Адронный коллайдер доклад презентация
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
На тему: Большой адронный коллайдер.
БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР
Большой адро́нный колла́йдер (англ. Large Hadron Collider, LHC; сокр. БАК) — самый мощный в мире ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (CERN), на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы.
Большим назван из-за своих
размеров: длина основного кольца
ускорителя составляет 26 659 м;
адронным — из-за того, что он
ускоряет адроны, то есть частицы,
состоящие из кварков;
коллайдером (англ. Collide -
сталкиваться) из-за того, что пучки
частиц ускоряются в противоположных
направлениях и сталкиваются в
специальных точках столкновения
Идея проекта Большого адронного коллайдера
родилась в 1984 году и была официально одобрена
десятью годами позже. Его строительство началось в
2001 году, после окончания работы предыдущего
ускорителя — Большого электрон-позитронного
коллайдера.
Поставленные задачи
Одна из главных задач БАК – экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса и хиггсовского механизма нарушения электрослабой симметрии. Изучение этого механизма, возможно, натолкнет физиков на новую теорию нашего мира, более глубокую, чем Стандартная модель;
Достоверно обнаружить хоть какие-нибудь отклонения от Стандартной модели;
Изучение топ-кварков;
Изучение кварк-глюонной плазмы;
Изучение фотон-адронных и фотон- фотонных столкновений;
Проверка экзотических теорий;
При помощи БАК физики надеются лучше понять, что представляла из себя Вселенная в первые мгновения после Большого Взрыва.
Технические характеристики
Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли.
В ускорителе предполагается сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (14·1012 электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5,5 ГэВ (5,5·109 электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов.
Траектория протонов p (и тяжёлых ионов свинца Pb) начинается в линейных ускорителях (в точках p и Pb, соответственно). Затем частицы попадают в бустер протонного синхротрона (PS), через него — в протонный суперсинхротрон (SPS) и, наконец, непосредственно в туннель БАК.
Пучки частиц движутся в противоположных направлениях в изолированных трубах, находящихся в сверхвысоком вакууме. По мере движения в коллайдере они наращивают свою энергию и скорость, и когда последняя достигает почти значения скорости света, происходит столкновение.
Протоны будут двигаться в виде 3 тыс. сгустков, распределенных вдоль всей 27-километровой окружности коллайдера. Каждый сгусток, содержащий до 100 млрд протонов, в точках столкновений будет иметь длину в несколько сантиметров (как швейная игла) и диаметр всего 16 микронов (как самый тонкий человеческий волос). Иглы, сталкиваясь в зонах расположения детекторов, создадут более 600 млн столкновений частиц в секунду. Эти столкновения будут происходить между частицами, из которых состоят протоны, — кварками и глюонами. При максимальной энергии частиц будет высвобождаться приблизительно одна седьмая энергии, содержащейся в исходных протонах, или приблизительно 2 ТэВ.
Четыре гигантские системы детекторов будут измерять параметры тысяч частиц, разлетающихся при каждом столкновении.
На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора:
ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement)
LHCf (The Large Hadron Collider forward)
MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC
ATLAS, CMS, ALICE, LHCb — большие детекторы, расположенные вокруг точек столкновения пучков.
Детекторы TOTEM и LHCf — вспомогательные, находятся на удалении в несколько десятков метров от точек пересечения пучков, занимаемых детекторами CMS и ATLAS соответственно, и будут использоваться попутно с основными.
С работой БАК связан также седьмой, совсем незначительный в плане бюджета и сложности, детектор (эксперимент) MoEDAL, предназначенный для поиска медленно движущихся тяжёлых частиц.
Во время работы коллайдера столкновения проводятся одновременно во всех четырёх точках пересечения пучков, независимо от типа ускоряемых частиц (протоны или ядра). При этом все детекторы одновременно набирают статистику.
Детектор ALICE (A Large Ion Collider Experiment) предназначен для исследований материи после Большого Взрыва и поиска кварк-глюонной плазмы.
