एटलस प्रयोग - समस्या का सरलीकृत वर्णन और डिटेक्टर के बारे में थोड़ा

पिछले एक लेख में, मैंने संक्षेप में बात की कि सर्न क्या करता है। अब मैं एटलस प्रयोग के बारे में थोड़ी बात करना चाहता हूं।



परंपरा के अनुसार, भौतिकविदों के लिए एक टिप्पणी: मैं सब कुछ समझाने की कोशिश करूंगा ताकि यह उस व्यक्ति के लिए स्पष्ट हो जो भौतिकी से दूर है। मैं सैद्धांतिक भौतिकी के संदर्भ में जितना संभव हो उतना कम बोलूंगा और मानक मॉडल को अपमानित करने के लिए सरल करूंगा, इसके लिए हॉकिंग को माफ कर दूंगा।

और पाठक की रुचि के लिए, मैं एक प्रश्न पूछूंगा: आपके पास एक टन क्यों है?


ऐसा लगता है कि एक बहुत ही सरल सवाल यह है कि हर चीज में द्रव्यमान होता है, और किसी वस्तु का द्रव्यमान उसके घटकों के द्रव्यमान का योग होता है। अरे नहीं! यह मैक्रोबायोड के लिए सही है, लेकिन प्राथमिक कणों के लिए नहीं। उदाहरण के लिए, एक फोटॉन का कोई द्रव्यमान नहीं होता है, और यही कारण है कि यह प्रकाश की गति से आगे बढ़ सकता है। ग्लोन का भी कोई द्रव्यमान नहीं है। और अंत में, गुरुत्वाकर्षण का कोई द्रव्यमान नहीं है। ध्यान दें कि एक कण (यहां तक ​​कि एक सैद्धांतिक एक) जो गुरुत्वाकर्षण बातचीत को स्थानांतरित करता है, उसमें द्रव्यमान नहीं होता है। वास्तव में, एटलस प्रश्न का उत्तर यह प्राप्त करना चाहता है: कण में क्या गुण हैं (और क्या यह एक कण है), जो उस द्रव्यमान के लिए जिम्मेदार है, जहां यह पैदा होता है, जब यह मर जाता है, और इसका अस्तित्व क्यों होता है?



यह समझने के लिए कि सिद्धांतकार क्या आए हैं और प्रयोगकर्ता ATLAS डिटेक्टर पर क्या देखने की कोशिश कर रहे हैं, आपको मानक मॉडल के बारे में थोड़ा विचार करने की आवश्यकता है - एकमात्र मॉडल जिसमें अब तक कोई विश्वसनीय प्रतिनियुक्ति नहीं है, जो हमारे ब्रह्मांड की संरचना और इसमें निकायों की बातचीत का वर्णन करता है।

हमारा ब्रह्मांड लगभग 14 अरब साल पहले बिग बैंग में बना था। वहाँ, सभी पदार्थ, सभी ऊर्जा, समय और स्थान, आपस में वस्तुओं के परस्पर क्रिया के नियम बने। अब वैज्ञानिक चार मूलभूत अंत: क्रियाओं को भेद सकते हैं:

- विद्युत चुम्बकीय संपर्क :
एक चार्ज के साथ कणों के बीच बातचीत। यह इंटरैक्शन दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है - दूर की दो वस्तुएं हैं, कमजोर वे एक-दूसरे को प्रभावित करते हैं।


- गुरुत्वाकर्षण संपर्क :
द्रव्यमान के साथ कणों के बीच बातचीत। यह अंतःक्रिया भी दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है।


- मजबूत बातचीत :
क्वार्क के बीच बातचीत। प्रोटॉन / न्यूट्रॉन में क्वार्क को एक साथ रखना आवश्यक है।


- कमजोर बातचीत :
विशेष रूप से, यह नाभिक के बीटा क्षय के लिए जिम्मेदार है और लेप्टन और क्वार्क को एक दूसरे में बदलने की अनुमति देता है। एक ही बातचीत जो कि स्पेक्युलर परावर्तन के संबंध में असममित है। बहुत मोटे तौर पर, अगर मैं ऑब्जेक्ट A के लिए एक कमजोर इंटरैक्शन लागू करता हूं और ऑब्जेक्ट B प्राप्त करता हूं, तो उलटा रूपांतरण काम नहीं करेगा - ऑब्जेक्ट B के लिए ठीक उसी इंटरैक्शन को लागू करने पर, हमें ऑब्जेक्ट A नहीं मिलेगा।


गीतात्मक विषयांतर : मेरी राय में, अब यह समझाने का समय है कि कोई भी भौतिक मॉडल सभी समान है। आपको यह समझने की आवश्यकता है कि यह सिर्फ एक गणितीय सिद्धांत है, बस एक सूत्र, वस्तुओं और उनके नामों का एक सेट है, जो हमारे लिए संचालित करना आसान है। ऊपर उल्लिखित चार इंटरैक्शन केवल चार सूत्र हैं, जिनकी निष्ठा और सटीकता हमेशा प्रश्न में होती है। और भौतिकविदों, वास्तव में, हर साल हर नई खोज और प्रमाण के साथ इस मॉडल को अधिक सटीक और अधिक सुविधाजनक बनाने की कोशिश कर रहे हैं। अंततः, अगर हम चीजों को बहुत सरल करते हैं, तो हमें एक मॉडल मिलता है जिसमें केवल एक सूत्र होता है जो किसी भी बातचीत और किसी भी वस्तु का वर्णन करता है।

तो यहाँ है। वस्तुओं के बीच इन चार इंटरैक्शन को किसी न किसी तरह से सूक्ष्म स्तर पर खुद को प्रकट करना चाहिए। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन को फोटोन का उपयोग करके प्रेषित किया जाता है: जब आप एक दूसरे के बगल में दो मैग्नेट लगाते हैं, तो फोटॉन उनसे एक दूसरे के लिए उड़ान भरते हैं और "संवाद" करते हैं जिसे आपको किसी तरह प्रतिक्रिया करने की आवश्यकता होती है। एक बॉडी चार्ज बनता है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों द्वारा (विशेषज्ञ, सही, कृपया)। द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण के साथ एक ही बात - हिग्स बोसोन एक कण का द्रव्यमान देता है, और अंतरिक्ष की वक्रता ( किसी तरह ) गुरुत्वाकर्षण बातचीत के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार है। और यह वही बोसोन अभी तक प्रयोगात्मक रूप से नहीं मिला है, केवल सैद्धांतिक रूप से गणना की गई है। एटलस और सीएमएस प्रयोग सिर्फ दो डिटेक्टरों के टकरा जाने पर इसे अपने डिटेक्टर में "देखने" की कोशिश करते हैं।
इस सवाल के संबंध में यह सब है: "क्यों इस बोसोन की तलाश में परेशान हैं और इस तरह के एक कोलोसस का निर्माण कर रहे हैं?"

आगे मैं यह बताने की कोशिश करूंगा कि इस लक्ष्य को हासिल करने के लिए क्या किया गया है और क्या किया जाएगा।
देखने के लिए, फिर भी, शरीर को द्रव्यमान देता है, इस शरीर को तोड़ना आवश्यक है। सब कुछ बहुत सरल है - हम प्रोटॉन के दो बीम लेते हैं, उन्हें निकट-प्रकाश गति में तेज करते हैं और उन्हें एक साथ धक्का देते हैं। त्वरक कैसे काम करता है यह एक अलग विषय है, इसलिए यहां मैं इसे नहीं बढ़ाऊंगा। डिटेक्टर के अंदर टकराव होते हैं, हमारे मामले में यह एटलस डिटेक्टर है। प्रोटॉन छोटे कणों में बिखर जाते हैं, जो बदले में, छोटे लोगों में भी विघटित हो सकते हैं (उदाहरण के लिए, डिटेक्टर तक पहुंचने के लिए हिग्स बोसोन बहुत कम रहता है। यह मर जाता है और अन्य कणों का उत्पादन करता है) जो पहले से ही पता चल रहे हैं। और पहले से ही इस जानकारी से हम समझ सकते हैं कि टक्कर के तुरंत बाद क्या हुआ, कौन से कण पैदा हुए और पहले ही मर चुके हैं।
एटलस और सीएमएस प्रयोगों को सौंपा गया कार्य समान है, लेकिन वे विभिन्न तरीकों से समाधान की तलाश कर रहे हैं। विशेष रूप से, एटलस डिटेक्टर बहुत सटीक नहीं है, यह लगभग किसी भी ऊर्जा के कणों की टक्कर में प्राप्त डेटा के साथ काम करता है (कार्य के हिस्से के रूप में, निश्चित रूप से) और बहुत सारे डेटा को अनावश्यक के रूप में फ़िल्टर करता है। हालांकि, यह मात्रा पर काम करता है - यह टकराव के विशाल आंकड़ों को इकट्ठा करता है ताकि यह समझ सकें कि क्या है। सीएमएस, इसके विपरीत, गुणवत्ता पर काम करता है। लेकिन इसके बारे में एक अलग लेख में।

तो, डिटेक्टर। इसकी संरचना भी बहुत जटिल नहीं है (यदि आप विवरण में नहीं जाते हैं): बीम के अक्ष के आसपास (पाइप जहां बीम टकराते हैं) 4 सिलेंडर होते हैं; बाहरी में निम्नलिखित आयाम हैं: लंबाई 46 मीटर, व्यास 25 मीटर, वजन लगभग 7000 टन। उचित संचालन के लिए, आपको अंदर एक वैक्यूम की आवश्यकता होती है, और एक तकनीक / इलेक्ट्रॉनिक्स जो विकिरण की स्थिति में काम करती है। अब इन चार परतों के बारे में अधिक जानकारी:

- आंतरिक डिटेक्टर : टक्कर के बिंदु के सबसे करीब स्थित है। आवेशित कणों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। चारों ओर चुंबक द्वारा उत्पन्न डिटेक्टर के अंदर चुंबकीय क्षेत्र के कारण, आंतरिक डिटेक्टर एक चार्ज कण की गति का निरीक्षण कर सकता है।

- कैलोरीमीटर : उन्हें अवशोषित करके कण ऊर्जा को मापने की आवश्यकता है।

- म्यून स्पेक्ट्रोमीटर : म्यून्स की गति का अवलोकन करता है (जो दुर्भाग्य से, अन्य सभी परतों से गुजरता है)।

- मैग्नेट : अपनी गति को मापने के लिए आवेशित कणों को विक्षेपित करता है।

यह एटलस डिटेक्टर की संरचना है, जो बहुत ही सरल है, कुछ गलत है, लेकिन सामान्य समझ के लिए पर्याप्त है।

शायद यह संक्षेप में इस बारे में बताने लायक है कि हम आमतौर पर कणों का पता कैसे लगाते हैं। यहां हमारे पास एक कण है, और हमें यह समझने की जरूरत है कि यह क्या है और यह कहां से आता है। बुलबुला कक्ष पहले डिटेक्टरों में से एक थे: इसके माध्यम से उड़ना, एक कण "उबला हुआ" पानी, और हम बुलबुले के माध्यम से, इसकी गति देख सकते थे। तब गैस डिटेक्टर थे - गैस के साथ छोटे ट्यूबों का एक सेट, और एक कण उड़ान, एक ट्यूब में गैस का आरोप लगाया, एक वर्तमान इसके माध्यम से गुजरता है, और हमने देखा कि कण कहां से उड़ गया। अब, डिटेक्टर बहुत अधिक जटिल तंत्र का उपयोग करते हैं, लेकिन सार समान रहता है: कण के ट्रैक को ट्रैक करने के लिए, और फिर उसके गुणों की गणना करें।

मैं सभी को टिप्पणियों में लिखने, जवाब देने और पूछने के लिए कहता हूं। मुझे उन लोगों के साथ बात करने में खुशी होगी जो एटलस के लिए काम करते हैं / काम करते हैं।