ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ ΑΙΩΝΑ

1. ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΓΙΑ ΤΟ CERN
ΗΜΕΡΟΜΙΝΙΑ:27|12|2015 ΜΑΘΗΤΗΣ:ΝΙΚΟΛΑΣ ΚΑΤΣΑΟΥΝΟΣ
1.Τι είναι η Φυσική Στοιχειωδών Σωμάτων;
Η Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων είναι ένας κλάδος της φυσικής που
μελετά τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν την ύλη καθώς και την
συμπεριφορά, και της αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους.Λέγεται επίσης και
φυσική υψηλών ενεργειών καθώς πολλά στοιχειώδη σωματίδια δεν
υφίστανται υπό τις συμβατικές συνθήκες που συναντάμε στην φύση όπως
την γνωρίζουμε στον πλανήτη μας αλλά μπορούν να δημιουργηθούν και
να ανιχνευθούν μέσω ενεργειακών κρούσεων με άλλα σωματίδια
2.Τι είναι το ''Καθιερωμένο Πρότυπο'';
Το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι η σύγχρονη θεωρία που περιγράφει με
επιτυχία όλα τα πειράματα στοιχειωδών σωματιδίων τα τελευταία
χρόνια.Ακόμα, περιγράφει τα δομικά συστατικά της ύλης και τις μεταξυ
τους ισχυρες,ασθενείς και ηλεκρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις.Πρόκειται
για μία πολύ καλά θεμελιωμένη θεωρία που έχει προβλέψει πολλά
πειραματικά αποτελέσματα ,όπως την ύπαρξη πολλών σωματιδίων και
έχει ανταπεξέλθει σε πάρα πολλούς πειραματικούς ελέγχους.Το βασικό
κομμάτι που λείπει στην θεωρία αυτήν για να συμπληρωθεί είναι το

2. μποζόνιο Χιγκς του οποίου η ύπαρξη,πιθανολογείται πλέον με αρκετή
βεβαιότητα.Παρ'όλες τις επιτυχίες της ,η θεωρία αυτή δεν μπορεί να
εξηγήσει την ύπαρξη σκοτεινής ύλης και την ύπαρξη σωματιδίων με
πολλές διαφορετικές μάζες.Η θεωρία είναι στην πραγματικότητα μία
σύνθεση θεωριών που βασίστηκε στις ανακαλύψεις νέων πειραμάτων και
τις εξελίξεις τις θεωρίας.Ήταν μία συλλογική προσπάθεια στην ευρήτερη
έννοια της,που γίνονταν από ερευνητές σε διαφορετικές ηπείρουςεπί
δεκαετίες.Η σημερινή σύνθεση ολοκληρώθηκε σρα μέσα της δεκαετιας
του 1970 μετά από πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης των κουάρκ.
3.Τι είναι το CERN;
Το CERN είναι το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Σωματιδιακής Φυσικής, το
μεγαλύτερο στον κόσμο ερευνητικό κέντρο του είδους του.Ιδρύθηκε το
1954 και αποτελείτε από 12 ιδρυτικά κράτη-μέλη (στα οποία ανήκει και η
Ελλάδα), έχουν αυξηθεί σήμερα σε 20. Το Εργαστήριο τοποθετήθηκε πάνω
στα Γαλλοελβετικά σύνορα, δυτικά της Γενεύης, στους πρόποδες της
οροσειράς του Ιούρα.Περίπου 6500 επιστήμονες, δηλαδή σχεδόν το 50%
των επιστημόνων σ' όλο τον κόσμο που ασχολούνται με τα σωματίδια,
χρησιμοποιούν τις εγκαταστάσεις του CERN.

3. 4.Τι είναι το πείραμα του αιώνα;
Το πείραμα του αιώνα δεν είναι τίποτα άλλο παρά το σύνολο 4
πειραμάτων όπου στο καθένα από αυτά επιστήμονες από όλο τον κόσμο
καταγράφουν τα σωματίδια που παράγονται από τις συγκρούσεις που
κάνουν ''ανάλυση δεδωμένων μέσα από την οποία θα προκύψουν ή όχι
τα νέα σωματίδια και θα επαληθευτούν οι ιδιότητες των γνωστών μας
σωματιδίων που είναι καταγεγραμμένα στο ''καθιερωμένο πρότυπο΄΄.
5.Τι είναι ο επιταχυντής LHC;
Ο επιραχυντής LHC (Large Hadron Collider=Μεγάλος Επιταχυντής
Συγκρουόμενων Δεσμών Αδρονίων) ξεκίνησε την κανονική λειτουργία του
τον Οκτώβριο του 2009.Ουσιαστικά είναι ένα τούνελ σε μέσο βάθος
100m κάτω από την επιφάνεια της Γης. Το τούνελ αυτό δεν
επεκτείνεται ευθύγραμμα αλλά είναι κυκλικό, ένας τεράστιος κυκλικός
δακτύλιος περιφέρειας 27km και πλάτους 3m. Οι ανιχνευτές του LHC θα
είναι μεγαλύτεροι και πιο περίπλοκοι από ό,τι οι κανονικοί επιταχυντές
.Θα είναι και πολύ πιο γρήγοροι, αφού θα κατορθώνουν να συλλαμβάνουν
περίπου 800 εκατομμύρια συγκρούσεις κάθε δευτερόλεπτο.Κάθε μια από
τις κοινοπραξίες των φυσικών που κατασκεύασαν και λειτουργούν αυτούς
τους ανιχνευτές αποτελείται από περισσότερους από 1000 επιστήμονες

4. απ' όλοτον κόσμο. Οι Έλληνες επιστήμονες συμμετέχουν ενεργά σ' όλη την
επιστημονική ζωή του CERN από την ίδρυσή του. Όταν το CERN ιδρύθηκε,
στη δεκαετία του '50, έγινε το πρότυπο Ευρωπαϊκής συνεργασίας. Τώρα,
με τον LHC, γίνεται το πρώτο πραγματικά παγκόσμιο εργαστήριο.
6.Τι είναι υπεραγώγιμοι μαγνήτες και σε τι χρησιμεύουν αυτοί που
τοποθετήθηκαν μέσα στο LHC;
Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες αποτελούν τις πιο εξελιγμένες τεχνολογικές
κατασκευές στον επιταχυντή LHC . Υπεραγωγιμότητα είναι η ιδιότητα
ορισμένων υλικών να άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα με σχεδόν μηδενική
αντίσταση, όταν βρεθούν σε περιβάλλον πολύ χαμηλής θερμοκρασίας,
περίπου 1,9 Κ. Έτσι, γίνεται δυνατή η διέλευση μεγάλης ποσότητας
ρεύματος μέσα από υπεραγώγιμα καλώδια μικρής σχετικά
διαμέτρου.Ταυτόχρονα μπορούν να κατασκευαστούν συμπαγείς
μαγνήτες,που λειτουργούν με πολύ μικρότερο κόστος ηλεκτικής ισχύος
από ότι οι συμβατικοί μαγνήτες με αγωγούς χαλκού ή αλουμινίου.Ισχυροί
υπεραγώγιμοι μαγνήτες χρειάζονται για να συγκρατούν τις δέσμες
πρωτονίων του LHC στις τροχιές τους.Η ανάπτυξη αυτών των μαγνητών
έχει αρκετά προχωρήσει.Ηδη,αρκετά πρότυπα που κατασκευάστηκαν από
τις βιομηχανίες έδειξαν ότι τα απαιτούμενα από το LHC ισχυρά μαγνητικά
πεδία μπορούν να επιτευχθούν, και η τελική παραγωγή τους δεν είναι
μακρυά.

5. 7.Πως επιταχύνονται τα πρωτόνια μέσα στον LHC;
Τα πρωτόνια από την πηγή πρωτονίων (ιόντα υδρογόνου) επιταχύνονται
κατά ομάδες από εναλλασσόμενο δυναμικό. Διασχίζουν τα διάκενα μεταξύ
δύο διαδοχικών κυλίνδρων όταν το πεδίο έχει φορά από τα αριστερά στα
δεξιά, ενώ βρίσκονται μέσα στους κυλίνδρους οι οποίοι τα προστατεύουν
από το πεδίο όταν το δυναμικό αλλάζει πρόσημο.Προτού εισαχθούν τα
πρωτόνια (ή τα βαρία ιόντα)στους δύο σωλήνες δεσμών του LHC
επιταχύνονται σε μικρότερους επιταχυντές (οι οποίοι συνδέονται με τον
LHC) ως περίπου το 6% της τελικής ενέργειας τους.Μέσα στο LHC,τα
σωματίδια αποκτούν τη τελική ενέργεια τους από οκτώ δομές
επιτάχυνσης (κοιλότητες εοιταχυντών).Κάθε φορά που τα σωματίδια
περνούν μέσα από αυτές τις κοιλότητες ,επιταχύνονται από ισχυρό
ηλεκτρικό πεδίο έντασης περίπου MVm.Η λειτουρεία των επιταχυντών
είναι συγκρίσιμη με τα κύματα στη θάλασσα:μία ομάδα
πρωτονίων,περίπου 100 δισεκατομμύρια από αυτά -οι surfers-ταξιδεύει
μάζι με ένα τεράστιο ηλεκρομαγνητικό κύμα κερδίζοντας κινητικη
ενέργεια.Κάθε κύμα επιταχύνει μία ομάδα πρωτονίων ,και κάθε μία
απότις δύο δέσμες αποτλείται από 2.800 διακριτές ομάδες,μία κάθε επτά
μέτρα.Μετά από 20 λεπτά,αποκτούν την τελίκη ενέργεια τυος,έχοντας
κάνει 11.245 φορές το γύρο του LHC ανά δευτερόλεπτο.Σε αυτά τα 20
λεπτά, τα πρωτόνια διανύουν μία απόσταση μεγαλύτερη από όση να πάνε

6. από τη Γη στον Ήλιο και να επιστέψουν.
8.Τα προτώνια πριν μπουν στον επιταχυντή LHC προεπιταχύνονται από
άλλους επιταχυντές μικρότερης ενέργειας ή όχι; αλλιώς είναι δυνατόν να
αποκτήσουν υψηλή ενέργεια τα πρωτόνια περιφερόμενα μόνο μεσα στον
LHC ή πρέρει να προεπιταχυνθούν για να φθάσει το καθένα από αυτά να
έχει ενέργεια 7 Tev;(1Tev=10 στην 12 eV).
Προτού εισαχθούν τα πρωτόνια (ή τα βαριά ιόντα) στους δύο σωλήνες
δεσμών του LHC, επιταχύνονται σε μικρότερους επιταχυντές (οι οποίοι
συνδέονται με τον LHC) ως περίπου το 6% της τελικής ενέργειάς τους.
Μέσα στον LHC, τα σωματίδια αποκτούν την τελική ενέργειά τους από
οκτώ δομές επιτάχυνσης (κοιλότητες επιταχυντών).. Ένα ακίνητο πρωτόνιο
έχει μάζα 0.938 GeV (εκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτς). Όταν
προεπιταχυνθούν τα πρωτόνια οι επιταχυντές τα φέρνουν σε μια τελική
μάζα (ή ενέργεια, που σε αυτήν την περίπτωση είναι ουσιαστικά το ίδιο
πράγμα) 7000 δισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτς (7 tera-eV ή 7 TeV). Εάν
θα μπορούσατε - υποθετικά - να επιταχύνετε έναν άνθρωπο 100 κιλών
στον LHC, η μάζα του/της θα κατέληγε να είναι 700 τόνων.
9.Σε πόσα σημεία του LHC συγκρούονται οι δύο δέσμες πρωτονίων και
υπάρχουν καταγραφικά συστήματα (ανιχνευτές)όπου πραγματοποιούνται
τα 4 υποπειράματα;
Τα πρωτόνια συγκρούονται μεταξύ τους σε τέσσερα σημεία του
επιταχυντή όπου υπάρχουν τεράστιοι ανιχνευτές.Στους υπεραγώγιμους
δακτύλιους του LHC τα πρωτόνια συγγρούονται με σκοπό να
επιτυγχάνονται όσο το δυνατόν περισσότερες συγγρούσεις.

7. 10.Τι είναι ο ανιχνευτής ATLAS;
Ο ανιχνευτης ATLAS είναι μία τεράστια ανιχνευτική διάταξη σε
συγκεκριμένο σημείο της περιφέρειας του επιταχυντή LHC. Πρόκειται για
έναν κύλινδρο «ξαπλωμένο» με μήκος 46m και διάμετρο 25m που έχει
βάρος περίπου 7.000 τόνους.Στην πραγματικότητα αποτελείται από
επιμέρους εσωτερικούς ομοαξονικούς κυλίνδρους καθένας από τους
οποίους αποτελεί ένα στρώμα ανιχνευτών. Υπάρχει ο λεγόμενος “Inner
Detector” που καταγράφει με μεγάλη ακρίβεια τροχιές παραγομένων
σωματιδίων από τις συγκρούσεις, τα καλορίμετρα που καταγράφουν τις
ενέργειες σωματιδίων που σταματούν γρήγορα και το φασματόμετρο
μιονίων για τον προσδιορισμό της τροχιάς των μιονίων, σωματίδια που
παράγονται από τη σύγκρουση και προχωρούν αρκετά πριν σταματήσουν.
Το ATLAS διαθέτει και διατάξεις ισχυρών μαγνητών διότιυπό την επίδραση
του μαγνητικού πεδίου επιτυγχάνεται διαχωρισμός των τροχιών των
σωματιδίων ανάλογα με το είδος του καθενός. Έτσι καταλαβαίνουμε τί
είδους σωματίδια είναι αυτά που παρατηρούμε.

8. 11.Τι είναι ο ανιχνευτής CMS;
Το CMS ζυγίζει 14000 τόνους και είναι το βαρύτερο πείραμα του LHC.'Εχει
διαστάσεις 15 μέτρα σε διάμετρο και 21.5 μέτρα σε μήκος καταλαμβάνει
κάπου 400 φορές μικρότερο όγκο.Το CMS είναι ένας τεχνολογικά
προηγμένος ανιχνευτής μεγάλου μεγέθους ,αποτελούμενος από πολλά
στρώματα,σχεδιασμένα το καθένα για ένα συγκεκριμένο σκοπό.Ο
συνδιασμός τους επιτρεπεί στους επιστήμονες την ταυτοποίηση και την
μέτρηση της ενέργειας και της ορμής όλων των σωματιδίων που
παράγονται από τις συγκρούσεις στον LHC.Ο ανιχνευτής CMS είναι ένας
ανιχνευτής γενικής χρήσης σαν τον ATLAS, αλλά με διαφορετικές τεχνικές
λύσεις και σχεδιασμό.Ο υπεραγώγιμος σωληνοειδής μαγνήτης του CMS
έχει διάμετρο 6 μέτρων, μήκος 13 μέτρων .Ψύχεται στους-268.5οC, μόλις
ένα βαθμό πάνω από τη θερμοκρασία του διαστήματος και δημιουργεί ένα
μαγνητικό πεδίο 100.000 φορές δυνατότερο από αυτό της γης.

9. 12.Τι είναι ο ανιχνευτής ALICE;
Eίναι ένας ανιχνευτής που ειδικεύεται στην ανάλυση συγκρούσεων ιόντων
μολύβδου. Θα μελετήσει τις ιδιότητες του πλάσματος κουάρκ-γλουονίων,
μία κατάσταση της ύλης όπου τα κουάρκ και τα γλουόνια, υπό συνθήκες
υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης, δεν περιορίζονται πλέον μέσα στα
αδρόνια. Μία τέτοια κατάσταση υπήρξε αμέσως μετά το big bang πριν
σχηματιστούν σωματίδια όπως νετρόνια και πρωτόνια.Στο ALICE
συνεργάζονται περισσότεροι από 1000 φυσικοί και μηχανικοί από 102
ιδρύματα σε 30 χώρες, για να προπαρασκευάσουν το πείραμα (στον
επιταχυντή LHC στο CERN) που αναμένεται να συμβάλει (όπως και τα
άλλα πειράματα, τα ATLAS, CMS και LHCb) ώστε να βρεθούν απαντήσεις
σε κεντρικά ερωτήματα της Φυσικής του 21ου αιώνα.
13.Τι είναι ο ανιχνευτής LHcb;
Ο ανιχνευτής LHcb ειδικεύεται στη μελέτη της ελαφριάς ασυμμετρίας
ανάμεσα στην ύλη και την αντιύλη που είναι παρούσες σε αλληλεπιδράσεις
Β-σωματιδίων (σωματίδια που περιέχουν το b quark). Το LHCb είναι ένα
πείραμα ειδικής β-φυσικής, ιδιαίτερα στοχευμένος στη μέτρηση των
παραμέτρων Παραβίαση CP στις αλληλεπιδράσεις του β -hadrons (βαριά
μόρια που περιέχουν το α κατώτατο θεωρητικό και υποατομικό σωματίδιο).
Το γεγονός ότι και το δύο β hadrons είναι κυρίως παραχθέν στον ίδιο

10. μπροστινό κώνο με το β μεσόνιο η παραγωγή αξιοποιείται στο
σχεδιάγραμμα του ανιχνευτή LHCb. Ο ανιχνευτής LHCb είναι ένα ενιαίο
μπροστινό φασματόμετρο βραχιόνων με μια πολική γωνιακή κάλυψη από 10
mrad έως 300 mrad στον οριζόντιο και 250 mrad στο κάθετο
επίπεδο.Ασυμμετρία μεταξύ του οριζόντιου και κάθετου επιπέδου
καθορίζεται από έναν μεγάλο δίπολο μαγνήτης με το κύριο συστατικό στην
κάθετη κατεύθυνση.
14.Τι είναι η ΕυρωπαΪκη ομάδα εκλαΪκευσης Φυσικής
Σωματιδίων(European Particle Physics Outreach Group EPPOG);
Η Ελληνική Εταιρία Σπουδών Φυσικής Υψηλών Ενεργειών (ΕΕΣΦΥΕ)
συμμετέχει ενεργά στη προσπάθεια που ξεκίνησε από τις αρχές του 1988
το ΕυρωπαΪκο Εργαστήριο Φυσικής Σωματιδίων,CERN,με στόχο στη
διάδοση στο ευρή κοινό της έρευνας και των επιτέυξεωντου τομέα των
Σοιχειωδών Σωματιδίων.Για το σκοπό αυτό ιδρήθηκε το CERN η λεγόμενη
ΕυρωπαΪκή Ομάδα ΕκλαΪκευσης Φυσικής Σωματιδίων (European Particle
Physics Outreach Group EPPOG) με αντίστοιχες εθνικές ομάδες σε κάθε
κράτος-μέλος του Οργανισμού.Η Ελληνικη Ομάδα ΕκλαΪκευσης αποτελεί
το Ελληνικό τμήμα αυτής της προσπάθειας.
15.Ποιές ερωτήσεις θα μπορούσατε να θέσετε σ' ένα ερευνητή του CERN;
1.Ποιός είναι ο επόμενος στόχος σας;

11. 2.Πως καταλεβενέται ότι ένας υπεραγώγιμος μαγνήτης έχει χαλάσει και
πως μπορείται να τον αντικαταστήσετε;
3.Σε περίπτωση που μπορέσετε να βρείτε το μπουζόνιο Χίγκς,που θα σας
βοηθήσει και τι θα καταφέρετε με αυτό;