Детектор ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) предназначен для поиска новых неизвестных частиц, которые могут подсказать ученым пути поиска "новой физики", отличной от Стандартной модели.
Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года)
Детектор ATLAS в процессе сборки (февраль 2006 года)
Детектор CMS (Compact Muon Solenoid) предназначен для получения бозона Хиггса и исследования темной материи.
LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment) — для исследования физики b-кварков, что позволит лучше понять различия между материей и антиматерией.
При 20 столкновениях, происходящих в центре каждого детектора через каждые 25 нс, БАК создает больше данных, чем можно зарегистрировать. Так называемые системы запуска выбирают крошечную долю данных, представляющих наибольших интерес, и отбрасывают остальные. Глобальная сеть компьютеров, называемая распределенной сетью (GRID), предоставляет тысячам исследователей во всем мире доступ к сохраненным данным и вычислительные мощности для обработки и анализа.
ТЫСЯЧИ процессоров в ЦЕРН объединены, чтобы обеспечить достаточную вычислительную мощность для обработки данных, поступающих от детекторов.
Испытания и эксплуатация
2008 год
11 августа успешно завершена первая часть предварительных испытаний. Во время испытаний пучок заряженных частиц прошёл чуть более трёх километров по одному из колец БАК.
10 сентября был произведён официальный запуск коллайдера. Запущенные пучки протонов успешно прошли весь периметр коллайдера по и против часовой стрелки.
12 сентября команде БАК удалось запустить и непрерывно удерживать циркулирующий пучок. На этом задача по установлению циркулирующего пучка завершилась, и физики приступили к подробным тестам магнитной системы.
19 сентября в ходе тестов магнитной системы сектора 3-4 (34) произошла авария, в результате которого БАК вышел из строя. Один из электрических контактов между сверхпроводящими магнитами расплавился под действием возникшей из-за увеличения силы тока электрической дуги, которая пробила изоляцию гелиевой системы охлаждения (криогенной системы), что привело к деформации конструкций, загрязнению внутренней поверхности вакуумной трубы частичками металла, а также выбросу около 6 тонн жидкого гелия в туннель. Ремонт коллайдера занял остаток 2008 и бо́льшую часть 2009 года.
21 октября состоялась торжественная церемония официального открытия (инаугурация) БАК.
2009 год
20 ноября, впервые после аварии 19 сентября 2008 года, пучок протонов успешно прошёл по всему кольцу коллайдера.
29-30 ноября учёные довели энергию каждого из пучков протонов до значения 1180 ГэВ. Таким образом, БАК стал самым мощным ускорителем протонов в мире.
9 декабря состоялись столкновения пучков протонов на достигнутой в конце ноября рекордной энергии — 2,36 ТэВ (= 2 × 1180 ГэВ).
27-километровый подземный тоннель, предназначенный для размещения ускорителя БАК
2010 год
30 марта энергия пучка протонов доведена до 3,5 ТэВ, состоялись столкновения протонов с суммарной энергией 7 ТэВ. Начался первый длительный сеанс научной работы БАК.
4 ноября закончились эксперименты в 2010 году в режиме протон-протонных столкновений. Коллайдер переведен в режим столкновения тяжёлых ионов (ионов свинца). Первые тестовые запуски ионных сгустков начались во второй половине дня.
7 ноября начались и продолжались один месяц столкновения ядер с полной энергией 5,74 ТэВ.
2011 год
22 апреля на БАК установлен мировой рекорд пиковой светимости для адронных коллайдеров — 4,67·1032 см−2·сек−1. Предыдущий рекорд был установлен ускорителем Тэватрон в 2010 году, тогда светимость составила 4,02·1032см−2·сек−1.
17 июня светимость, набранная ATLAS и CMS за 2010—2011 годы, превысила 1 фбн−1.
15 ноября начата трёхнедельная программа столкновений ионов свинца.
2012 год
16 марта протоны впервые разогнаны до энергии 4 ТэВ.
В сентябре были проведены пробные протон-ионные столкновения.
17 декабря успешно завершён первый этап протонных столкновений.
2013 год
В начале 2013 года были проведены серии протон-ионных столкновений.
14 февраля 2013 года коллайдер был остановлен для модернизации до конца 2014 года.
2015 год
5 апреля ЦЕРН запустила Большой адронный коллайдер после двухлетнего перерыва.
11 апреля протоны разогнаны до 6,5 ТэВ.
21 мая было произведено столкновение встречных пучков протонов с энергией 6,5 ТэВ.
3 июня начался сбор научных данных на полной энергии столкновений 13 ТэВ.
14 июля LHCb заявил об открытии класса частиц, известного как пентакварки.
2016 год
25 марта после остановки на зиму протонные пучки запущены в коллайдер.
В апреле коллайдер был временно приостановлен, из-за того, что куница перегрызла провода трансформатора с напряжением 60.000 вольт. Сам зверёк погиб.
Планы развития
До 2018 года БАК будет набирать статистику на энергии 13-14 ТэВ, план набора интегральной светимости 150 фб−1. Далее следует остановка на 2 года для модернизации каскада предварительных ускорителей с целью повышения доступной интенсивности пучков, в первую очередь SPS, а также проведение первой фазы апгрейда детекторов, что позволит повысить светимость коллайдера вдвое. С начала 2021 года до конца 2023 года следует набор статистики на энергии 14 ТэВ объёмом 300 фб−1, после чего планируется остановка на 2.5 года для значительной модернизации как ускорителя, так и детекторов (проект HL-LHC — High Luminocity LHC).
Google Street View в сентябре 2013 года получил возможность изображения коллайдера.
В проекте Google Street View теперь стал доступен и Большой адронный коллайдер (правда, лишь небольшой его участок), а также огромные подземные залы, в которых размещены его детекторы. Виртуальную прогулку можно совершить на специальной церновской странице Google Street View. Интересно, что в некоторых местах виртуального путешествия по церновскому подземелью можно дополнительно перемещаться вверх-вниз по уровням. Новость об этом проекте появилась на сайте ЦЕРНа и одновременно в блоге Google.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Большой адронный коллайдер. Презентация на заданную тему содержит 11 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
БОЛЬШОЙ: длина 27 км БОЛЬШОЙ: длина 27 км АДРОННЫЙ: происходит разгон адронов КОЛЛАЙДЕР: происходит столкновение (с англ. collide) частиц
История Идея проекта родилась в 1984 году и была официально одобрена через 10 лет. Строительство началось в 2001 году, завершилось в 2006 году. Руководитель проекта – Линдон Эванс.
Общие сведения Длина – 26 659 м Глубина – 50-175 м Годовое потребление энергии – ~8 млн кВт*ч Объем получаемых данных – ~150 млн Гб
114791 114801 114788 114804 114793 114808 114786 114811 114800 114812 114798 114797 114805 114809 114796 114789 114803 114790 114784 114802 114807 114794 114785 114787 114783 114806 114792 114810 114799 114795
Обратная связь
Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать её на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Мы в социальных сетях
Слайд 1
Слайд 4
Технические характеристики В ускорителе сталкиваются протоны с суммарной энергией 14 ТэВ (то есть 14 тераэлектронвольт или электронвольт) в системе центра масс налетающих частиц, а также ядра свинца с энергией 5 ГэВ (5· электронвольт) на каждую пару сталкивающихся нуклонов. Светимость БАК во время первых недель работы пробега была не более 1029 частиц/см²·с, тем не менее она продолжает постоянно повышаться. Целью является достижение номинальной светимости в 1,7·1034 частиц/см²·с, что по порядку величины соответствует светимостям BaBar (SLAC, США) и Belle (KEK, Япония).
Слайд 5
Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние. Ускоритель расположен в том же туннеле, который прежде занимал Большой электрон-позитронный коллайдер. Туннель с длиной окружности 26,7 км проложен под землёй на территории Франции и Швейцарии. Глубина залегания туннеля — от 50 до 175 метров, причём кольцо туннеля наклонено примерно на 1,4 % относительно поверхности земли. Для удержания, коррекции и фокусировки протонных пучков используются 1624 сверхпроводящих магнита, общая длина которых превышает 22 км. Магниты работают при температуре 1,9 K (−271 °C), что немного ниже температуры перехода гелия в сверхтекучее состояние.
Слайд 6
Детекторы На БАК работают 4 основных и 3 вспомогательных детектора: ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
Слайд 7
CMS (Compact Muon Solenoid) CMS (Compact Muon Solenoid) LHCb (The Large Hadron Collider beauty experiment)
Слайд 8
TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) LHCf (The Large Hadron Collider forward) MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC).
Слайд 10
Процесс ускорения частиц в коллайдере Скорость частиц в БАК на встречных пучках близка к скорости света в вакууме. Разгон частиц до таких больших энергий достигается в несколько этапов. На первом этапе низкоэнергетичные линейные ускорители Linac 2 и Linac 3 производят инжекцию протонов и ионов свинца для дальнейшего ускорения. Затем частицы попадают в PS-бустер и далее в сам PS (протонный синхротрон), приобретая энергию в 28 ГэВ. При этой энергии они уже движутся со скоростью близкой к световой. После этого ускорение частиц продолжается в SPS (протонный суперсинхротрон), где энергия частиц достигает 450 ГэВ. Затем сгусток протонов направляют в главное 26,7-километровое кольцо, доводя энергию протонов до максимальных 7 ТэВ, и в точках столкновения детекторы фиксируют происходящие события. Два встречных пучка протонов при полном заполнении могут содержать 2808 сгустков каждый. На начальных этапах отладки процесса ускорения циркулируют лишь по одному сгустку в пучке длиной несколько сантиметров и небольшого поперечного размера. Затем начинают увеличивать количество сгустков. Сгустки располагаются в фиксированных позициях относительно друг друга, которые синхронно движутся вдоль кольца. Сгустки в определённой последовательности могут сталкиваться в четырёх точках кольца, где расположены детекторы частиц.
Слайд 11
Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света. Скорость протонов с энергией 7 ТэВ всего на 3 метра в секунду меньше, чем скорость света (c). Кинетическая энергия всех сгустков адронов в БАКе при полном его заполнении сравнима с кинетической энергией реактивного самолета, хотя масса всех частиц не превышает нанограмма и их даже нельзя увидеть невооружённым глазом. Такая энергия достигается за счёт скорости частиц, близкой к скорости света. Скорость протонов с энергией 7 ТэВ всего на 3 метра в секунду меньше, чем скорость света (c). Сгустки проходят полный круг ускорителя быстрее, чем за 0,0001 сек, совершая, таким образом, свыше 10 тыс. оборотов в секунду.
Слайд 12
Потребление энергии Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего ЦЕРН на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт·ч, из которых 700 ГВт·ч придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. Сам ЦЕРН не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы.
Слайд 13
№ слайда 2
Что это такое? Большой адронный коллайдер (БАК) - ускоритель протонов, построенный на территории Швейцарии и Франции, не имеет аналогов в мире. Эта кольцевая конструкция протяженностью 27 км сооружена на 100-метровой глубине, в котором установлен ускоритель заряженных частиц в виде гигантской трубы.
№ слайда 3
Расшифровка названия.БАК Большим БАК назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м; Адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков; Коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных местах.
№ слайда 4
В БАК с помощью 120 мощных электромагнитов предполагается разогнать до близкой к световой скорости (99,9%) встречные пучки протонов. Тысячи датчиков будут фиксировать моменты столкновения, что позволит исследователям глубже проникнуть в тайны материи .
№ слайда 5
Столкновения двух протонов в БАК.
