Didysis hadronų greitintuvas (LHC) Europos branduolinių tyrimų organizacijoje (CERN) – pats galingiausias ir įspūdingiausias kada nors pastatytas dalelių greitintuvas. Kaip veikia Didysis hadronų greitintuvas (LHC)? Paprastai kalbant, aukštos energijos dalelių srautai keliauja greitintuvo vamzdžiuose beveik šviesos greičiu. Vienas srautas keliauja pagal laikrodžio rodyklę, kitas – prieš. Srautai keliauja absoliučiame vakuume. 
Didysis hadronų greitintuvas (LHC) Europos branduolinių tyrimų organizacijoje (CERN) – pats galingiausias ir įspūdingiausias kada nors pastatytas dalelių greitintuvas.
Kaip veikia Didysis hadronų greitintuvas (LHC)? Paprastai kalbant, aukštos energijos dalelių srautai keliauja greitintuvo vamzdžiuose beveik šviesos greičiu. Vienas srautas keliauja pagal laikrodžio rodyklę, kitas – prieš. Srautai keliauja absoliučiame vakuume. Kadangi LHC yra žiedo formos, dalelių kelią reguliuoja bei jas suspaustas kartu laiko specialūs superlaidūs magnetai. Pasiekus tam tikrus punktus (kaip ATLAS), srautai susiduria. Tada kompiuteriai, o paskui – ir mokslininkai analizuoja gautus duomenis. LHC pastatytas giliai po žeme, ant Prancūzijos ir Šveicarijos sienos, Ženevos pakraštyje.
CERN 2012 m. buvo atrastas Higgso bozonas, tačiau tai – tik darbų pradžia.
LHC neveikė beveik dvejus metus, tuomet buvo keičiamios ir naujinamos įvairios dalys. Balandžio pradžioje paskelbta apie aparato paleidimą. Čia dirbantys geriausi pasaulio mokslininkai jau pasirengę ieškoti naujų dalelių ir įminti dar daugiau Visatos paslapčių.
Kviečiame pasidairyti po svarbiausias CMS, „Large magnet facility“ ir „Data centre“ laboratorijas ir sužinoti, kaip jos prisideda prie visos LHC veiklos.
CMS eksperimentas
Čia dirbantys mokslininkai tiria standartinį modelį, ieško įrodymų apie kitas dimensijas ir daleles, kurios galimai sudaro tamsiąją materiją.
„Large magnet facility“
CERN dirba daugiau inžinierių, negu fizikų. Jie projektuoja, konstruoja, prižiūri greitintuvams reikalingas dalis. Kitaip sakant, suteikia įrankius fizikams, kad jie galėtų atlikti eksperimentus. „Large magnet facility“ darbuotojų pareiga – pasirūpinti LHC magnetais.
„Kai fizikai pasako, ko jiems reikia, mes pažiūrime, ar galime tai sukonstruoti realybėje. Ir jeigu negalime tiksliai to, ko jiems riekia, pasiūlome ką galime“, – LRT.lt pasakoja 24 metus CERN dirbantis mechanikos inžinierius Frederic Savary.
LHC šiuo metu naudojami 50 skirtingų tipų magnetai. Jeigu LHC būtų naudojami paprasti, o ne superlaidūs magnetai, greitintuvo ilgis turėtų būti ne 27, o maždaug 120 km.
Čia matote kabelį, iš kurio gaminami superlaidūs magnetai. Superlaidus reiškia, kad juose elektros srovei nėra jokio pasipriešinimo. Iš esmės, nulinis pasipriešinimas.
„Superlaidumas įmanomas tik labai žemose temperatūrose. Todėl visas LHC veikia -270 laipsnių temperatūroje. Vienoje gijoje, naudojamoje magnetų gamybai, yra 8 tūkst. niobio-titano plaušelių, vienos gijos skersmuo – 1 mm. Niobio-titano medžiaga šaltyje neturi jokio pasipriešinimo elektros srovei“, – pasakoja F. Savary.
Anot mokslininko, tam, kad LHC būtų pasiekta -270 laipsnių temperatūra, naudojamas skystas helis.
„Šiuo metu tobuliname visą Greitintuvą, gerinsime jo darbą. Tai – itin sudėtingas įrenginys. Nuolat stebime magnetų darbą, jeigu užfiksuojame kokį nesklandumą, bandome jį pašalinti ir užtikrinti, kad tai nebenutiktų ateityje. Jeigu matome, kad magnetas nuolat neveikia taip, kaip reikia, jį pakeičiame, kai yra galimybė, tai yra, per ilguosius LHC sustabdymus. Vienas toks buvo prieš kelis metus, tuomet pakeitėme maždaug 15 segmentų. Pakeisti vieną magnetą tiek ilgai neužtrunka, kiek užtrunka viso aparato sušildymas. Kaip sakiau, ten palaikoma -270 laipsnių temperatūra, taigi LHC reikia sušildyti, tada pašalinti sugedusias dalis, atgabenti naujus, prijungti. Tada reikia patikrinti, ar viskas gerai veikia. Tai užtrunka apie 6–9 mėnesius“, – teigia F. Savary.
Dipoliai magnetai LHC vamzdyje tarsi veda dalelių srautus ratu. Aparatai, kurie veikia ne apskritimo, o tiesės principu, dipolių nenaudoja. LHC taip pat yra kvadrupolių, kurie dalelių srautą suspaudžia į krūvą centre.
LHC viduje yra visiškas vakuumas. Jeigu ten būtų dujų, jos susidurtų su dalelių srautu, kuris nebepasiektų reikiamų LHC punktų. Mokslininkų tikslas –punktus, kuriuose įvykdomi srautų susidūrimai, pasiektų kuo daugiau dalelių, tuomet didesnė tikimybė, kad kuo daugiau jų susidurs.
„Mano mėgstamiausia „Large Magnet facility“ dalis – ateitis. Magnetai, kuriuos čia matote, yra apie 20 metų senumo. Jie vis dar labai galingi, tačiau pakankamai pasenę mokslui“, – LRT.lt aiškina F. Savary.
Naujų magnetų tikslas – padidinti skaistį. Vadinasi, dalelių srautas neturės daugiau energijos, tačiau dalelių bus daugiau, o kartu ir susidūrimo tikimybė bus didesnė.
Antrasis ilgasis LHC uždarymas prasidės 2019 m. pradžioje ir truks du metus. Per tą laiką bus ne tik pajungti nauji magnetai, bet ir atlikta daug kitų darbų.
„Naujų ričių ilgis – 5,5 metro. Jis gaminamos iš triniobio alavo (Nb3Sn). Nauji magnetai generuos net 11 teslų stiprumo magnetinį lauką, kai senieji generuoja 8–8,4 teslos. Senieji magnetai yra 100 tūkst. kartų galingesni už Žemės magnetinį lauką. Tuomet LHC taps galingiausia pasaulyje magnetinė jėgaine“, – teigia F. Savary.
Palyginimui – galingiausias pasaulyje magnetinio rezonanso aparatas generuoja 7 teslų stiprumo magnetinį lauką.
„Data centre“
CERN Duomenų centras („Data centre) pastatytas aštuntajame dešimtmetyje. Visa įranga naudojama, tačiau daug jos gerokai pasenę. Britas Jamie Shiersas pasakoja, kad CERN esmė yra ne naujesnė kėdė, o sąlygos atlikti tyrimams, būtent tam ir skiriamas CERN biudžetas, kuris, palyginti, yra labai mažas – vienas milijardas Šveicarijos frankų metams.
„CERN saugoma tik dalis generuojamų duomenų – 75 petabaitai, likę 25 petabaitai paskirstyti įvairiuose partnerių centruose pasaulyje, kurių yra apie 170. Tiek duomenų surinkta per 20 metų. LHC per pastaruosius trejus metus sugeneravo maždaug 75 petabaitų duomenų“, – LRT.lt pasakoja J. Shiersas.
100 petabaitų – milžiniškas kiekis, maždaug tiek užimtų 700 metų ilgio HD filmas. Be to, duomenų kiekis sparčiai auga. J. Shiersas pasakoja, kad per artimiausius metus duomenų kiekis gali pasiekti ir 100 eksabaitų.
„Tai – didžiulis duomenų kiekis, kurį sudėtinga saugoti. Tačiau po šimto metų toks kiekis, manau, atrodys labai mažas“, – teigia J. Shiersas.
CERN duomenys vis dar saugomi magnetinėse juostose. Toks būdas, anot J. Shierso, nėra labai modernus, tačiau pakankamai pigus, saugus ir jų saugojimas nereikalauja daug išteklių.
Pasaulyje tik „Google“ ir „Facebook“ turi didesnes duomenų bazes, negu CERN. Tačiau reikia pabrėžti, kad duomenų tipas CERN labai skiriasi nuo tų, kuriuos saugo „Google“.
„Jeigu šiandien pasinaudosite „Google“ paieška, o rytoj padarysite tą patį, 1 proc. duomenų bus prarasta, jūs to net nepastebėsite, o CERN tas procentas gali būti esminis. Vieno eksperimento metu įvyksta šimtai dalelių susidūrimų. Tačiau dauguma jų gali būti mokslininkams nenaudingi. Jeigu jie nusprendžia, kad vienas iš susidūrimų įdomus – visus jo duomenis analizuoja“, – teigia J. Shiersas
Visų tekste naudojamų nuotraukų autorius – Karolis Budreckas.
