकिया , बुल्गारिया और इज़राइल।

एलएचसी के निर्माण को 1995 में मंजूरी दी गई थी और शुरू में इसे 2005 तक पूरा करने का इरादा था। हालांकि, लागत में कटौती, बजट में कटौती, और विभिन्न इंजीनियरिंग कठिनाइयों ने 2007 की अप्रैल की तारीख को पूरा किया। एलएचसी पहली बार 10 सितंबर, 2008 को ऑनलाइन हुआ। लेकिन एक दुर्घटना के बाद 14 महीनों के लिए प्रारंभिक परीक्षण में देरी हुई, जिससे कोलाइडर के कई प्रमुख घटकों (जैसे कि सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट) को व्यापक क्षति हुई।

20 नवंबर 2009 को, एलएचसी को ऑनलाइन वापस लाया गया और 2010 से 2013 तक इसका पहला रन चला। इस रन के दौरान, इसने 4 टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट्स (4 टीईवी) और 2.76 टीईवी प्रति की ऊर्जा पर प्रोटॉन और लीड नाभिक के दो विरोधी कण मुस्कराते हुए टकराए। क्रमशः नाभिक। एलएचसी का मुख्य उद्देश्य बिग बैंग के ठीक बाद की स्थितियों को फिर से बनाना है जब उच्च-ऊर्जा कणों के बीच टक्कर हो रही थी।

प्रमुख खोजें:

अपने पहले रन के दौरान, एलएचसी की खोजों में हिग्स बोसोन के बाद लंबे समय से मांगे जाने वाला एक कण शामिल था, जिसे 4 जुलाई 2012 को घोषित किया गया था। यह कण, जो अन्य कणों को द्रव्यमान देता है, भौतिकी के मानक मॉडल का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है । अपने उच्च द्रव्यमान और मायावी प्रकृति के कारण, इस कण का अस्तित्व केवल सिद्धांत रूप में आधारित था और पहले कभी नहीं देखा गया था।

हिग्स बोसोन की खोज और एलएचसी के चल रहे संचालन ने भी शोधकर्ताओं को मानक मॉडल से परे भौतिकी की जांच करने की अनुमति दी है। इसमें सुपरसिमेट्री सिद्धांत से संबंधित परीक्षण शामिल हैं। परिणाम दिखाते हैं कि कुछ प्रकार के कण क्षय सुपरसिमेट्री भविष्यवाणी के कुछ रूपों की तुलना में कम आम हैं, लेकिन फिर भी सुपरसिमेट्री सिद्धांत के अन्य संस्करणों की भविष्यवाणियों से मेल खा सकते हैं।

2011 के मई में, यह बताया गया था कि क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा (सैद्धांतिक रूप से, ब्लैक होल के अलावा सबसे सघन पदार्थ) LHC में बनाया गया था। 19 नवंबर 2014 को, LHCb प्रयोग ने दो नए भारी उपपरमाण्विक कणों की खोज की घोषणा की, जिनमें से दोनों एक नीचे, एक नीचे और एक अजीब क्वार्क से मिलकर बने थे। एलएचसीबी सहयोग ने पहले रन के दौरान कई विदेशी हैड्रॉन का अवलोकन किया, संभवतः पेंटाक्कर्क्स या टेट्राक्वार्क।

2015 से, एलएचसी अपने दूसरे रन का संचालन कर रहा है। उस समय में, यह हिग्स बोसोन का पता लगाने की पुष्टि करने और सुपरसिमेट्री सिद्धांत और उच्च-ऊर्जा स्तरों पर विदेशी कणों के अस्तित्व की जांच करने के लिए समर्पित किया गया है।

आने वाले वर्षों में, एलएचसी को उन्नयन की एक श्रृंखला के लिए निर्धारित किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह कम रिटर्न से ग्रस्त नहीं है। 2017-18 में, एलएचसी को एक अपग्रेड से गुजरना तय है जो कि इसकी टकराव ऊर्जा को 14 TeV तक बढ़ा देगा। इसके अलावा, 2022 के बाद, एटलस डिटेक्टर को उच्च एलुमिनोसिटी एलएचसी के रूप में ज्ञात दुर्लभ प्रक्रियाओं का पता लगाने की संभावना को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया एक अपग्रेड प्राप्त करना है।

LHC त्वरक अनुसंधान कार्यक्रम (LARP) के रूप में जाना जाने वाला सहयोगी अनुसंधान प्रयास वर्तमान में LHC को और उन्नत करने के लिए अनुसंधान का संचालन कर रहा है। इनमें से सबसे प्रमुख बीम करंट में वृद्धि और दो उच्च-ल्युमिनोसिटी इंटरैक्शन क्षेत्रों और ATLAS और CMS डिटेक्टरों का संशोधन है।

कौन जानता है कि एलएचसी अब और दिन के बीच क्या खोजेगा जब वे आखिरकार बिजली बंद कर देंगे? भाग्य के साथ, यह ब्रह्मांड के गहरे रहस्यों पर अधिक प्रकाश डालेगा, जिसमें अंतरिक्ष और समय की गहरी संरचना, क्वांटम यांत्रिकी और सामान्य सापेक्षता का अंतर, पदार्थ और एंटीमैटर के बीच संबंध, और "डार्क मैटर का अस्तित्व शामिल हो सकता है। "।

हमने स्पेस मैगज़ीन के लिए CERN और LHC के बारे में कई लेख लिखे हैं। यहाँ हिग्स बोसोन क्या है ?, CERN डेटा शो के बाद हाइप मशीन डिफ्लेक्ट करता है कोई नया कण नहीं, BICEP2 ऑल ओवर? शोधकर्ताओं ने संदेह में हिग्स बोसोन डिस्कवरी, दो नए उप-परमाणु कण पाए, क्या एक नया कण घोषित होने वाला है ?, भौतिक विज्ञानी शायद, बस हो सकता है, प्रकृति की 5 वीं सेना की संभावित खोज की पुष्टि करें।

यदि आप लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो LHC होमपेज देखें, और यहां CERN वेबसाइट का लिंक दिया गया है।

खगोल विज्ञान कास्ट भी इस विषय पर कुछ एपिसोड है। यहां सुनें, एपिसोड 69: द बिग हैड्रन कोलाइडर और हिग्स बोसोन और एपिसोड 392 के लिए खोज: स्टैंडर्ड मॉडल - इंट्रो।

सूत्रों का कहना है: