CERN

ΛΙΑΝΝΑ ΠΑΝΤΑΖΗ

ανιχνευτές

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ CERN; To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικών Ερευνών), ιδρύθηκε το 1954 Είναι το μεγαλύτερο Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών του κόσμου

Οι 12 ιδρυτικές χώρες μέλη του 1954 ήταν: Γαλλία Γερμανία Δανία Ελβετία Ελλάδα Ηνωμένο Βασίλειο Ιταλία Νορβηγία Ολλανδία Σουηδία Γιουγκοσλαβία (αποσύρθηκε το 1961) Βέλγιο Από την ίδρυση του το 1954 το CERN δέχεται συνεχώς νέα μέλη: Αυστρία το 1959 Ισπανία το 1961 (αποσύρθηκε το 1969, και έγινε πάλι μέλος το 1983) Πορτογαλία το 1985 Φινλανδία το 1991 Πολωνία το 1991 Ουγγαρία το 1992 Τσεχία το 1993 Σλοβακία το 1993 Βουλγαρία το 1999

Επιπλέον 6 χώρες και 2 διεθνείς Οργανισμοί συμμετέχουν στο CERN με το ρόλο του παρατηρητή: ΗΠΑ Ρωσία Ιαπωνία Ισραήλ Ινδία Τουρκία Ευρωπαϊκή Επιτροπή UNESCO

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ CERN; 20 κράτη μέλη και 84 χώρες συνεργάζονται ή είναι παρατηρητές. Απασχολεί σε μόνιμη βάση 3.000 ανθρώπους, ενώ 6.500 Φυσικοί που εκπροσωπούν 500 Πανεπιστήμια και περισσότερες από 80 εθνότητες έχουν άμεση συνεργασία με το Κέντρο για τις έρευνές τους. Τα τελευταία 10 χρόνια απονεμήθηκαν 4 βραβεία Nobel σε Επιστήμονες του Κέντρου!

ΜΕ ΤΙ ΑΣΧΟΛΕΙΤΑΙ ΤΟ CERN;

ΤΙ ΥΠΑΡΧΕΙ ΣΤΟ CERN; Α) ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ Β) ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ Γ) ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Δ) ΕΙΝΑΙ MIA ΠΟΛΙΤΕΙΑ Ο κ. Ευάγγελος Γαζής καθηγητής του ΕΜΠ, επικεφαλής στο πείραμα ATLAS, ο οποίος μετέχει στην προετοιμασία του εγχειρήματος εδώ και 18 χρόνια. Ο κ. Δημήτρης Νανόπουλος είναι διευθυντής του Κέντρου Αστροσωματιδιακής Φυσικής, του Κέντρου Προχωρημένων Ερευνών (HARC), στο Χιούστον, Τέξας, όπου διευθύνει ερευνητικό τμήμα του World Laboratory, που εδρεύει στη Λωζάνη.

ΤΙ ΥΠΑΡΧΕΙ ΣΤΟ CERN; Α) ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ: Πρόκειται για γιγαντιαίες διατάξεις που επιταχύνουν σωματίδια (Ηλεκτρόνια, πρωτόνια, ιόντα και άλλα) και τα οδηγούν σε σύγκρουση. Αιχμή του δόρατος αποτελεί ο Μεγάλος Ανιχνευτής Αδρονίων LHC (Large Hadron Collider).

Κατασκευάζονταν επί 20 χρόνια και η ακρίβεια με την οποία συνδέθηκαν τα δύο άκρα του υπόγειου τούνελ ήταν 1 cm.

O LHC έχει περίμετρο 27 χιλιόμετρα, σε βάθος 100 περίπου μέτρα

Aποτελείται από 1238 υπεραγώγιμα δίπολα βάρους 35 τόνων έκαστο.

Τα υπεραγώγιμα καλώδια Νιοβίου-Τιτανίου έχουν μήκος 7 Τα υπεραγώγιμα καλώδια Νιοβίου-Τιτανίου έχουν μήκος 7.600 χιλιόμετρα και αποτελούνται από πολύ λεπτότερα σύρματα των οποίων το συνολικό μήκος καλύπτει την απόσταση Γης – Ήλιου πάνω από 5 φορές!

Β) ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ: Είναι «μηχανήματα» τα οποία θα «φωτογραφήσουν» τις τροχιές των σωματιδίων και θα ανιχνεύσουν νέα σωματίδια που ενδεχομένως θα προκύψουν από τις συγκρούσεις των δεσμών , όπως το Μποζόνιο Χιγκς. Υπάρχουν 6 ανιχνευτές για το «πείραμα», από τους οποίους οι 2 νεότεροι είναι κολοσσιαίων μεγεθών. Ο Ανιχνευτής ATLAS σε εικονική σύγκριση με το πενταώροφο Κτίριο στην είσοδο του CERN.

ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

Ο ανιχνευτής ΑΤΛΑΣ έχει βάρος 7 Ο ανιχνευτής ΑΤΛΑΣ έχει βάρος 7.000 τόνους (δηλαδή λίγο μεγαλύτερο από το βάρος του Πύργου του Άϊφελ στο Παρίσι)

Ο ανιχνευτής CMS έχει βάρος 12

Tο σύστημα των 4 μεγαλύτερων ανιχνευτών του CERN.

Γ) ΔΙΚΤΥΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ: Πέρα από τα Κέντρα Ελέγχου και τα δεκάδες Εργαστήρια Φυσικών Επιστημών και Η/Υ που υπάρχουν στο CERN υπάρχει δίκτυο Υπολογιστών διασπαρμένο σε δεκάδες Πανεπιστήμια που θα επεξεργάζονται τα δεδομένα του Πειράματος , στα πλαίσια ενός πρωτοποριακού Προγράμματος του GRID.

Δ) ΕΙΝΑΙ MIA ΠΟΛΙΤΕΙΑ άριστα οργανωμένη, με εξειδικευμένα εργαστήρια, ξενώνες, κέντρα διοίκησης, εστιατόρια, αμφιθέατρα, βιβλιοθήκες κλπ

ΤΙ ΕΓΙΝΕ ΣΤΟ «ΠΕΙΡΑΜΑ»; Ο Μεγάλος επιταχυντής Αδρονίων (LHC), επιτάχυνε δύο δέσμες πρωτονίων, που κινήθηκαν κυκλικά στο τούνελ των 27 χιλιομέτρων, με αντίθετη φορά.

Μόλις οι δέσμες απέκτησαν την ταχύτητα του φωτός, ή για την ακρίβεια το 99,99% της ταχύτητας του φωτός, εκτράπηκαν λίγο από την πορεία τους και συγκρούσθηκαν. Ανιχνευτής Επιταχυνόμενα Σωματίδια

Λίγο πριν συγκρουσθούν οι δέσμες πρωτονίων έκαναν 11 Λίγο πριν συγκρουσθούν οι δέσμες πρωτονίων έκαναν 11.220 περιστροφές των 27 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Κάθε δέσμη περιείχε 2.808 μικρότερες δεσμίδες (πακέτα). Κάθε πακέτο περιείχε 115 δισεκατομμύρια πρωτόνια και όλα αυτά σε πάχος μικρότερο από το πάχος μιας τρίχας!

Πώς βλέπουμε τα σωματίδια; Φανταστείτε ένα αόρατο λεωφορείο να προκαλεί μια σειρά από καταστροφές κατά το πέρασμά του μέσα από ένα χωριό.  Οι ένοικοι των κατεστραμένων σπιτιών τρέχουν στο πλησιέστερο τηλέφωνο για να ειδοποιήσουν την αστυνομία.  Η αστυνομία καταγράφει τη θέση και τον χρόνο των κλήσεων.  Από το χρόνο που μεσολάβησε μέχρι να γίνουν τα τηλεφωνήματα και από τη θέση των τηλεφώνων γίνεται ο εντοπισμός των καταστροφών ανασυντίθεται η πορεία του λεωφορείου και υπολογίζουμε την ταχύτητά του και το μέγεθός του.

Γιατί οι ανιχνευτές είναι κυκλικοί και μεγάλοι; Οσο αυξάνεται η ταχύτητα των σωματιδίων, τόσο δυσκολότερη γίνεται η μεταβολή της διεύθυνσης της κίνησής τους ακόμα κι αν χρησιμοποιηθούν τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία. Επομένως, για να επιτευχθούν υψηλές ενέργειες χρειάζονται πολύ μεγάλοι επιταχυντές και πολλοί μαγνήτες. Το μαγνητικό πεδίο μεταβάλλει τη διεύθυνση κίνησης ενός φορτισμένου σωματιδίου. Τοποθετώντας πολλούς μαγνήτες κυκλικά, το σωματίδιο επανέρχεται στο αρχικό σημείο όπου δέχεται μία "ώθηση“ Σε κάθε περιφορά τα σωματίδια κερδίζουν ενέργεια. Στο LEP τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν μέχρι 100 000 MeV.

Για να πετύχουμε αυτές τις επιδόσεις ταχύτητας και ενέργειας πρέπει να δημιουργηθεί: 1) Yψηλότατο κενό (10-13 atm) (10 φορές μικρότερη από την πίεση στην επιφάνεια της Σελήνης, σ' αυτό το κενό, τα ηλεκτρόνια μπορούν να ταξιδεύουν για 3 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα χωρίς να συναντήσουν ούτε ένα μόριο αερίου). 2) Να ψυχθούν τα δίπολα σε θερμοκρασίες που αγγίζουν το απόλυτο μηδέν! (1,9 K). Ολόκληρος ο δακτύλιος των 27 km ψύχθηκε με 700. 000 λίτρα υγρού ηλίου, σε μια θερμοκρασία των -271,2 βαθμών Κελσίου, καθιστώντας τον LHC την μεγαλύτερη υπεραγώγιμη εγκατάσταση παγκοσμίως. 3) Απαιτούνται ιδιαίτερα υψηλές οι συνθήκες ακρίβειας, γι αυτό και μπορούν να επηρεασθούν από τους πλέον απίθανους παράγοντες (Βροχόπτωση, πέρασμα τραίνων κλπ).

Οι συγκρούσεις που πραγματοποιούνται στην καρδιά των τεσσάρων ανιχνευτών, είναι τόσο σφοδρές που με την τερατώδη ενέργεια των 14 Terra-eV (Tέρα-ηλεκτρονιοβόλτ) δημιουργούν τις ακραίες συνθήκες της Μεγάλης Έκρηξης και της δημιουργίας του Σύμπαντος! Οι Επιστήμονες προσδοκούν ότι στις συνθήκες αυτές η ύλη θα μας αποκαλύψει τα καλά κρυμμένα για αιώνες μυστικά της. 1 Terra-eV είναι η ενέργεια που έχει ένα κουνούπι όταν πετάει. Φανταστείτε 14 φορές μεγαλύτερη ενέργεια σε ένα χώρο 1.000.000 φορές μικρότερο.

Η θερμοκρασία στην «περιοχή» σύγκρουσης των δεσμών ήταν 100 Η θερμοκρασία στην «περιοχή» σύγκρουσης των δεσμών ήταν 100.000 φορές μεγαλύτερη από την θερμοκρασία του Ηλιακού πυρήνα. Άρα οι περιοχές των εκρήξεων ήταν από τα θερμότερα σημεία του Γαλαξία μας . Η ενέργεια αυτή, σύμφωνα με την εξίσωση του Einstein E=m.c2, μπορεί να μετατραπεί σε μάζα δημιουργώντας σωματίδια που δεν υπήρχε δυνατότητα να παραχθούν στο παρελθόν.

Με τους προηγούμενους Επιταχυντές είχαμε πετύχει πυκνότητα ενέργειας ίση με αυτή που είχε το πρώιμο Σύμπαν 1sec μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Με τις συνθήκες που θα δημιουργήσει ο LHC θα «δούμε» το πρώτο σκοτεινό δευτερόλεπτο και συγκεκριμένα έως 10-25 sec.

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ Οι ανιχνευτές εκμεταλλευόμενοι τις διαφορετικές μάζες, ορμές, ενέργειες και ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων, προσπαθούν να βρουν την ταυτότητά τους.

Ας φαντασθούμε τον ανιχνευτή σαν γιγαντιαίο «κρεμμύδι» με τρία φύλλα : ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΑΔΡΟΝΙΚΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΚΑΛΟΡΙΜΕΤΡΟ ΑΝΙΧΝΕΥΤΗΣ ΜΙΟΝΙΩΝ

150 εκατομμύρια αισθητήρες θα παίρνουν μετρήσεις 40. 000 150 εκατομμύρια αισθητήρες θα παίρνουν μετρήσεις 40.000.000 φορές το δευτερόλεπτο, ανιχνεύοντας 600.000.000 συγκρούσεις πρωτονίων ανά δευτερόλεπτο.

Μετά από φιλτράρισμα των συγκρούσεων «άνευ ενδιαφέροντος», θα αποθηκεύονται για ανάλυση περίπου 100.000.000 συγκρούσεις ανά δευτερόλεπτο. Κάθε χρόνο θα αποθηκεύονται περίπου 15.000.000 GB που αν εγγράφονταν σε κοινά CD , θα χρειάζονταν 20.000.000 CD τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο που θα σχημάτιζαν στήλη ύψους 20 χιλιομέτρων.

Κάθε ανιχνευτής είναι εξειδικευμένος για μελέτη διαφορετικών αντικειμένων. Ο ATLAS (1700 Επιστήμονες) θα αναζητήσει το Μποζόνιο Higgs και τυχόν υπερσυμμετρικά συστατικά της σκοτεινής ύλης.

Ο CMS (2000 Επιστήμονες) χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία έντασης 4 tesla, δηλαδή 100.000 φορές ισχυρότερα από το Γήινο, θα κάνει πειράματα ανάλογα με αυτά του ATLAS, αλλά με διαφορετικές τεχνικές.

Ο Φυσικός Στηβεν Χώκινς στο CERN Ο ALICE (1000 Επιστήμονες) θα μελετήσει το πλάσμα κουάρκς-γκλουονίων μια μορφή ύλης που πιστεύεται ότι υπήρξε στο Σύμπαν από το 10ο μέχρι το 25ο δευτερόλεπτο της δημιουργίας του, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Ο LHCb (650 Επιστήμονες) θα μελετήσει σωματίδια που ονομάζονται β-Μεσόνια και θα ερευνήσει τις διαφορές ανάμεσα σε ύλη και αντιύλη. Οι δύο μικρότεροι ανιχνευτές θα μετρήσουν την φωτεινότητα της σύγκρουσης και μεγέθη του πρωτονίου (ΤΟΤΕΜ) και θα αξιοποιήσουν τα σωματίδια που θα παραχθούν στον Επιταχυντή στην παραγωγή κοσμικών ακτίνων σε συνθήκες Εργαστηρίου (LHCf). Ο Φυσικός Στηβεν Χώκινς στο CERN

Οι 4 ανιχνευτές (ΑTLAS, CMS, ALICE και LHCb) και οι 2 μικρότεροι (TOTEM και LHCf), αφού καταγράψουν τα συμβάντα (συγκρούσεις), θα τα φιλτράρουν «πετώντας» τα αδιάφορα και θα τα στείλουν για επεξεργασία (Παγκόσμιο δίκτυο GRID).

Μέσα από πιο «Μηχανισμό» περάσαμε από την μη ύπαρξη στην ύπαρξη; ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΖΗΤΟΥΝ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Τι έγινε το «σκοτεινό» πρώτο δευτερόλεπτο της δημιουργίας του Σύμπαντος πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια; Μέσα από πιο «Μηχανισμό» περάσαμε από την μη ύπαρξη στην ύπαρξη; Γιατί εξαφανίσθηκε η Αντιύλη από το Σύμπαν, ενώ θεωρείται ότι δημιουργήθηκε σε ίσες ποσότητες με την ύλη αρχικά;

Ποια είναι η προέλευση της μάζας; Θα επιβεβαιωθεί η Θεωρία των χορδών; Υπάρχει το αινιγματικό σωματίδιο Higgs που δίνει μάζα σε ορισμένα σωματίδια , ενώ δεν δίνει σε κάποια άλλα; («Σωματίδιο του Θεού» το ονόμασαν , «Άγιο Δισκοπότηρο» της Φυσικής κάποιοι άλλοι) Ποια είναι η προέλευση της μάζας; Θα επιβεβαιωθεί η Θεωρία των χορδών; Τι είναι η «σκοτεινή» ύλη και η «σκοτεινή» ενέργεια;

Το Σύμπαν είναι τετραδιάστατο ή πολυδιάστατο; Θα αποδειχθεί πειραματικά η ύπαρξη των Γκραβιτονίων που αποτελούν τους φορείς της πλέον προσιτής αλλά και πλέον ασθενούς δύναμης της βαρύτητας; Θα μπορέσουμε να φθάσουμε στην ενοποίηση των τεσσάρων βασικών δυνάμεων, δηλαδή της Ισχυρής, της Ηλεκτρομαγνητικής, της Ασθενούς και της Βαρύτητας;

ΠΟΣΟ ΑΣΦΑΛΕΣ ΕΙΝΑΙ ΤΟ «ΠΕΙΡΑΜΑ»; Η Ομάδα Διαχείρισης Ασφάλειας του LHC (LSAG) ανανέωσε την ανάλυση που είχε κάνει το 2003 η Ομάδα Μελέτης Ασφάλειας του LHC που απαρτίζονταν από ανεξάρτητους Επιστήμονες. (Πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας, Ρώσικη Ακαδημία Επιστημών, CERN) Από το σημείο αυτό και πέρα περνάς μόνο με ανιχνευτή οφθαλμού.

Οι κυριότερες επιφυλάξεις που έχουν διατυπωθεί αφορούν: Την δημιουργία από το LHC Κοσμικών ακτίνων. Την δημιουργία μικροσκοπικών Μελανών Οπών. Την δημιουργία Φυσαλίδων Κενού, δηλαδή μιας σταθερότερης για το Σύμπαν κατάστασης . Την δημιουργία μαγνητικών Μονόπολων που μπορούν να διασπάσουν τα πρωτόνια Τον πιθανό σχηματισμό «Παράξενης Ύλης» (Strangelet), για την οποία υπάρχει ο προβληματισμός μήπως αλληλεπιδράσει με την συνήθη ύλη και την μετατρέψει σε «παράξενη».

Η LSAG αντικρούει με επιστημονικά επιχειρήματα και μελέτες, όλες τις παραπάνω επιφυλάξεις, και άλλες ακόμη πιο απίθανες, τονίζοντας ιδιαίτερα το γεγονός ότι η ίδια η Φύση με τις Φυσικές Κοσμικές ακτίνες που βομβαρδίζουν καθημερινά τη Γη, δημιουργεί πολύ πιο ακραίες συνθήκες από αυτές του «Πειράματος». Αν υπήρχε όντως πρόβλημα η Γη θα έπρεπε να είχε ήδη καταστραφεί. Περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να έχετε στην ίδια την έκθεση: http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf

Οι Ελβετοί και οι Γάλλοι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε θέματα Περιβάλλοντος και παίρνουν δικές τους μετρήσεις ανεξάρτητα από το CERN. Σταθμός μέτρησης ακτινοβολίας στο περιβάλλον

Το Παγκόσμιο δίκτυο (WWW) . ΑΞΙΖΕ ΤΟΝ ΚΟΠΟ; Το CERN στο οποίο αναπτύσσεται το «Πείραμα» έχει προσφέρει ήδη στην Ανθρωπότητα πολλά «δώρα» που αποτελούν «παράπλευρες ωφέλειες» των θεωρητικών του ερευνών. Το Παγκόσμιο δίκτυο (WWW) . Νοσοκομειακοί Επιταχυντές, Αξονικοί τομογράφοι και Σύγχρονες Διατάξεις που χρησιμοποιεί η Ιατρική Επιστήμη . Ήδη χρησιμοποιούνται επιταχυντές Πρωτονίων για αποτελεσματική αντιμετώπιση καρκινικών όγκων. Η τεχνική εμφύτευσης δέσμης ιόντων χρησιμοποιείται στις μηχανές αεροσκαφών αλλά και στην εμφύτευση τεχνητών ανθρώπινων μελών. Η τεχνολογία των επιταχυντών σωματιδίων βοηθά σε πολλές ακόμη περιπτώσεις όπως στην αποκωδικοποίηση της δομής των ιών, στην αποικοδόμηση μακρόβιων πυρηνικών αποβλήτων σε αβλαβή υλικά κλπ…

ΤΟ ΠΙΟ ΜΕΓΑΛΟ ΩΦΕΛΟΣ Ανεξάρτητα από τα προσδοκώμενα οφέλη, το «Μεγάλο Πείραμα» έφερε κοντά 10.000 επιστήμονες απ’ όλο τον κόσμο, που πρόσφεραν το Πνευματικό τους δυναμικό στην πιο περίπλοκη επιστημονική συνεργασία που έγινε ποτέ. Το «Πείραμα» επομένως, στην ταραγμένη εποχή που ζούμε, αποτελεί πρότυπο διεθνούς συνεργασίας και καλής θέλησης, κάτι που το έχουμε περισσότερο ανάγκη από ποτέ.