№ слайда 6
Цель запуска адронного коллайдера. узнать, как устроена материя. Обнаружить следы существования бозона Хиггса или, как еще называют, "частицы Бога" - гипотетической частицы, отвечающей за массу элементарных частиц.
№ слайда 7
Ученые намерены проверить ряд теорий о создании Мира -теорию "суперсимметрии", "хиггсовский механизм", так называемые "экзотические" теории. Изучить самые тяжелые Топ-кварки и провести столкновения ядер свинца, в результате которых ожидают образования температур около полутора триллионов градусов, существовавших лишь в самом начале Вселенной.
№ слайда 8
Координатор участия России в проекте, заместитель директора НИИЯФ МГУ Виктор Саврин сообщил, что в создании и разработке БАК участвовали многие российские ученые и инженеры, институты и предприятия. "В общей сложности активно участвовали в проекте 700 физиков из России, а также 12 институтов.
№ слайда 9
Некоторые ученые считают, что БАК может привести к созданию машины времени Влияние гравитации Земли на траекторию временного пространства незначительно, однако мощная энергия БАКа замкнет время в кольцо. Согласно этой гипотезе, во время испытаний БАКа высвобожденная энергия будет сконцентрирована на субатомной частице, в результате чего произойдет изменение тканей Вселенной – сочетания пространства и времени.
№ слайда 10
Результат "В результате протон-протонных столкновений в БАКе, будут возникать так называемые "червоточины" или "кротовые норы", по которым на микроуровне на маленькие расстояния, на короткие отрезки времени смогут перемещаться частицы".
№ слайда 11
Детекторы и предускорители БАК. Траектория протонов p (и тяжёлых ионов свинца Pb) начинается в линейных ускорителях (в точках p и Pb, соответственно). Затем частицы попадают в бустер протонного синхротрона (PS), через него — в протонный суперсинхротрон (SPS) и, наконец, непосредственно в туннель БАК.
№ слайда 12
№ слайда 13
Изучение фотон-адронных и фотон-фотонных столкновений Протоны электрически заряжены, поэтому ультрарелятивистский протон порождает облако почти реальных фотонов, летящих рядом с протоном. Поток фотонов становится сильнее в режиме ядерных столкновений, из-за большого электрического заряда ядра. Эти фотоны могут столкнуться как со встречным протоном, порождая типичные фотон-адронные столкновения, так и друг с другом.
№ слайда 14
Технические характеристики Подземный зал, в котором смонтирован детектор ATLAS (октябрь 2004 года)
№ слайда 15
Детектор ATLAS в процессе сборки (февраль 2006 года)
№ слайда 16
Потребление энергии Во время работы коллайдера расчётное потребление энергии составит 180 МВт. Предположительные энергозатраты всего CERNà на 2009 год с учётом работающего коллайдера — 1000 ГВт·ч, из которых 700 ГВт·ч придётся на долю ускорителя. Эти энергозатраты — около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. Сам CERN не производит энергию, имея лишь резервные дизельные генераторы
№ слайда 17
Неконтролируемые физические процессы Высказываются опасения: 1. имеется вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая теоретически может уничтожить всю планету. 2. возможность появления в коллайдере микроскопических черных дыр.
№ слайда 18
ОДНАКО Общая теория относительности в виде, предложенном Эйнштейном, не допускает возникновения микроскопических чёрных дыр в коллайдере. Однако они будут возникать, если верны теории с дополнительными пространственными измерениями.
№ слайда 19
Управление коллайдером Тонны сложнейшего оборудования, кабелей, проводов скрыты от глаз. Техникой управляют дистанционно. Толстые бетонные плиты предохраняют шахту от утечки радиации, которая теоретически возможна.
№ слайда 20
Над проектом работала: ученица 10 Б класса Сафарян Моника. Руководитель: учитель физики Бухарова Галина Яковлевна. 2009 год
№ слайда 21
Программное обеспечение. Microsoft WordMicrosoft Power PointInternet Explorer
№ слайда 22
Читайте также: