Cern LHC sees high-energy success – “เซิร์น” เพิ่มกำลังเดินเครื่องพร้อมไขปริศนาจักรวาล

CMS detector

The CMS is one of four giant detectors at the Large Hadron Collider

Cached page: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8593780.stm

The Large Hadron Collider (LHC) has produced the first record-breaking high-energy particle collisions.

Scientists working on the European machine have successfully smashed beams of proton particles together at unprecedented energies.

This marks the beginning of work that could lead to the discovery of fundamental new physics.

There was cheering and applause in the LHC control room as the first collisions were confirmed.

LHC EXPLAINED
Detail from Large Hadron Collider explainer graphic

These seven-trillion-electronvolt (TeV) collisions have initiated 18-24 months of intensive investigations at the LHC.

Scientists hope the studies will bring novel insights into the nature of the cosmos and how it came into being.

Many of them have described Tuesday’s event as the beginning of a “new era in science”.

But researchers caution that the data gathered from the sub-atomic impacts will take time to evaluate, and the public should not expect immediate results.

“Major discoveries will happen only when we are able to collect billions of events and identify among them the very rare events that could present a new state of matter or new particles,” said Guido Tonelli, a spokesman for the CMS detector at the LHC.

“This is not going to happen tomorrow. It will require months and years of patient work,” he told BBC News.

The LHC is one of the biggest scientific endeavours ever undertaken.

WHAT IS AN ELECTRON VOLT?
Particle interaction simulation (SPL)
Charged particles tend to speed up in an electric field, defined as an electric potential – or voltage – spread over a distance
One electron volt (eV) is the energy gained by a single electron as it accelerates through a potential of one volt
It is a convenient unit of measure for particle accelerators, which speed particles up through much higher electric potentials
The first accelerators only created bunches of particles with an energy of about a million eV (MeV)
The LHC can reach beam energies a million times higher: up to several teraelectronvolts (TeV)
This is still only the energy in the motion of a flying mosquito
But that energy is packed into a comparatively few particles, travelling at more than 99.99% of the speed of light

Housed at Cern (the European Organization for Nuclear research) in a 27km-long tunnel under the Franco-Swiss border near Geneva, the LHC successfully collided particle beams travelling at close to the speed of light.

The expectation is that previously unseen phenomena will reveal themselves in the resulting debris.

A key objective is to find the much talked-about Higgs boson particle.

This is thought to have a profound role in the structure of the Universe, and would enable scientists to explain why matter has mass – something which, at a fundamental level, they have difficulty doing at present.

The LHC broke down shortly after its opening in 2008 but, since coming back online late last year, has gradually been ramping up operations.

Two proton particle beams have been circling in opposite directions in the magnet-lined tunnels at 3.5 TeV since 19 March.

Having established their stability, these beams were allowed to cross paths and collide.

This 7 TeV event, which took place on Tuesday at 1200 BST, was the highest energy yet achieved in a particle accelerator.

The LHC’s four major experiments – its giant detectors Alice, Atlas, CMS and LHCb – have now begun to gather their first physics data from the collisions, a development that Cern described as an “historic moment”.

“This is new territory,” said Professor Tonelli.

“If you want to discover new particles, you have to produce them; and these new particles are massive. To produce them, you need higher energies. For the first time [on Tuesday], we will be producing particles that have energy 3.5 times higher than the maximum energy achieved so far.

“This is why we can start the long journey to make major discoveries in identifying a new massive state of matter.”

At the end of the 7 TeV (3.5 TeV per beam) experimental period, the LHC will be shut down for maintenance for up to a year. When it re-opens, it will attempt to create 14 TeV events.

Collider sees high-energy success

By ALEXANDER G. HIGGINS (AP) – 59 minutes ago

GENEVA — The world’s largest atom smasher has set a record for high-energy collisions by crashing two proton beams at three times more force than ever before.

The $10 billion Large Hadron Collider directed the beams into each other Tuesday as part of its ambitious bid to reveal details about theoretical particles and microforces.

The collisions start a new era of science for researchers working on the machine below the Swiss-French border at Geneva.

Scientists at a control room at the European Organization for Nuclear Research, or CERN, broke into applause when the first successful collisions were recorded. Their colleagues from around the world were tuning in by remote links.

THIS IS A BREAKING NEWS UPDATE. Check back soon for further information. AP’s earlier story is below.

GENEVA (AP) — The world’s largest atom smasher was ready to start a new era of science on Tuesday, but problems delayed scientists seeking to collide the first beams of protons to learn more about the makeup of the universe and its smallest particles.

Dubbed the world’s largest scientific experiment, the $10 billion Large Hadron Collider holds the promise of revealing details about theoretical particles and microforces, scientists say.

Tuesday’s initial attempts were unsuccessful, however, because problems developed with the beams, said scientists working on the massive machine. That meant that the protons had to be “dumped” from the collider and new beams had to be injected.

“It’s a very complicated machine and we have ups and downs,” said Michael Barnett of Lawrence Berkeley National Laboratory. “Right now we have a down.”

Two beams of protons began 10 days ago to speed at high energy in opposite directions around the 27-kilometer (17-mile) tunnel under the Swiss-French border at Geneva.

The beams were pushed to 3.5 trillion electron volts in recent days, the highest energy achieved by any physics accelerator — some three times greater than the previous record.

The European Organization for Nuclear Research, or CERN, is now trying to use the powerful superconducting magnets to force the two beams to cross, creating collisions and showers of particles. They could have been successful immediately, but such huge machines can be so tricky to run that it could take days.

When collisions become routine, the beams will be packed with hundreds of billions of protons, but the particles are so tiny that few will collide at each crossing.

Steve Myers, CERN’s director for accelerators and technology, describes the challenge of lining up the beams as being akin to “firing needles across the Atlantic and getting them to collide half way.”

He said the problems Tuesday started with a power supply that tripped and had to be reset. The second time, the system designed to protect the machine shut it down. That was likely to have been a misreading by the system rather than any basic problem, said Barnett.

The collisions will come over the objections of some people who fear they could eventually imperil the Earth by creating micro black holes — subatomic versions of collapsed stars whose gravity is so strong they can suck in planets and other stars.

CERN and many scientists dismiss any threat to Earth or people on it, saying that any such holes would be so weak that they would vanish almost instantly without causing any damage.

The Large Hadron Collider was launched with great fanfare on Sept. 10, 2008, but it was sidetracked nine days later when a badly soldered electrical splice overheated, causing extensive damage to the massive magnets and other parts of the collider some 300 feet (100 meters) below the ground.

It cost $40 million to repair and improve the machine so that it could be used again at the end of November. Since then the collider has performed almost flawlessly, giving scientists valuable data in the four-week run before Christmas. It soon eclipsed the next largest accelerator — the Tevatron at Fermilab near Chicago.

The extra energy in Geneva is expected to reveal even more about the unanswered questions of particle physics, such as the existence of antimatter and the search for the Higgs boson, a hypothetical particle that scientists theorize gives mass to other particles and thus to other objects and creatures in the universe.

Scientists hope also to approach on a tiny scale what happened in the first split seconds after the Big Bang, which they theorize was the creation of the universe some 14 billion years ago.

Rolf-Dieter Heuer, the director-general of CERN, has said it is likely to take months before any scientific discoveries are made, partly because computers will have to sort through massive amounts of data produced by the collisions.

Heuer said researchers hope by the end of this year to make discoveries into the dark matter that scientists believe comprises 26 percent of the universe. The better understood visible matter makes up only 4 percent of the universe.

Dark matter has been theorized by scientists to account for missing mass and bent light in faraway galaxies. Scientists believe it makes galaxies spin faster.

A separate entity called “dark energy,” making up the remaining 70 percent of the universe, is believed linked to the vacuum that is evenly distributed in space and time. It is believed to accelerate the expansion of the universe.

Other possible candidates for discovery are hidden dimensions of space and time.

Physicists have used smaller colliders for decades to study the atom. They once thought protons and neutrons were the smallest components of the atom’s nucleus, but the colliders showed that they are made of quarks and gluons and that there are other forces and particles.

“เซิร์น” เร่งอนุภาคถึงพลังงานสูงสุดจับชนกันแล้วที่ 7 TeV

“เซิร์น” จับอนุภาคชนกันที่ระดับพลังงานสูงสุดแต่พลาด ลำอนุภาคไม่ชนกัน เพราะเครื่องซินโครตรอน ซึ่งทำหน้าที่ยิงลำอนุภาคเข้าเครื่องเร่งใหญ่ไม่ทำงาน ทำให้ต้องยิงใหม่อีกครั้งแต่ยังไม่ดีพอ ล่าสุดความพยายามในครั้งที่ 3 ทำให้เซิร์นสร้างสถิติชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุดและผลิตรังสีคอสมิคได้เป็นครั้งแรกในห้องปฏิบัติการ

เอเอฟพีรายงานว่า นักวิทยาศาสตร์ที่เซิร์น (CERN) ต่างทุกข์ใจจากการทดลองเดินเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี (LHC) เพื่อบังคับให้ลำอนุภาคชนกัน ที่ระดับพลังงานสูงสุด 7 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ภายในท่อที่ขดเป็นวงยาว 27 กิโลเมตร ด้วยความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง เมื่อวันที่ 30 มี.ค.53 นี้ เนื่องจากลำอนุภาค 2 ลำไม่ชนกัน

“พวกเขาสูญเสียลำอนุภาคไป” คาร์สเตน เอกเกิร์ต (Karsten Eggert) นักวิทยาศาสตร์ของเซิร์นกล่าว โดยเซิร์นได้เริ่มเดินเครื่องเร่งอนุภาคให้ลำอนุภาคชนกันเมื่อเวลา 11.00 น.ตามเวลาประเทศไทย และได้พยายามอีกครั้งหลังจากนั้น 2 ชั่วโมง

ปัญหาที่เกิดขึ้น เซิร์นได้วิเคราะห์เบื้องต้นและรายงานผ่านทวิตเตอร์ (Twitter) ว่า เกิดปัญหาขึ้นกับแม่เหล็กคู่ ในวงจรหลักของเครื่องซูเปอร์โปรตอนซินโครตรอน (Super Proton Synchrotron) หรือเอสพีเอส (SPS) และเครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซี ไม่ใช่ผลกระทบจากการรบกวนทางไฟฟ้า ตามที่เข้าใจก่อนหน้านั้น

“เรามีปัญหาจุกจิกเล็กน้อย ซึ่งเรื่องเหล่านี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นได้เมื่อคุณมีเครื่องจักรที่ซับซ้อนเช่นนี้ และอีก 1-1.5 ชั่วโมง เราจะเริ่มยิงลำอนุภาคใหม่อีกครั้ง” พอล คอลลิเออร์ (Paul Collier) หัวหน้าฝ่ายลำอนุภาคของเซิร์นกล่าว หลังการยิงลำอนุภาคครั้งแรกล้มเหลว

ทั้งนี้ เซิร์นได้บอกให้ทราบล่วงหน้าแล้วว่า การชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุดนั้น อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เพื่อบังคับอนุภาคให้อยู่ในเส้นทางที่จะพุ่งชน เมื่อพวกเขาเริ่มการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่มีเคยมีการทดลองมาก่อน โดยการทดลองครั้งนี้ตั้งเป้าที่พลังงานระดับสูงแต่ให้เกิดการระเบิดขนาดเล็กที่จำลองสภาพระเบิด “บิกแบง” (Big Bang) ซึ่งเป็นต้นกำเนิดจักรวาล

ด้าน สตีฟ ไมเออร์ส (Steve Myer) นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของโครงการเปรียบเทียบว่า ความพยายามในการทดลองครั้งนี้เปรียบเหมือนการยิงเข็มจำนวนมาก ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เพื่อให้เข็มเหล่านั้น ชนกันที่ระหว่างครึ่งทาง

ทั้งนี้ ความเร็วในการวิ่งวนรอบท่อของเครื่องเร่งอนุภาคนั้นเร็วกว่า “วินาที” ถึง 5,000 เท่า และการทดลองซึ่งถือเป็น “การทดลองทางฟิสิกส์ครั้งแรก” (First Physics) นี้ จะเป็นจุดเริ่มต้นของการเดินเครื่องให้อนุภาคชนกันอีกหลายพันล้านครั้งในอีก 18-24 เดือนข้างหน้า

ทั้งนี้กว่าลำอนุภาคโปรตอนจะพุ่งชนกันต้องผ่านการเร่งความเร็วหลายจุด เริ่มจากการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของไฮโดรเจนเพื่อให้ได้ลำอนุภาคโปรตอน จากนั้นยิงเข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคเส้นตรง “ลิแนค2” (LINAC2) ซึ่งยิงลำโปรตอนที่มีระดับพลังงาน 50 เมกะอิเล็กตรอนโวลต์เข้าสู่เครื่องเพิ่มกำลัง “พีเอสบูสเตอร์” (PS Booster)

เครื่องเพิ่มกำลังพีเอสจะเร่งลำอนุภาคให้มีพลังงาน 1.4 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ก่อนส่งต่อไปยังเครื่องโปรตอนซินโครตรอน (Proton Synchrotron: PS) ซึ่งเร่งให้ลำอนุภาคมีพลังงานเพิ่มขึ้นเป็น 25 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ จากนั้นโปรตอนจะส่งต่อไปยังเครื่องซูเปอร์โปรตรอนซินโครตรอน (Super Proton Synchrotron: SPS) เพื่อเร่งพลังงานเป็น 450 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ แล้วยิงเข้าท่อแอลเอชซีในทิศทวนเข็มและตามเข็มนาฬิกา และลำอนุภาคจะวิ่งวนอยู่ 20 นาทีก่อนที่ระดับพลังงานจะถึง 7 เทราอิเล็กตรอนโวลต์

หลังจากยิงลำอนุภาคครั้งที่ 2 แต่ยังไม่ประสบความสำเร็จ ล่าสุดเซิร์นได้เร่งลำอนุภาคครั้งที่ 3 ซึ่งสามารถเร่งให้พลังงานลำอนุภาค 2 ลำให้เพิ่มขึ้นถึง 3.5 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ และบังคับให้ลำอนุภาคชนกันได้ในที่สุด ซึ่งเป็นการชนอนุภาคที่ระดับพลังงานสูงสุดเท่าที่เคยมี และทำให้เกิดรังสีคอสมิคภายในห้องทดลองได้เป็นครั้งแรกบนโลก โดยเครื่องตรวจวัดอนุภาคซีเอ็มเอส (CMS) สามารถตรวจจับการชนกันของอนุภาคในครั้งนี้ได้

***
ย้อนทำความเข้าใจทำไมต้องจับอนุภาคชนกัน พร้อมตามติดเส้นทางอนุภาคก่อนเข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาค ที่

จับตา “เซิร์น” เพิ่มกำลังเดินเครื่องพร้อมไขปริศนาจักรวาล

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: