La Geneva, un pas mai aproape de Big Bang

Pe lângă căutarea faimosului boson Higgs, la acceleratorul de la Geneva, Large Hadron Collider (LHC), cercetătorii se pregătesc să realizeze şi să studieze ciocniri ale protonilor cu ioni de plumb şi a ionilor de plumb între ei.

Acest studiu va ajuta oamenii de ştiinţă să înţeleagă mai bine procesele care au avut loc imediat după Big Bang.

Acceleratorul de la Geneva pe scurt

Reamintim, pe scurt, câteva dintre caracteristicile acceleratorului Large Hadron Collider (LHC) de la Geneva. Acceleratorul LHC, împreună cu experimentele care sunt insatalate acolo, ATLAS, CMS, LHCb şi ALICE, reprezintă una dintre cele mai importante aventuri ale spiritului uman. Nu atât din punct de vedere financiar, cât din cel al explorării unor noi aspecte ale Naturii din care facem parte şi a legilor acesteia. LHC este un accelerator de formă (aproximativ) circulară, instalat într-un tunel la circa 100 metri sub pământ, între Elveţia şi Franţa, şi are o lungime (circumferinţa) di aproximativ 27 de kilometri.


Obiectivul acestui accelerator este de a realiza şi studia interacţiuni între fascicule de protoni sau ioni de plumb, la energii record, pentru a găsi răspunsuri la întrebări profunde despre lumea ce ne înconjoară şi chiar şi despre Univers. Miile de magneţi care sunt folosiţi la LHC un sunt magneţi “normali", ci magneţi construiţi din materiale speciale care funcţionează în aşa-numitul regim de supraconductivitate – adică consuma foarte puţin curent electric, însă doar atunci când sunt răciţi la temperaturi extrem de joase, adică circa 2.3 K (circa -270 C!!!), cu ajutorul heliului lichid. Folosirea acestui tip de magneţi este necesară – altfel costul energie electrice ar fi enorm.

Ce se face la LHC?

La LHC se ciocnesc fasciculede particule, la energii extreme. Energia la care sunt acceleraţi protonii într-un fascicul la ora actuală este de aproximativ 3.5-4 TeV. În fizică particulelor elementare unitatea de energie este aşa-numitul electron-Volt (eV), ceea ce corespunde energiei câştigate de un electron care străbate un câmp electric cu o diferenţă de potenţial de 1 Volt. 1 TeV înseamnă o mie de miliarde de eV! Energia de 4 TeV este de circa 4,000 de ori mai mare decât masa de repaus a protonului (care este circa 1 GeV) şi viteza la care circulă protonii în cadrul LHCului este foarte apropiată de viteza luminii, fiind necesar să ţinem cont de teoria relativităţii pentru a face ca LHC să funcţioneze corect.

Două fascicule de protoni care circulă în direcţii contrare se ciocnesc violent şi dau naştere la noi particule (prin conservarea energiei E=mc2). Energia extrem de mare – energie record, nici un alt accelerator a ajuns la energii aşa de mari – face că numărul de particule care se pot forma în starea finală, după ce protonii au interacţionat, să fie de câteva mii. Printre acestea s-ar putea ascunde şi bosonul Higgs – cel căutat de experimentele ATLAS şi CMS.

Pe lângă ciocniri de protoni, la LHC se pot realiza şi ciocniri de fascicule de ioni de plumb. În urma acestora rezulta un amestec foarte dens şi cald de quarcuri şi gluoni (protonii şi neutronii sunt alcătuiţi din quarkuri ţinuţi împreună de gluoni), aşa numita plasmă de quarci şi gluoni, care ar fi putut exista în Univers în primele momente după Big Bang. Studiul acesteia, realizat în special în cadrul experimentului ALICE, este deosebit de important – tocmai pentru a înţelege mai bine primele momente de viaţă ale Universului nostru.

Studiul plasmei de quarcuri şi gluoni

Pentru studiul acestei stări ale materiei, numită plasmă de quarcuri şi gluoni, la LHC se pregăteşte realizarea ciocnirilor de fascicule ioni de plumb la energii extreme. În urma acestor ciocniri, pentru un timp foarte scurt, ar trebui să se realizeze această stare a materiei care ar fi putut exista imediat după Big Bang.

La ora actuală însă, cercetătorii nu au o înţelegere adecvată, detaliată, a ionilor de plumb pentru a-i puteau folosi în stdiul plasmei de quarcuri şi gluoni. Motiv pentru care, un prim pas îl reprezintă studiul ionilor de plumb prin procese de ciocnire între un fascicul de protoni şi unul de ioni de plumb, având în vedere faptul că protonii sunt mult mai simpli decât ionii de plumb.

Deci, în urma analizei acestor ciocniri se pot înţelege detalii legate de ionii de plumb care să fie ulterior folosite în studiul proceselor mult mai complicate de ciocnire între două fascicule de ioni de plumb.

Primele teste au fost un succes

Un prim test cu fascicule de protoni şi ioni de plumb a fost realizat la LHC luni, 31 Octombrie 2011 şi a durat 16 ore. Un fascicul de protoni, alcătuit din 304 pachete (bunches) cu energia de 3.5 TeV a circulat la LHC împreună cu unul de ioni de plumb, alcătuit din câteva pachete (bunches), cu energia de 284 TeV (adică 1.38 TeV pe nucleon). Cele două fascicule nu au fost deocamdată în condiţii de « ciocnire » ; au fost ţinute separate, deoarece în acest prim test se dorea transportarea acestora în detectorii care urmează să studieze procesele de ciocnire şi verificarea calităţii fasciculelor.

În următoarele săptămâni la LHC se intenţionează studiul în paralel a interacţiunilor de protoni cu ioni de plumb, dar şi a ionilor de plumb între ei.

LHC este cu un pas mai aproape spre înţelegerea primilor paşi ai Universului – primele momente după Big Bang, în care o « supa » caldă şi densă de quarcuri şi gluoni, aşa-numita plasmă de quarcuri şi gluoni, a existat, înainte de formarea nucleonilor, a atomilor şi a materiei cu care la ora actuală suntem obişnuiţi.

Detalii (în engleză): http://physicsworld.com/cws/article/news/47703

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro.

Taguri:stiinta, Big Bang, bosonul Higgs

Spune-ţi părerea!

  • Ovi
    29 noiembrie, 11:39. Ovi

    Cruceanu, Buzatu Si altii, se aude? E adevarat ce zice Alexandrinu?

    • Calin catre BOvi
      16 ianuarie, 17:07. Calin catre BOvi

      Da mai Bovi, e adevarat ce spune mincinosul ala de retardat (Alexandrinu), dar a uitat sa spuna ca porcu zboara, ratza impunge, etc etc. Din nefericire retardatii stiu sa scrie comentarii pentru cei asemenea lor. Ma bucur ca l-ai bagat in seama pe retardat. Eu nu am putut citi tot comentariul ca imi face greatza.
      Catre autori articolelor de fizica -Scuza-ti-mi tonul si limbajul.
      Poate ca ar fi bine facut un filtru (desi niciodata nu am fost de acord cu cenzura) pentru cei care se plictisesc si scriu prostii care deviaza de la subiectul articolului (cercetari stintifice), pentru ca este depresiv sa vezi ca in tara noastra sunt alfabetizati mai prosti ca anaflabetii. Eu tin totusi la iluzia ca suntem un popor mai cultivat si ma ia cu depresia sa vad asemenea comentarii.
      Multumesc pentru ca ne tinet-ti la curent cu ultimele noutati de la CERN si nu numai.

  • Alexandrinu
    29 noiembrie, 05:04. Alexandrinu

    Vrem sa aflam noutati in stiinta?Nu le veti gasiti aici.
    De ex nu este spus ca proiectul cern sau lhc sunt de fapt complet private.
    Nu ma credeti?Incercati sa intrati pe porta si nu ajungeti departe.Veti fi opriti de un tip inalt in uniforma,cu arma la centura.
    Ce este de fapt sub munte,la granita dintre Italia si Elvetia?
    Este un loc special,unde se intersecteaza una sau mai multe linii de flux (curent teluric).Aceste locatii se cunosc din anthichitate si cateva au temple sau constructii de tip religious la suprafata.
    Deasupra acestui punct de convergenta,inginerii au plasat un cerc (o bobina gigantica) cu fire sau tevi din materiale neferoase.Unele sunt goale,altele au metal lichid inauntru.Curent de inalta frecventa este pompat prin conductori pt cateva minute (ore) pana se intra in rezonanta cu sursa naturala.
    Acest proiect este international,dar nu intre tari ci intre companiile multinationale care participa si furnizorii militari care sunt directi interesati.
    Timpul de exploatare este alocat dinainte (prin inscriere).
    De ex-compania x de la 3 la 6.
    Proiectul militar y de la 10 seara la 6 dimineata.

    • Alexandrinu
      29 noiembrie, 05:18. Alexandrinu

      Cine lucreaza la cern sau lhc?
      Primul esalon-companii multinationale,implicate in productie de armament.Sunt testate aliaje din element dense si de asemenea noi tipuri de arme cu propulsie electromagnetica (munitie de tip supersonic etc).
      Al doilea esalon-ingineri care se ocupa cu tehnologia de captare si stocare a energiei (baterii).
      De ex se testeaza modalitati de captare si stocare a hidrogenului -un component denumit hidrina-pt verificare vedeti site-ul lui bob la zar-unitednu cleardotcom si alte baterii de tip exotic care dureaza douazeci de ani si sunt folosite pt bunkere pt elita (bogati) in caz de razboi nu clear.
      Al treilea esalon-fizicieni sau teoreticieni care testeaza apa de ploaie gen \"big bang\" sau \"bosonul higgs\"-o fatada care trebuie mentinuta pt public.
      Stiinta se gaseste in laborator (prin experiment) nu in ziare.
      Ziarele sunt pt propaganda.

  • Ovi
    28 noiembrie, 17:06. Ovi

    Pentru toti cititorii:

    1. In stiinta (de fapt \"stiinta\", pentru ca e ceva ce are definitie variabila in functie de om, timp, etc) \"experimentul este judecatorul suprem\". Mai ramine de demonstrat ca legile Universului sint general valabile in spatiu si timp (cu alte cuvinte legile Universului au fost valabile dintotdeauna si oriunde in Univers). Asa ceva NU s-a demonstrat si nu e de ajuns numai sa afirmi ca asa ceva este adevarat.

    2. Fizica particulelor a alunecat foarte rau in iluzie din cauza formalismului matematic care nu se suprapune realitatii. Matematica este un instrument construit pe anumite axiome, diferite de cele ale Universului, astfel incit prin matematica nu se poate descrie complet realitatea (daca cineva crede contrariul sa demonstreze). Din acest motiv s-a ajuns sa se creada (de exemplu) ca o particula are mase (energii) diferite in functie de sistemul de referinta, ceea ce pentru cineva cu mintea neinfectata este o aberatie (este ca si cum ai spune ca 1=2). Un corp nu se poate opune schimbarii starii lui de miscare (inertia) cu forte diferite in acelasi moment de timp, indiferent din ce sistem de referinta privim lucrurile.
    Aici teoria lui Einstein are o problema majora: spune ca E=m*c^2 dar nu spune care e \"masa de repaos\". Repaos in functie de ce? In acest Univers un corp
    (particula) este in miscare, cu diferite viteze, fata de extrem de multe alte particule (corpuri). De exemplu un mar pe care il tinem noi in mina are viteza zero fata de cel care il tine in mina, viteza de citeva mii de km pe ora fata de luna (nu mai vorbim ce traiectorie descrie) si viteza luminii fata de fotonii care vin de la Soare.
    Intrebare: avind in vedere ca masa \"depinde de viteza\", conform teoriei lui Einstein, ce masa are pina la urma marul respectiv?. Aici e falia matematica in care a cazut foarte multa lume.

    3. Ceea ce inteleg unii prin \"stiinta\" are probleme grave de principiu:
    1. Nu s-a demonstrat ca legile Universului sint reproductibile oricind si oriunde (sint universale in spatiu si timp). Referitor la asta intrebati oamenii de stiinta cum se formeaza o picatura de ploaie intr-un nor. O sa vedeti ca in aceleasi conditii \"atmosferice\" (presiune, temperatura, umiditate) citeodata ploua citeodata nu ploua.
    2. \"Stiinta\" se bazeaza pe faptul ca nu exista altceva in afara de aceasta lume materiala, FARA sa demonstreze asa ceva. Nu este de ajuns sa afirmi, trebuie sa si demonstrezi acest lucru.
    3. Fizica opereaza cu notiuni \"fundamentale\" fara sa le defineasca. Nu au nici o idee unde este granita fundamental-nefudamental.

    4. (Consecinta a punctului 3): La modul la care este definita stiinta, aceasta nu are nici o sansa sa determine ce este dincolo de \"legile fundamentale\". Nu are
    metoda de studiu si de abordare pentru ca exclude (FARA sa demonstreze) existenta a altceva decit aceasta lume materiala.

    Bunul Dumnezeu sa ne lumineze mintile pentru a gasi Adevarul.

    • C
      28 noiembrie, 20:33. C

      Ref. la pct. 2, existenta \"altceva\"-ului nici nu este nici presupusa si nici negata dar , la ce se cunoaste pana acum, se pare ca este nerelevant si inutil pentru a descrie materia.
      In alta ordine de idei poti sa darami orice teorie cu un contraexemplu. Ce-ar fi sa ni-l dai?
      Si gandeste putin la o situatie ipotetica:
      Un glont si un mar zboara alaturi - cu viteza relativa zero unul fata de altul catre alt mar-tinta . Pe cel dintai nu-l poate lovi , nu poate efectua lucru mecanic, energia este zero, e ca si cum ar sta alaturi pe masa.Pe cel de-al doilea insa il poate distruge, viteza fata de acesta este diferita de zero si energia la fel. Cam simplist, dar e un exemplu.

      • Ovi
        29 noiembrie, 11:24. Ovi

        Da, si?
        Care e problema ca distruge al doilea mar? Nu inteleg ce vrei sa spui.

        Eu am mai dat exemple pe forumul asta. Din pacate astea nu sint abordate in \"comunitatea stiintifica\". Si la punctul 2. e un exemplu: un corp nu poate avea doua mase diferite in acelasi moment de timp.

  • Victoria
    28 noiembrie, 05:24. Victoria

    D-na Curceanu,
    Nu am nicio indoiala ca sunteti competenta in fizica particulelor elementare si apreciem (apreciez) faptul ca ne explicati si ne tineti la curent cu aceste fascinante cercetari. Am insa niste indoieli privind modul de exprimare atat de , sa-i zicem lejer (ca pentru vulg ), incat devine suparator.
    Astfel : “Energia de 4 TeV este de circa 4,000 de ori mai mare decât masa de repaus a protonului (care este circa 1 GeV)”.....,
    Sau repetitia : “amestec foarte dens şi cald de quarcuri şi gluoni...., aşa numita plasmă de quarci şi gluoni”.....,
    “o « supa » caldă şi densă de quarcuri şi gluoni, aşa-numita plasmă de quarcuri şi gluoni”.
    Timpul dv. limitat ar fi o explicatie dar totusi.....In rest astept cu interes si alte articole.

    • AndreiZ
      28 noiembrie, 09:07. AndreiZ

      victoria nu mai fi carcotasa. Mai bine asculta aici un banc. Sti care e asemanarea intre un inginer si un caine? ..... Amandoi au o privire inteligenta si nu stiu sa se exprime. ....

      Lasand gluma deoparte, areciez articolul.

      • Victoria
        28 noiembrie, 19:48. Victoria

        Multumesc pentru apreciere, am apreciat, la randul meu, gluma cu toate ca nu toti inginerii si nici toti fizicienii sunt asa si pe dincolo...
        Vorba este ca intr-un articol de popularizare esentializezi informatia dar esti riguros cu termenii pe care ii folosesti. Deh, meteahna de old prof. of physics.

  • Unu
    27 noiembrie, 17:37. Unu

    Va rog frumos, dati-ne si noua niste ioni de plumb! E pentru quarcuri si gluoni, sa va dea Dumnezeu sanatate!

    • Mariusic
      27 noiembrie, 18:10. Mariusic

      Mai degraba roaga-te sa-ti dea Dumnezeu minte, poate data viitoare te abtii de la comentarii stupide si inutile.

      • Unu
        27 noiembrie, 18:33. Unu

        Not the intelligent kind, are you?

        • Mariusic
          27 noiembrie, 18:37. Mariusic

          I'm not the one posting stupid comments on the internet. I mean, relly, nezt time ask yourself this question: \"After I post this comment, can this change the world somehow? What wikk people think when they read it?\". Those questions are not about intelligence, are about common sense and respect for other people...

        • Mariusic
          27 noiembrie, 18:39. Mariusic

          I'm not the one posting stupid comments on the internet. I mean, relly, next time ask yourself these questions: \"After I post this comment, can this change the world somehow? What will people think when they read it?\". Those questions are not about intelligence, are about common sense and respect for other people...

        • Unu
          27 noiembrie, 19:14. Unu

          Dude, relax! WTF is your problem?

    • Mariusic
      27 noiembrie, 18:12. Mariusic

      De felicitat aceasta initiativa a EvZ-ului de a urmari de aproape experimentele de la CERN. Mie, personal, mi se par extrem de interesante.

Lasă un comentariu

 

Trimite pe:

  • Yahoo! Messenger
  • Altele