בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

איך עובד מאיץ החלקיקים בו מצאו את הבוזון היגס

מתחת לבטן האדמה בין שוויץ לצרפת פועלת המכונה הגדולה בהיסטוריה שמאיצה פרוטונים במהירות אדירה ובטמפרטורה שהיא כנראה הקרה בתבל

תגובות

מאיץ החלקיקים הגדול שבקרבת ז'נווה, (Large Hadron Collider - LHC), הוא המכונה הגדולה בהיסטוריה, ואולי גם המורכבת ביותר. המחקר במאיץ, בו משתתפים אלפים רבים של מדענים מרחבי העולם, החל לפני יותר שנתיים, לאחר שמדינות אירופה השקיעו עשרה מיליארד דולר בבנייתו. המאיץ, ששוכן במרכז האירופי לחקר הגרעין, CERN, החל לפעול קודם לכן, בספטמבר 2008, אך פגם בחיבור בין שני מגנטים גרם לדליפת הליום נוזלי, מה שהביא להשבתתו לתקופה ממושכת.

במנהרה הטבעתית של המכונה האדירה הזאת, הממוקמת כמאה מטרים מתחת לאדמת שווייץ וצרפת, מואצים כיום פרוטונים זה לקראת זה במטרה ליצור התנגשויות ברמת אנרגיה חסרת תקדים של 8 טריליון אלקטרון-וולט - פי ארבעה מהשיא שהחזיק במשך שנים רבות מאיץ הטווטרון האמריקאי, שהושבת באחרונה בשל הצלחת LHC. המדענים מקווים שבחלק קטן מההתנגשויות ייווצרו חלקיקים שלא זוהו עד כה, כמו חלקיק ההיגס או חלקיקים שחוזה תיאוריית הסופר-סימטריה, על גרסאותיה השונות.

מדוע חשובה רמת האנרגיה הגבוהה? האנרגיה שבה נוצרות ההתנגשויות במאיץ החלקיקים קובעת את המסה של החלקיקים שנוצרים בהתנגשויות האלה. ככל שרמת האנרגיה גבוהה יותר, כך יכולים להיווצר חלקיקים כבדים ונדירים יותר, על פי העיקרון הפיזיקלי הנודע של אלברט איינשטיין שמסה ואנרגיה שקולים זה לזה ביחס של E=mc².

הפרוטונים מואצים במנהרה התת-קרקעית, שהיקפה 26.5 קילומטר, למהירות הקרובה למהירות האור, והם מקיפים את המנהרה הגדולה יותר מ-11 אלף פעמים בשנייה.

לא רק האנרגיה שבה מואצים הפרוטונים חשובה. גם הבהירות (Luminosity) של אלומות הפרוטונים, כלומר ריכוז החלקיקים שמתנגשים במנהרות המאיץ, מכרעת. ככל שמתרחשות יותר התנגשויות, כך עולה הסיכוי לאירוע נדיר של היווצרות חלקיקים בלתי מוכרים. המדענים משגרים במאיץ כאלף אצוות של פרוטונים, כשבכל אצווה לא פחות ממאה מיליארד פרוטונים. הם אוספים את הפרוטונים מאטומים של גז מימן, המורכבים מגרעין של פרוטון שאותו מקיף אלקטרון, על ידי סילוק האלקטרון.

כשם שבמכונית לא ניתן לשלב להילוך חמישי ולהתחיל בנסיעה, כך גם במאיץ יש לבנות מעין תיבת הילוכים. לפני שהפרוטונים מגיעים ל-LHC, הם עוברים דרך סדרה של מאיצים שכל אחד מגדיל בתורו את האנרגיה של הפרוטונים. כארבעה מאיצים מאפשרים לפרוטונים להאיץ ולאגור אנרגיה עד לאנרגיה העצומה שלהם ב-LHC. כל אחד ממאיצי-העזר הקטנים יותר כיכב בשעתו כמאיץ הגדול בעולם.

הפרוטונים שואפים מטבעם לנוע בקו ישר, ולכן יש צורך להתאים את תנועתם לצורה הטבעתית של המנהרה. לשם כך מכיל המאיץ אלפי מגנטים על-מוליכים עוצמתיים, שממקדים את אלומת הפרוטונים ומאלצים אותם לנוע בדיוק במרכז הטבעת העצומה. על מנת להשיג מוליכות-על מירבית, המגנטים מקוררים על ידי הליום נוזלי לטמפרטורה של 1.9 מעלות מעל האפס המוחלט – מינוס 271 מעלות צלזיוס. מערכת הקירור הזאת היא אולי המקום הקר ביותר ביקום (הטמפרטורה בחלל היא כשלוש מעלות מעל האפס המוחלט).

מה יקרה ליד שלכם אם תכניסו אותה למאיץ החלקיקים:

ההתנגשויות של הפרוטונים מתרחשות בתוך ארבעה גלאים גדולים הניצבים לאורך המאיץ, שהמרכזיים שבהם הינם ATLAS ו-CMS (בעוד ATLAS ממוקם בשווייץ, CMS נמצא על אדמת צרפת). שני הגלאים האלה, שסיפקו את הממצאים שמתפרסמים היום, הם מבנים מסיביים: ATLAS מתנשא לגובה של שש קומות. הגלאים בנויים משכבות רבות של חיישנים מסוגים שונים שאמורים לקלוט את תוצרי ההתנגשויות. מתוך מיליארדי ההתנגשויות שמתרחשות מדי שנייה בגלאים, אולי אחד מתוך מאה אלף עשוי להיות מעניין לחוקרים. כיוון שבתהליך ההתנגשות נוצרים אינספור חלקיקים מוכרים, אלה יוצרים מעין רעש רקע שמקשה על זיהוי אירועים מעניינים. לכן החוקרים נדרשים לבצע ניסויים רבים, עד שתיווצר כמות מספקת של נתונים.

בכל גלאי עובדים אלפי מדענים (מדענים ישראלים עובדים בצוות של ATLAS, וחלקם גם תרמו לבנייתו). המדענים מנתחים את המידע שמתקבל מהגלאי שלהם באופן שאמור להיות בלתי תלוי בקבוצות הגלאים האחרים. למעשה, באופן רשמי, רק בסמינר הבוקר נודע לקבוצות החוקרים של CMS ו-ATLAS אילו תוצאות קיבלו הצוותים של הגלאי שבו הם אינם עובדים. מטבע הדברים, השמועות התרוצצו זמן רב קודם לכן בקפיטריה של המרכז האירופי לחקר הגרעין. ומטבע הדברים, לא חסרה מידה של תחרותיות בכל העסק הזה.



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו