लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर: उद्देश्य, खोजें और मिथक। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर. यह किस लिए है? कोलाइडर क्यों बनाया गया?
फ्रांस और स्विट्जरलैंड की सीमा पर 100 मीटर जमीन के नीचे एक ऐसा उपकरण है जो ब्रह्मांड के रहस्य खोल सकता है। या, कुछ के अनुसार, पृथ्वी पर सभी जीवन को नष्ट कर दें।
वैसे भी, यह दुनिया की सबसे बड़ी मशीन है और इसका उपयोग ब्रह्मांड के सबसे छोटे कणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। यह लार्ज हैड्रॉन (एंड्रॉइड नहीं) कोलाइडर (एलएचसी) है।
संक्षिप्त वर्णन
एलएचसी यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन (सीईआरएन) के नेतृत्व वाली एक परियोजना का हिस्सा है। कोलाइडर स्विट्जरलैंड में जिनेवा के बाहर CERN त्वरक कॉम्प्लेक्स का हिस्सा है और इसका उपयोग प्रोटॉन और आयनों की किरणों को प्रकाश की गति के करीब लाने, कणों को एक-दूसरे से टकराने और परिणामी घटनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए किया जाता है। वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि इससे ब्रह्मांड की उत्पत्ति और इसकी संरचना के बारे में और अधिक जानने में मदद मिलेगी।
कोलाइडर (एलएचसी) क्या है? यह अब तक निर्मित सबसे महत्वाकांक्षी और शक्तिशाली कण त्वरक है। सैकड़ों देशों के हजारों वैज्ञानिक नई खोजों की खोज में एक-दूसरे के साथ सहयोग करते हैं और प्रतिस्पर्धा करते हैं। प्रायोगिक डेटा एकत्र करने के लिए, कोलाइडर की परिधि के साथ 6 खंड स्थित हैं।
इससे की गई खोजें भविष्य में काम आ सकती हैं, लेकिन वह इसके निर्माण का कारण नहीं है। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का उद्देश्य ब्रह्मांड के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार करना है। यह देखते हुए कि एलएचसी की लागत अरबों डॉलर है और इसके लिए कई देशों के सहयोग की आवश्यकता है, व्यावहारिक अनुप्रयोग की कमी आश्चर्यजनक हो सकती है।
हैड्रॉन कोलाइडर किसके लिए है?
हमारे ब्रह्मांड, इसकी कार्यप्रणाली और वास्तविक संरचना को समझने के प्रयास में, वैज्ञानिकों ने मानक मॉडल नामक एक सिद्धांत प्रस्तावित किया है। यह उन मूलभूत कणों को पहचानने और समझाने का प्रयास करता है जो दुनिया को बनाते हैं। यह मॉडल आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के तत्वों को क्वांटम सिद्धांत के साथ जोड़ता है। यह ब्रह्मांड की 4 मूलभूत शक्तियों में से 3 को भी ध्यान में रखता है: मजबूत और कमजोर परमाणु बल और विद्युत चुंबकत्व। यह सिद्धांत चौथे मौलिक बल - गुरुत्वाकर्षण से संबंधित नहीं है।
मानक मॉडल ने ब्रह्मांड के बारे में कई भविष्यवाणियाँ की हैं जो विभिन्न प्रयोगों के अनुरूप हैं। लेकिन इसके अन्य पहलू भी हैं जिनकी पुष्टि की आवश्यकता है। उनमें से एक सैद्धांतिक कण है जिसे हिग्स बोसोन कहा जाता है।
उनकी खोज द्रव्यमान के बारे में सवालों के जवाब देती है। पदार्थ के पास यह क्यों है? वैज्ञानिकों ने ऐसे कणों की पहचान की है जिनका कोई द्रव्यमान नहीं है, जैसे न्यूट्रिनो। कुछ लोगों के पास यह क्यों है और दूसरों के पास नहीं? भौतिकविदों ने कई स्पष्टीकरण प्रस्तुत किये हैं।
उनमें से सबसे सरल हिग्स तंत्र है। यह सिद्धांत बताता है कि एक कण और उसके अनुरूप बल है जो द्रव्यमान की उपस्थिति की व्याख्या करता है। इसे पहले कभी नहीं देखा गया था, इसलिए एलएचसी द्वारा बनाई गई घटनाएं या तो हिग्स बोसोन के अस्तित्व को साबित करेंगी या नई जानकारी प्रदान करेंगी।
दूसरा प्रश्न जो वैज्ञानिक पूछते हैं वह ब्रह्मांड की उत्पत्ति से संबंधित है। तब पदार्थ और ऊर्जा एक थे। अलग होने के बाद पदार्थ और प्रतिपदार्थ के कणों ने एक दूसरे को नष्ट कर दिया। यदि उनकी संख्या बराबर होती तो कुछ भी नहीं बचता।
लेकिन, सौभाग्य से हमारे लिए, ब्रह्मांड में अधिक पदार्थ थे। वैज्ञानिकों को एलएचसी ऑपरेशन के दौरान एंटीमैटर का निरीक्षण करने की उम्मीद है। इससे ब्रह्मांड की शुरुआत के समय पदार्थ और एंटीमैटर की मात्रा में अंतर का कारण समझने में मदद मिल सकती है।
गहरे द्रव्य
ब्रह्मांड के बारे में हमारी वर्तमान समझ से पता चलता है कि वर्तमान में मौजूद पदार्थ का लगभग 4% ही देखने योग्य है। आकाशगंगाओं और अन्य खगोलीय पिंडों की गति से पता चलता है कि बहुत अधिक दृश्यमान पदार्थ है।
वैज्ञानिकों ने इस अस्पष्ट पदार्थ को डार्क मैटर कहा। अवलोकन योग्य और डार्क मैटर लगभग 25% बनाते हैं। अन्य 3/4 काल्पनिक डार्क एनर्जी से आता है, जो ब्रह्मांड के विस्तार में योगदान देता है।
वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उनके प्रयोग या तो डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के अस्तित्व के लिए और सबूत प्रदान करेंगे, या एक वैकल्पिक सिद्धांत की पुष्टि करेंगे।
लेकिन यह कण भौतिकी हिमशैल का सिर्फ सिरा है। और भी अधिक विदेशी और विवादास्पद चीजें हैं जिनका खुलासा किया जाना आवश्यक है, कोलाइडर इसी के लिए है।
सूक्ष्म पैमाने पर बिग बैंग
पर्याप्त उच्च गति पर प्रोटॉन को टकराकर, एलएचसी उन्हें छोटे परमाणु उपकणों में तोड़ देता है। वे बहुत अस्थिर होते हैं और क्षय या पुनर्संयोजन से पहले केवल एक सेकंड के एक अंश तक ही टिकते हैं।
बिग बैंग सिद्धांत के अनुसार, सभी पदार्थ मूल रूप से उन्हीं से बने थे। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ और ठंडा हुआ, वे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे बड़े कणों में संयुक्त हो गए।
असामान्य सिद्धांत
यदि सैद्धांतिक कण, एंटीमैटर और डार्क एनर्जी पर्याप्त रूप से विदेशी नहीं हैं, तो कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि एलएचसी अन्य आयामों के अस्तित्व के लिए सबूत प्रदान कर सकता है। यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि दुनिया चार-आयामी (त्रि-आयामी स्थान और समय) है। लेकिन भौतिकविदों का सुझाव है कि ऐसे अन्य आयाम भी हो सकते हैं जिन्हें मनुष्य नहीं समझ सकते। उदाहरण के लिए, स्ट्रिंग सिद्धांत के एक संस्करण के लिए कम से कम 11 आयामों की आवश्यकता होती है।
इस सिद्धांत के अनुयायियों को उम्मीद है कि एलएचसी ब्रह्मांड के उनके प्रस्तावित मॉडल का प्रमाण प्रदान करेगा। उनकी राय में, मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक कण नहीं, बल्कि तार हैं। वे खुले या बंद हो सकते हैं और गिटार की तरह कंपन कर सकते हैं। कंपन में अंतर तारों को अलग बनाता है। कुछ स्वयं को इलेक्ट्रॉनों के रूप में प्रकट करते हैं, जबकि अन्य न्यूट्रिनो के रूप में साकार होते हैं।
संख्याओं में कोलाइडर क्या है?
एलएचसी एक विशाल और शक्तिशाली संरचना है। इसमें 8 सेक्टर शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक एक चाप है, जो प्रत्येक छोर पर "इन्सर्ट" नामक अनुभाग से घिरा हुआ है। कोलाइडर की परिधि 27 किमी है।
त्वरक ट्यूब और टकराव कक्ष 100 मीटर भूमिगत स्थित हैं। एलएचसी परिधि के साथ कई बिंदुओं पर स्थित लिफ्ट और सीढ़ियों के साथ एक सेवा सुरंग द्वारा उन तक पहुंच प्रदान की जाती है। CERN ने ज़मीन के ऊपर इमारतें भी बनाई हैं जिनमें शोधकर्ता कोलाइडर के डिटेक्टरों द्वारा उत्पन्न डेटा एकत्र और विश्लेषण कर सकते हैं।
प्रकाश की गति के 99.99% पर चलने वाले प्रोटॉन की किरणों को नियंत्रित करने के लिए चुंबक का उपयोग किया जाता है। वे विशाल हैं, उनका वजन कई टन है। एलएचसी में लगभग 9,600 चुंबक हैं। वे 1.9K (-271.25 डिग्री सेल्सियस) तक ठंडे हो जाते हैं। यह बाहरी अंतरिक्ष के तापमान से कम है.
कोलाइडर के अंदर के प्रोटॉन अल्ट्रा-हाई वैक्यूम ट्यूब से होकर गुजरते हैं। यह आवश्यक है ताकि अपने लक्ष्य तक पहुंचने से पहले ऐसे कोई कण न रहें जिनसे वे टकरा सकें। एक भी गैस अणु किसी प्रयोग के विफल होने का कारण बन सकता है।
बड़े कोलाइडर की परिधि के आसपास 6 क्षेत्र हैं जहां इंजीनियर अपने प्रयोग कर सकते हैं। उनकी तुलना डिजिटल कैमरे वाले सूक्ष्मदर्शी से की जा सकती है। इनमें से कुछ डिटेक्टर बहुत बड़े हैं - एटलस एक उपकरण है जो 45 मीटर लंबा, 25 मीटर ऊंचा और 7 टन वजनी है।
एलएचसी में लगभग 150 मिलियन सेंसर कार्यरत हैं जो डेटा एकत्र करते हैं और इसे कंप्यूटर नेटवर्क पर भेजते हैं। CERN के अनुसार, प्रयोगों के दौरान प्राप्त जानकारी की मात्रा लगभग 700 MB/s है।
जाहिर है, ऐसे कोलाइडर को बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसकी वार्षिक बिजली खपत लगभग 800 GWh है। यह बहुत बड़ा हो सकता है, लेकिन यह सुविधा सर्दियों के महीनों के दौरान खुली नहीं रहती है। CERN के अनुसार, ऊर्जा की लागत लगभग 19 मिलियन यूरो है।
प्रोटोन टकराव
कोलाइडर भौतिकी के पीछे का सिद्धांत काफी सरल है। सबसे पहले, दो किरणें लॉन्च की जाती हैं: एक दक्षिणावर्त, और दूसरी वामावर्त। दोनों धाराएँ प्रकाश की गति से तेज़ हो जाती हैं। फिर उन्हें एक-दूसरे की ओर निर्देशित किया जाता है और परिणाम देखा जाता है।
इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए आवश्यक उपकरण कहीं अधिक जटिल हैं। एलएचसी सीईआरएन कॉम्प्लेक्स का हिस्सा है। इससे पहले कि कोई भी कण एलएचसी में प्रवेश करे, वे पहले से ही कई चरणों से गुजरते हैं।
सबसे पहले, प्रोटॉन का उत्पादन करने के लिए, वैज्ञानिकों को इलेक्ट्रॉनों के हाइड्रोजन परमाणुओं को अलग करना होगा। फिर कणों को LINAC 2 में भेजा जाता है, जो उन्हें PS बूस्टर त्वरक में लॉन्च करता है। ये मशीनें कणों को गति देने के लिए एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करती हैं। विशाल चुम्बकों द्वारा बनाए गए क्षेत्र किरणों को पकड़ने में मदद करते हैं।
जब किरण वांछित ऊर्जा स्तर तक पहुंच जाती है, तो पीएस बूस्टर इसे एसपीएस सुपरसिंक्रोट्रॉन की ओर निर्देशित करता है। धारा और भी तेज हो जाती है और 1.1 x 1011 प्रोटॉन के 2808 बीम में विभाजित हो जाती है। एसपीएस एलएचसी में दक्षिणावर्त और वामावर्त किरणें डालता है।
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के अंदर, प्रोटॉन 20 मिनट तक गति करते रहते हैं। अधिकतम गति पर, वे हर सेकंड एलएचसी के चारों ओर 11,245 बार घूमते हैं। किरणें 6 डिटेक्टरों में से एक पर एकत्रित होती हैं। इस स्थिति में, प्रति सेकंड 600 मिलियन टकराव होते हैं।
जब 2 प्रोटॉन टकराते हैं, तो वे क्वार्क और ग्लूऑन सहित छोटे कणों में विभाजित हो जाते हैं। क्वार्क बहुत अस्थिर होते हैं और एक सेकंड के एक अंश में नष्ट हो जाते हैं। डिटेक्टर उपपरमाण्विक कणों के पथ को ट्रैक करके जानकारी एकत्र करते हैं और इसे कंप्यूटर नेटवर्क पर भेजते हैं।
सभी प्रोटोन टकराते नहीं हैं। बाकी लोग बीम इजेक्शन सेक्शन में जाना जारी रखते हैं, जहां वे ग्रेफाइट द्वारा अवशोषित होते हैं।
डिटेक्टरों
कोलाइडर की परिधि के साथ 6 खंड हैं जिनमें डेटा एकत्र किया जाता है और प्रयोग किए जाते हैं। इनमें से 4 मुख्य डिटेक्टर हैं और 2 छोटे डिटेक्टर हैं।
सबसे बड़ा एटलस है। इसका आयाम 46 x 25 x 25 मीटर है। ट्रैकर एटलस से गुजरने वाले कणों की गति का पता लगाता है और उसका विश्लेषण करता है। इसके चारों ओर एक कैलोरीमीटर है जो कणों की ऊर्जा को अवशोषित करके मापता है। वैज्ञानिक उनके प्रक्षेप पथ का निरीक्षण कर सकते हैं और उनके बारे में अतिरिक्त जानकारी प्राप्त कर सकते हैं।
एटलस डिटेक्टर में एक म्यूऑन स्पेक्ट्रोमीटर भी है। म्यूऑन इलेक्ट्रॉनों से 200 गुना भारी नकारात्मक आवेशित कण हैं। वे अकेले हैं जो बिना रुके कैलोरीमीटर से गुजरने में सक्षम हैं। स्पेक्ट्रोमीटर आवेशित कण सेंसरों का उपयोग करके प्रत्येक म्यूऑन की गति को मापता है। ये सेंसर एटलस के चुंबकीय क्षेत्र में उतार-चढ़ाव का पता लगा सकते हैं।
कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलेनॉइड (सीएमएस) एक सामान्य प्रयोजन डिटेक्टर है जो टकराव के दौरान निकलने वाले उपकणों का पता लगाता है और मापता है। यह उपकरण एक विशाल सोलनॉइड चुंबक के अंदर स्थित है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र से लगभग 100 हजार गुना अधिक चुंबकीय क्षेत्र बना सकता है।
ऐलिस डिटेक्टर को लौह आयन टकराव का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तरह, शोधकर्ताओं को बिग बैंग के तुरंत बाद हुई स्थितियों के समान स्थितियों को फिर से बनाने की उम्मीद है। वे आयनों को क्वार्क और ग्लूऑन के मिश्रण में परिवर्तित होते देखने की उम्मीद करते हैं। ऐलिस का मुख्य घटक टीपीसी कैमरा है, जिसका उपयोग कण प्रक्षेप पथ का अध्ययन और पुनर्निर्माण करने के लिए किया जाता है।
एलएचसी का उपयोग एंटीमैटर के अस्तित्व के साक्ष्य खोजने के लिए किया जाता है। यह ब्यूटी क्वार्क नामक कण की तलाश करके ऐसा करता है। प्रभाव बिंदु के आसपास उप-डिटेक्टरों की पंक्ति 20 मीटर लंबी है। वे सौंदर्य क्वार्क के बहुत अस्थिर और तेजी से क्षय होने वाले कणों को पकड़ सकते हैं।
TOTEM प्रयोग एक छोटे डिटेक्टर वाले क्षेत्र में किया जाता है। यह प्रोटॉन के आकार और एलएचसी की चमक को मापता है, जो टकराव निर्माण की सटीकता को दर्शाता है।
एलएचसी प्रयोग नियंत्रित वातावरण में ब्रह्मांडीय किरणों का अनुकरण करता है। इसका लक्ष्य वास्तविक ब्रह्मांडीय किरणों के बड़े पैमाने पर अध्ययन विकसित करने में मदद करना है।
प्रत्येक खोज स्थल पर शोधकर्ताओं की एक टीम होती है, जिनकी संख्या कई दर्जन से लेकर एक हजार से अधिक वैज्ञानिकों तक होती है।
डाटा प्रासेसिंग
यह आश्चर्य की बात नहीं है कि ऐसा कोलाइडर डेटा की एक विशाल धारा उत्पन्न करता है। एलएचसी डिटेक्टरों द्वारा प्रतिवर्ष उत्पादित 15,000,000 जीबी शोधकर्ताओं के लिए एक बड़ी चुनौती है। इसका समाधान एक कंप्यूटर नेटवर्क है जिसमें कंप्यूटर शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक डेटा के एक टुकड़े का स्वतंत्र रूप से विश्लेषण करने में सक्षम है। एक बार जब कंप्यूटर विश्लेषण पूरा कर लेता है, तो यह परिणाम केंद्रीय कंप्यूटर को भेजता है और एक नया भाग प्राप्त करता है।
सीईआरएन के वैज्ञानिकों ने अपनी गणना करने के लिए अपेक्षाकृत सस्ते उपकरणों का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित करने का निर्णय लिया। उन्नत सर्वर और प्रोसेसर खरीदने के बजाय, मौजूदा हार्डवेयर का उपयोग किया जाता है जो नेटवर्क पर अच्छा प्रदर्शन कर सकता है। विशेष सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके, कंप्यूटरों का एक नेटवर्क प्रत्येक प्रयोग से डेटा संग्रहीत और विश्लेषण करने में सक्षम होगा।
ग्रह के लिए ख़तरा?
कुछ लोगों को डर है कि ऐसा शक्तिशाली कोलाइडर पृथ्वी पर जीवन के लिए खतरा पैदा कर सकता है, जिसमें ब्लैक होल, "अजीब पदार्थ", चुंबकीय एकाधिकार, विकिरण आदि के निर्माण में भाग लेना शामिल है।
वैज्ञानिक लगातार ऐसे दावों का खंडन करते हैं। ब्लैक होल का बनना असंभव है क्योंकि प्रोटॉन और तारों के बीच बहुत बड़ा अंतर होता है। "अजीब पदार्थ" बहुत पहले ब्रह्मांडीय किरणों के प्रभाव में बन सकता था, और इन काल्पनिक संरचनाओं का खतरा बहुत बढ़ा-चढ़ाकर बताया गया है।
कोलाइडर बेहद सुरक्षित है: इसे मिट्टी की 100 मीटर की परत द्वारा सतह से अलग किया जाता है, और प्रयोगों के दौरान कर्मियों को भूमिगत होने से प्रतिबंधित किया जाता है।
एक्सेलेरेटर के निर्माण का इतिहास, जिसे आज हम लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के नाम से जानते हैं, 2007 का है। प्रारंभ में, त्वरक का कालक्रम साइक्लोट्रॉन से शुरू हुआ। यह उपकरण एक छोटा उपकरण था जो मेज पर आसानी से फिट हो जाता था। फिर त्वरक का इतिहास तेजी से विकसित होने लगा। सिंक्रोफैसोट्रॉन और सिंक्रोट्रॉन प्रकट हुए।
इतिहास में शायद सबसे दिलचस्प दौर 1956 से 1957 तक का दौर था। उन दिनों, सोवियत विज्ञान, विशेष रूप से भौतिकी में, अपने विदेशी भाइयों से पीछे नहीं था। वर्षों के अनुभव का उपयोग करके, व्लादिमीर वेक्स्लर नामक एक सोवियत भौतिक विज्ञानी ने विज्ञान में एक सफलता हासिल की। उन्होंने उस समय का सबसे शक्तिशाली सिंक्रोफैसोट्रॉन बनाया। इसकी परिचालन शक्ति 10 गीगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट (10 अरब इलेक्ट्रॉनवोल्ट) थी। इस खोज के बाद, त्वरक के गंभीर नमूने बनाए गए: जर्मनी, संयुक्त राज्य अमेरिका में बड़े इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर, स्विस त्वरक। उन सभी का एक ही लक्ष्य था - क्वार्क के मूलभूत कणों का अध्ययन।
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर मुख्य रूप से एक इतालवी भौतिक विज्ञानी के प्रयासों के कारण बनाया गया था। उनका नाम नोबेल पुरस्कार विजेता कार्लो रूबिया है। अपने करियर के दौरान, रूबिया ने यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन में निदेशक के रूप में काम किया। अनुसंधान केंद्र की साइट पर हैड्रॉन कोलाइडर बनाने और लॉन्च करने का निर्णय लिया गया।
हैड्रॉन कोलाइडर कहाँ है?
कोलाइडर स्विट्जरलैंड और फ्रांस की सीमा पर स्थित है। इसकी परिधि 27 किलोमीटर है, इसीलिए इसे बड़ा कहा जाता है। एक्सेलेरेटर रिंग 50 से 175 मीटर तक गहराई तक जाती है। कोलाइडर में 1232 चुम्बक हैं। वे अतिचालक हैं, जिसका अर्थ है कि त्वरण के लिए अधिकतम क्षेत्र उनसे उत्पन्न किया जा सकता है, क्योंकि ऐसे चुम्बकों में व्यावहारिक रूप से कोई ऊर्जा खपत नहीं होती है। प्रत्येक चुंबक का कुल वजन 3.5 टन और लंबाई 14.3 मीटर है।
किसी भी भौतिक वस्तु की तरह, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर गर्मी उत्पन्न करता है। इसलिए इसे लगातार ठंडा करना चाहिए। इसे प्राप्त करने के लिए, 12 मिलियन लीटर तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके तापमान 1.7 K पर बनाए रखा जाता है। इसके अलावा, ठंडा करने के लिए 700 हजार लीटर का उपयोग किया जाता है, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि एक दबाव का उपयोग किया जाता है जो सामान्य वायुमंडलीय दबाव से दस गुना कम है।
सेल्सियस पैमाने पर 1.7 K का तापमान -271 डिग्री है। यह तापमान किसी भौतिक शरीर की न्यूनतम संभव सीमा के लगभग करीब है।
सुरंग के अंदर का हिस्सा भी कम दिलचस्प नहीं है. सुपरकंडक्टिंग क्षमताओं वाले नाइओबियम-टाइटेनियम केबल हैं। इनकी लंबाई 7600 किलोमीटर है। केबलों का कुल वजन 1200 टन है। केबल के अंदर 6,300 तारों की बुनाई है जिसकी कुल दूरी 1.5 अरब किलोमीटर है। यह लंबाई 10 खगोलीय इकाइयों के बराबर है। उदाहरण के लिए, ऐसी 10 इकाइयों के बराबर है।
यदि हम इसकी भौगोलिक स्थिति के बारे में बात करते हैं, तो हम कह सकते हैं कि कोलाइडर के छल्ले फ्रांसीसी पक्ष पर स्थित सेंट-जेनिस और फोर्नी-वोल्टेयर शहरों के साथ-साथ स्विस पक्ष पर मेयरिन और वेसोरात के बीच स्थित हैं। पीएस नामक एक छोटी अंगूठी सीमा के व्यास के साथ चलती है।
अस्तित्व का अर्थ
इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए कि "हैड्रॉन कोलाइडर किसके लिए है," आपको वैज्ञानिकों की ओर रुख करने की आवश्यकता है। कई वैज्ञानिकों का कहना है कि यह विज्ञान के पूरे इतिहास में सबसे बड़ा आविष्कार है, और इसके बिना, विज्ञान, जैसा कि हम आज जानते हैं, का कोई मतलब ही नहीं है। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का अस्तित्व और प्रक्षेपण दिलचस्प है क्योंकि जब हैड्रॉन कोलाइडर में कण टकराते हैं तो विस्फोट होता है। सभी छोटे-छोटे कण अलग-अलग दिशाओं में बिखरते हैं। नए कण बनते हैं जो कई चीजों के अस्तित्व और अर्थ को समझा सकते हैं।
वैज्ञानिकों ने इन दुर्घटनाग्रस्त कणों में सबसे पहले जिस चीज को खोजने की कोशिश की, वह भौतिक विज्ञानी पीटर हिग्स द्वारा सैद्धांतिक रूप से अनुमानित प्राथमिक कण था, जिसे यह अद्भुत कण कहा जाता है, यह जानकारी का वाहक है, ऐसा माना जाता है। इसे आमतौर पर "ईश्वर का कण" भी कहा जाता है। इसकी खोज वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड को समझने के करीब लाएगी। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 2012 में, 4 जुलाई को, हैड्रॉन कोलाइडर (इसका प्रक्षेपण आंशिक रूप से सफल रहा था) ने एक समान कण की खोज में मदद की थी। आज वैज्ञानिक इसका और अधिक विस्तार से अध्ययन करने का प्रयास कर रहे हैं।
कितनी देर...
बेशक, सवाल तुरंत उठता है: वैज्ञानिक इतने लंबे समय से इन कणों का अध्ययन क्यों कर रहे हैं? अगर आपके पास कोई डिवाइस है तो आप उसे चला सकते हैं और हर बार ज्यादा से ज्यादा डेटा ले सकते हैं। तथ्य यह है कि हैड्रॉन कोलाइडर का संचालन एक महंगा प्रस्ताव है। एक लॉन्च में बहुत सारा पैसा खर्च होता है। उदाहरण के लिए, वार्षिक ऊर्जा खपत 800 मिलियन kWh है। औसत मानकों के अनुसार, लगभग 100 हजार लोगों की आबादी वाला शहर ऊर्जा की इतनी मात्रा की खपत करता है। और इसमें रखरखाव लागत शामिल नहीं है. दूसरा कारण यह है कि हैड्रॉन कोलाइडर में, जब प्रोटॉन टकराते हैं तो जो विस्फोट होता है, वह बड़ी मात्रा में डेटा प्राप्त करने से जुड़ा होता है: कंप्यूटर इतनी अधिक जानकारी पढ़ते हैं कि इसे संसाधित करने में बहुत समय लगता है। हालाँकि सूचना प्राप्त करने वाले कंप्यूटरों की शक्ति आज के मानकों से भी बहुत बढ़िया है।
अगला कारण भी कम प्रसिद्ध नहीं है। इस दिशा में कोलाइडर के साथ काम करने वाले वैज्ञानिकों को विश्वास है कि पूरे ब्रह्मांड का दृश्यमान स्पेक्ट्रम केवल 4% है। यह माना जाता है कि शेष डार्क मैटर और डार्क एनर्जी हैं। वे प्रयोगात्मक रूप से यह सिद्ध करने का प्रयास कर रहे हैं कि यह सिद्धांत सही है।
हैड्रॉन कोलाइडर: पक्ष या विपक्ष में
डार्क मैटर के प्रस्तावित सिद्धांत ने हैड्रॉन कोलाइडर की सुरक्षा पर संदेह पैदा कर दिया है। सवाल उठा: "हैड्रॉन कोलाइडर: पक्ष में या विपक्ष में?" उन्होंने कई वैज्ञानिकों को चिंतित कर दिया. दुनिया के सभी महान दिमागों को दो श्रेणियों में बांटा गया है। "विरोधियों" ने एक दिलचस्प सिद्धांत सामने रखा कि यदि ऐसा पदार्थ मौजूद है, तो उसके विपरीत एक कण होना चाहिए। और जब एक्सीलेटर में कण टकराते हैं तो एक काला हिस्सा दिखाई देता है. यह ख़तरा था कि अँधेरा भाग और वह भाग जो हम देखते हैं, टकरा जाएँगे। तब इससे संपूर्ण ब्रह्मांड की मृत्यु हो सकती है। हालाँकि, हैड्रॉन कोलाइडर के पहले प्रक्षेपण के बाद, यह सिद्धांत आंशिक रूप से टूट गया था।
इसके बाद महत्व आता है ब्रह्मांड का विस्फोट, या यूं कहें कि जन्म। ऐसा माना जाता है कि टकराव के दौरान यह देखना संभव है कि ब्रह्मांड ने अपने अस्तित्व के पहले सेकंड में कैसा व्यवहार किया था। बिग बैंग की उत्पत्ति के बाद यह जिस तरह से दिखता था। ऐसा माना जाता है कि कणों के टकराव की प्रक्रिया बिल्कुल वैसी ही है जैसी ब्रह्मांड की शुरुआत में हुई थी।
एक और समान रूप से शानदार विचार जिसका परीक्षण वैज्ञानिक कर रहे हैं वह है विदेशी मॉडल। यह अविश्वसनीय लगता है, लेकिन एक सिद्धांत है जो बताता है कि हमारे जैसे लोगों के साथ अन्य आयाम और ब्रह्मांड भी हैं। और अजीब बात है, त्वरक यहाँ भी मदद कर सकता है।
सीधे शब्दों में कहें तो त्वरक का उद्देश्य यह समझना है कि ब्रह्मांड क्या है, इसकी रचना कैसे हुई, और कणों और संबंधित घटनाओं के बारे में सभी मौजूदा सिद्धांतों को सिद्ध या अस्वीकृत करना है। बेशक, इसमें वर्षों लगेंगे, लेकिन प्रत्येक प्रक्षेपण के साथ नई खोजें सामने आती हैं जो विज्ञान की दुनिया में क्रांति ला देती हैं।
त्वरक के बारे में तथ्य
हर कोई जानता है कि एक त्वरक कणों को प्रकाश की गति के 99% तक तेज कर देता है, लेकिन बहुत से लोग नहीं जानते कि यह प्रतिशत प्रकाश की गति का 99.9999991% है। उत्तम डिज़ाइन और शक्तिशाली त्वरण चुम्बकों की बदौलत यह अद्भुत आकृति समझ में आती है। ध्यान देने योग्य कुछ कम ज्ञात तथ्य भी हैं।
दो मुख्य डिटेक्टरों में से प्रत्येक से आने वाली लगभग 100 मिलियन डेटा स्ट्रीम कुछ ही सेकंड में 100,000 से अधिक सीडी-रोम भर सकती हैं। केवल एक महीने में, डिस्क की संख्या इतनी ऊंचाई तक पहुंच जाएगी कि यदि उन्हें ढेर कर दिया जाए, तो वे चंद्रमा तक पहुंचने के लिए पर्याप्त होंगी। इसलिए, डिटेक्टरों से आने वाले सभी डेटा को इकट्ठा करने का निर्णय नहीं लिया गया, बल्कि केवल उन डेटा को इकट्ठा करने की अनुमति दी जाएगी जिन्हें डेटा संग्रह प्रणाली द्वारा उपयोग करने की अनुमति दी जाएगी, जो वास्तव में प्राप्त डेटा के लिए फ़िल्टर के रूप में कार्य करता है। विस्फोट के समय हुई केवल 100 घटनाओं को रिकॉर्ड करने का निर्णय लिया गया। इन घटनाओं को लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर कंप्यूटर सेंटर के संग्रह में दर्ज किया जाएगा, जो कण भौतिकी के लिए यूरोपीय प्रयोगशाला में स्थित है, जो त्वरक का स्थान भी है। जो दर्ज किया जाएगा वह वे घटनाएँ नहीं होंगी जो दर्ज की गई थीं, बल्कि वे घटनाएँ होंगी जो वैज्ञानिक समुदाय के लिए सबसे अधिक रुचिकर होंगी।
प्रोसेसिंग के बाद
एक बार रिकॉर्ड करने के बाद, सैकड़ों किलोबाइट डेटा संसाधित किया जाएगा। इस प्रयोजन के लिए, CERN में स्थित दो हजार से अधिक कंप्यूटरों का उपयोग किया जाता है। इन कंप्यूटरों का कार्य प्राथमिक डेटा को संसाधित करना और उससे एक डेटाबेस बनाना है जो आगे के विश्लेषण के लिए सुविधाजनक होगा। इसके बाद, उत्पन्न डेटा प्रवाह GRID कंप्यूटर नेटवर्क पर भेजा जाएगा। यह इंटरनेट नेटवर्क दुनिया भर के विभिन्न संस्थानों में स्थित हजारों कंप्यूटरों को एकजुट करता है और तीन महाद्वीपों पर स्थित सौ से अधिक बड़े केंद्रों को जोड़ता है। ऐसे सभी केंद्र अधिकतम डेटा ट्रांसफर गति के लिए फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करके सीईआरएन से जुड़े हुए हैं।
तथ्यों के बारे में बोलते हुए, हमें संरचना के भौतिक संकेतकों का भी उल्लेख करना चाहिए। त्वरक सुरंग क्षैतिज तल से 1.4% विचलित है। यह मुख्य रूप से अधिकांश त्वरक सुरंग को एक अखंड चट्टान में रखने के लिए किया गया था। इस प्रकार, विपरीत पक्षों पर प्लेसमेंट की गहराई अलग-अलग होती है। अगर हम जिनेवा के पास स्थित झील के किनारे से गिनती करें तो गहराई 50 मीटर होगी। विपरीत भाग की गहराई 175 मीटर है।
दिलचस्प बात यह है कि चंद्र चरण त्वरक को प्रभावित करते हैं। ऐसा लगेगा कि इतनी दूर की वस्तु इतनी दूरी पर कैसे प्रभाव डाल सकती है। हालाँकि, यह देखा गया है कि पूर्णिमा के दौरान, जब ज्वार आता है, तो जिनेवा क्षेत्र में भूमि 25 सेंटीमीटर तक ऊपर उठ जाती है। इससे कोलाइडर की लंबाई प्रभावित होती है। इससे लंबाई 1 मिलीमीटर बढ़ जाती है और बीम ऊर्जा भी 0.02% बदल जाती है। चूँकि किरण ऊर्जा को 0.002% तक नियंत्रित किया जाना चाहिए, शोधकर्ताओं को इस घटना को ध्यान में रखना चाहिए।
यह भी दिलचस्प है कि कोलाइडर सुरंग का आकार एक अष्टकोण का है, न कि एक वृत्त का, जैसा कि कई लोग कल्पना करते हैं। कोने छोटे खंडों द्वारा बनाए जाते हैं। उनमें स्थापित डिटेक्टर होते हैं, साथ ही एक प्रणाली भी होती है जो त्वरित कणों की किरण को नियंत्रित करती है।
संरचना
हैड्रॉन कोलाइडर, जिसके प्रक्षेपण में बहुत सारे हिस्से शामिल हैं और वैज्ञानिकों के बीच बहुत उत्साह है, एक अद्भुत उपकरण है। संपूर्ण त्वरक में दो रिंग होते हैं। छोटी अंगूठी को प्रोटॉन सिन्क्रोट्रॉन या, इसके संक्षिप्ताक्षरों का उपयोग करने के लिए, पीएस कहा जाता है। बड़ी अंगूठी सुपर प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन या एसपीएस है। साथ में, दो छल्ले भागों को प्रकाश की गति के 99.9% तक तेज करने की अनुमति देते हैं। साथ ही, कोलाइडर प्रोटॉन की ऊर्जा को भी बढ़ाता है, जिससे उनकी कुल ऊर्जा 16 गुना बढ़ जाती है। यह कणों को लगभग 30 मिलियन बार/सेकंड एक दूसरे से टकराने की अनुमति भी देता है। 10 घंटे के अंदर. 4 मुख्य डिटेक्टरों से प्रति सेकंड कम से कम 100 टेराबाइट्स डिजिटल डेटा प्राप्त होता है। डेटा प्राप्त करना व्यक्तिगत कारकों द्वारा निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, वे प्राथमिक कणों का पता लगा सकते हैं जिनमें नकारात्मक विद्युत चार्ज होता है और आधा स्पिन भी होता है। चूँकि ये कण अस्थिर हैं, इसलिए इनका प्रत्यक्ष पता लगाना असंभव है; केवल उनकी ऊर्जा का पता लगाना संभव है, जो किरण अक्ष पर एक निश्चित कोण पर उत्सर्जित होगी। इस चरण को प्रथम प्रक्षेपण स्तर कहा जाता है। इस चरण की निगरानी 100 से अधिक विशेष डेटा प्रोसेसिंग बोर्डों द्वारा की जाती है, जिनमें अंतर्निहित कार्यान्वयन तर्क होता है। कार्य के इस भाग की विशेषता यह है कि डेटा अधिग्रहण की अवधि के दौरान, प्रति सेकंड डेटा के 100 हजार से अधिक ब्लॉक चुने जाते हैं। फिर इस डेटा का उपयोग विश्लेषण के लिए किया जाएगा, जो उच्च स्तरीय तंत्र का उपयोग करके होता है।
इसके विपरीत, अगले स्तर के सिस्टम सभी डिटेक्टर थ्रेड्स से जानकारी प्राप्त करते हैं। डिटेक्टर सॉफ्टवेयर एक नेटवर्क पर चलता है। वहां यह डेटा के बाद के ब्लॉक को संसाधित करने के लिए बड़ी संख्या में कंप्यूटर का उपयोग करेगा, ब्लॉक के बीच का औसत समय 10 माइक्रोसेकंड है। प्रोग्राम को मूल बिंदुओं के अनुरूप कण चिह्न बनाने होंगे। परिणाम डेटा का एक उत्पन्न सेट होगा जिसमें आवेग, ऊर्जा, प्रक्षेपवक्र और अन्य शामिल होंगे जो एक घटना के दौरान उत्पन्न हुए थे।
त्वरक भाग
संपूर्ण त्वरक को 5 मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है:
1) इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर त्वरक। इस भाग में अतिचालक गुणों वाले लगभग 7 हजार चुम्बक शामिल हैं। उनकी मदद से, किरण को एक गोलाकार सुरंग के माध्यम से निर्देशित किया जाता है। वे किरण को एक धारा में भी केंद्रित करते हैं, जिसकी चौड़ाई एक बाल की चौड़ाई तक कम हो जाती है।
2) कॉम्पैक्ट म्यूऑन सोलनॉइड। यह एक सामान्य प्रयोजन डिटेक्टर है. ऐसे डिटेक्टर का उपयोग नई घटनाओं की खोज के लिए किया जाता है और, उदाहरण के लिए, हिग्स कणों की खोज के लिए किया जाता है।
3) एलएचसीबी डिटेक्टर। इस उपकरण का महत्व क्वार्क और उनके विपरीत कणों - एंटीक्वार्क की खोज करना है।
4) टोरॉयडल इंस्टालेशन एटलस। यह डिटेक्टर म्यूऑन का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
5) ऐलिस. यह डिटेक्टर लेड आयन टकराव और प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव को पकड़ता है।
हैड्रॉन कोलाइडर को लॉन्च करते समय समस्याएँ
इस तथ्य के बावजूद कि उच्च प्रौद्योगिकी की उपस्थिति त्रुटियों की संभावना को समाप्त करती है, व्यवहार में सब कुछ अलग है। त्वरक के संयोजन के दौरान देरी और विफलताएँ हुईं। कहना होगा कि यह स्थिति अप्रत्याशित नहीं थी. इस उपकरण में इतनी सारी बारीकियाँ हैं और इतनी सटीकता की आवश्यकता है कि वैज्ञानिकों को इसी तरह के परिणामों की उम्मीद थी। उदाहरण के लिए, प्रक्षेपण के दौरान वैज्ञानिकों को जिन समस्याओं का सामना करना पड़ा उनमें से एक चुंबक की विफलता थी जिसने टकराव से ठीक पहले प्रोटॉन किरणों पर ध्यान केंद्रित किया था। यह गंभीर दुर्घटना चुंबक द्वारा अतिचालकता के नुकसान के कारण बन्धन के हिस्से के नष्ट होने के कारण हुई थी।
यह समस्या 2007 में हुई थी. इस वजह से, कोलाइडर का प्रक्षेपण कई बार स्थगित किया गया, और लगभग एक साल बाद जून में ही प्रक्षेपण हुआ;
कोलाइडर का नवीनतम प्रक्षेपण सफल रहा, जिसने कई टेराबाइट डेटा एकत्र किया।
हैड्रॉन कोलाइडर, जिसे 5 अप्रैल 2015 को लॉन्च किया गया था, सफलतापूर्वक काम कर रहा है। एक महीने के दौरान, बीमों को रिंग के चारों ओर घुमाया जाएगा, जिससे धीरे-धीरे उनकी शक्ति बढ़ेगी। वैसे अध्ययन का कोई प्रयोजन नहीं है। किरण टकराव ऊर्जा में वृद्धि होगी. मूल्य 7 TeV से बढ़ाकर 13 TeV कर दिया जाएगा। इस तरह की वृद्धि हमें कणों के टकराव में नई संभावनाएं देखने की अनुमति देगी।
2013 और 2014 में सुरंगों, त्वरक, डिटेक्टरों और अन्य उपकरणों का गंभीर तकनीकी निरीक्षण हुआ। परिणाम सुपरकंडक्टिंग फ़ंक्शन वाले 18 द्विध्रुवी चुंबक थे। गौरतलब है कि इनकी कुल संख्या 1232 पीस है. हालाँकि, शेष चुम्बकों पर किसी का ध्यान नहीं गया। बाकी में, शीतलन सुरक्षा प्रणालियाँ बदल दी गईं और बेहतर प्रणालियाँ स्थापित की गईं। चुंबकीय शीतलन प्रणाली में भी सुधार किया गया है। यह उन्हें अधिकतम शक्ति पर कम तापमान पर रहने की अनुमति देता है।
अगर सब कुछ ठीक रहा तो एक्सेलेरेटर का अगला लॉन्च तीन साल बाद ही होगा। इस अवधि के बाद, कोलाइडर में सुधार और तकनीकी रूप से निरीक्षण करने के लिए नियोजित कार्य की योजना बनाई गई है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मरम्मत में लागत को ध्यान में न रखते हुए काफी पैसा खर्च होता है। 2010 तक हैड्रॉन कोलाइडर की कीमत 7.5 बिलियन यूरो थी। यह आंकड़ा पूरी परियोजना को विज्ञान के इतिहास की सबसे महंगी परियोजनाओं की सूची में पहले स्थान पर रखता है।
ग्रह के कई सामान्य निवासी स्वयं से यह प्रश्न पूछते हैं कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है। अधिकांश लोगों के लिए समझ से परे वैज्ञानिक अनुसंधान, जिस पर कई अरब यूरो खर्च किए गए हैं, सावधानी और चिंता का कारण बनता है।
शायद यह बिल्कुल भी शोध नहीं है, बल्कि टाइम मशीन का एक प्रोटोटाइप या विदेशी प्राणियों के टेलीपोर्टेशन के लिए एक पोर्टल है जो मानवता के भाग्य को बदल सकता है? सबसे शानदार और भयानक अफवाहें फैल रही हैं। इस लेख में हम यह समझने की कोशिश करेंगे कि हैड्रॉन कोलाइडर क्या है और इसे क्यों बनाया गया।
मानवता के लिए एक महत्वाकांक्षी परियोजना
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर वर्तमान में ग्रह पर सबसे शक्तिशाली कण त्वरक है। यह स्विट्जरलैंड और फ्रांस की सीमा पर स्थित है। अधिक सटीक रूप से, इसके नीचे: 100 मीटर की गहराई पर लगभग 27 किलोमीटर लंबी त्वरक की एक रिंग सुरंग स्थित है। 10 बिलियन डॉलर से अधिक मूल्य की प्रायोगिक साइट का मालिक यूरोपीय परमाणु अनुसंधान केंद्र है।
भारी मात्रा में संसाधन और हजारों परमाणु भौतिक विज्ञानी प्रोटॉन और भारी लेड आयनों को अलग-अलग दिशाओं में प्रकाश की गति तक बढ़ाने और फिर उन्हें एक-दूसरे से टकराने में व्यस्त हैं। सीधी बातचीत के परिणामों का सावधानीपूर्वक अध्ययन किया जाता है।
एक नया कण त्वरक बनाने का प्रस्ताव 1984 में वापस आया। दस वर्षों से इस बात पर विभिन्न चर्चाएँ होती रही हैं कि हैड्रॉन कोलाइडर कैसा होगा और इतने बड़े पैमाने पर अनुसंधान परियोजना की आवश्यकता क्यों है। तकनीकी समाधान की बारीकियों और आवश्यक स्थापना मापदंडों पर चर्चा के बाद ही परियोजना को मंजूरी दी गई। निर्माण केवल 2001 में शुरू हुआ, इसे रखने के लिए पूर्व कण त्वरक - बड़े इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर का उपयोग किया गया।
हमें लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है?
प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया को विभिन्न तरीकों से वर्णित किया गया है। सापेक्षता का सिद्धांत क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के साथ संघर्ष करता है। प्राथमिक कणों की संरचना के लिए एक एकीकृत दृष्टिकोण प्राप्त करने में गायब लिंक क्वांटम गुरुत्व का सिद्धांत बनाने की असंभवता है। यही कारण है कि एक उच्च-शक्ति वाले हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता है।
कणों के टकराव की कुल ऊर्जा 14 टेराइलेक्ट्रॉनवोल्ट है, जिससे यह उपकरण आज दुनिया में मौजूद किसी भी उपकरण की तुलना में काफी अधिक शक्तिशाली त्वरक बन जाता है। ऐसे प्रयोगों का संचालन करके जो पहले तकनीकी कारणों से असंभव थे, वैज्ञानिक संभवतः माइक्रोवर्ल्ड के मौजूदा सिद्धांतों का दस्तावेजीकरण करने या उनका खंडन करने में सक्षम होंगे।
सीसे के नाभिक की टक्कर के दौरान बनने वाले क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा का अध्ययन करने से मजबूत अंतःक्रियाओं का एक अधिक उन्नत सिद्धांत बनाना संभव हो जाएगा, जो परमाणु भौतिकी और तारकीय अंतरिक्ष को मौलिक रूप से बदल सकता है।
हिग्स बॉसन
1960 में, स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी पीटर हिग्स ने हिग्स फील्ड सिद्धांत विकसित किया, जिसके अनुसार इस क्षेत्र में प्रवेश करने वाले कण क्वांटम प्रभावों के अधीन होते हैं, जिन्हें भौतिक दुनिया में किसी वस्तु के द्रव्यमान के रूप में देखा जा सकता है।
यदि प्रयोगों के दौरान स्कॉटिश परमाणु भौतिक विज्ञानी के सिद्धांत की पुष्टि करना और हिग्स बोसोन (क्वांटम) खोजना संभव है, तो यह घटना पृथ्वी के निवासियों के विकास के लिए एक नया प्रारंभिक बिंदु बन सकती है।
और गुरुत्वाकर्षण के खोजे गए नियंत्रण तकनीकी प्रगति के विकास के लिए सभी दृश्यमान संभावनाओं से कई गुना अधिक होंगे। इसके अलावा, उन्नत वैज्ञानिक हिग्स बोसोन की उपस्थिति में नहीं, बल्कि इलेक्ट्रोवीक समरूपता को तोड़ने की प्रक्रिया में अधिक रुचि रखते हैं।
वह कैसे काम करता है
प्रयोगात्मक कणों को सतह के लिए अकल्पनीय गति तक पहुंचने के लिए, निर्वात में लगभग बराबर, उन्हें धीरे-धीरे तेज किया जाता है, हर बार ऊर्जा में वृद्धि होती है।
रैखिक त्वरक पहले लीड आयनों और प्रोटॉन को इंजेक्ट करते हैं, जिन्हें फिर चरणबद्ध त्वरण के अधीन किया जाता है। कण बूस्टर के माध्यम से प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉन में प्रवेश करते हैं, जहां उन्हें 28 GeV का चार्ज प्राप्त होता है।
अगले चरण में, कण सुपर-सिंक्रोट्रॉन में प्रवेश करते हैं, जहां उनकी चार्ज ऊर्जा 450 GeV तक बढ़ जाती है। ऐसे संकेतकों तक पहुंचने के बाद, कण मुख्य बहु-किलोमीटर रिंग में गिरते हैं, जहां विशेष रूप से स्थित टकराव स्थलों पर, डिटेक्टर प्रभाव के क्षण को विस्तार से रिकॉर्ड करते हैं।
टकराव के दौरान सभी प्रक्रियाओं को रिकॉर्ड करने में सक्षम डिटेक्टरों के अलावा, त्वरक में प्रोटॉन बंच रखने के लिए 1625 सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट का उपयोग किया जाता है। इनकी कुल लंबाई 22 किलोमीटर से अधिक है। -271 डिग्री सेल्सियस का तापमान प्राप्त करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया। ऐसे प्रत्येक चुंबक की कीमत एक मिलियन यूरो आंकी गई है।
अंत साधन को उचित ठहराता है
ऐसे महत्वाकांक्षी प्रयोगों को अंजाम देने के लिए सबसे शक्तिशाली हैड्रॉन कोलाइडर का निर्माण किया गया। कई वैज्ञानिक निर्विवाद खुशी के साथ मानवता को बताते हैं कि अरबों डॉलर की वैज्ञानिक परियोजना की आवश्यकता क्यों है। सच है, नई वैज्ञानिक खोजों के मामले में, सबसे अधिक संभावना है, उन्हें विश्वसनीय रूप से वर्गीकृत किया जाएगा।
आप निश्चित रूप से भी कह सकते हैं. इसकी पुष्टि सभ्यता के संपूर्ण इतिहास से होती है। जब पहिये का आविष्कार हुआ, तो मानवता ने धातु विज्ञान में महारत हासिल कर ली - हैलो, बंदूकें और बंदूकें!
आज सभी सबसे आधुनिक विकास विकसित देशों के सैन्य-औद्योगिक परिसरों की संपत्ति बन रहे हैं, लेकिन संपूर्ण मानवता की नहीं। जब वैज्ञानिकों ने परमाणु को विभाजित करना सीखा, तो सबसे पहले क्या आया? हालाँकि, जापान में लाखों लोगों की मौत के बाद भी परमाणु रिएक्टर बिजली उपलब्ध करा रहे हैं। हिरोशिमा के निवासी स्पष्ट रूप से वैज्ञानिक प्रगति के ख़िलाफ़ थे, जिसने उनसे और उनके बच्चों से आने वाला कल छीन लिया।
तकनीकी विकास लोगों का उपहास जैसा लगता है, क्योंकि इसमें लोग जल्द ही सबसे कमजोर कड़ी बन जायेंगे। विकासवाद के सिद्धांत के अनुसार, प्रणाली विकसित होती है और मजबूत होती है, अपने कमजोर बिंदुओं से छुटकारा पाती है। जल्द ही ऐसा हो सकता है कि प्रौद्योगिकी में सुधार की दुनिया में हमारे पास कोई जगह नहीं बचेगी। इसलिए, सवाल "लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की अभी आवश्यकता क्यों है" वास्तव में निष्क्रिय जिज्ञासा नहीं है, क्योंकि यह पूरी मानवता के भाग्य के लिए डर के कारण होता है।
ऐसे प्रश्न जिनका उत्तर नहीं दिया गया है
यदि ग्रह पर लाखों लोग भूख और असाध्य, और कभी-कभी इलाज योग्य बीमारियों से मर रहे हैं, तो हमें एक बड़े हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है? क्या वह इस बुराई को दूर करने में मदद करेगा? मानवता को हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है, जो प्रौद्योगिकी के सभी विकास के बावजूद, सौ वर्षों से कैंसर से सफलतापूर्वक लड़ने का तरीका नहीं सीख पाया है? या शायद इलाज का रास्ता खोजने की तुलना में महँगी चिकित्सा सेवाएँ प्रदान करना अधिक लाभदायक है? वर्तमान विश्व व्यवस्था और नैतिक विकास को देखते हुए, मानव जाति के केवल कुछ मुट्ठी भर प्रतिनिधियों को वास्तव में एक बड़े हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता है। किसी के जीवन और स्वास्थ्य पर हमलों से मुक्त दुनिया में रहने के अधिकार के लिए लगातार लड़ाई लड़ते हुए, ग्रह की पूरी आबादी को इसकी आवश्यकता क्यों है? इतिहास इस विषय पर मौन है...
वैज्ञानिक सहयोगियों की चिंताएँ
वैज्ञानिक समुदाय के अन्य प्रतिनिधि भी हैं जिन्होंने परियोजना की सुरक्षा के बारे में गंभीर चिंता व्यक्त की है। इस बात की बहुत अधिक संभावना है कि वैज्ञानिक जगत अपने प्रयोगों में, अपने सीमित ज्ञान के कारण, उन प्रक्रियाओं पर नियंत्रण खो सकता है जिनका ठीक से अध्ययन भी नहीं किया गया है।
यह दृष्टिकोण युवा रसायनज्ञों के प्रयोगशाला प्रयोगों की याद दिलाता है - सब कुछ मिलाएं और देखें कि क्या होता है। अंतिम उदाहरण एक प्रयोगशाला विस्फोट में समाप्त हो सकता है। क्या होगा यदि ऐसी "सफलता" हैड्रॉन कोलाइडर को मिले?
पृथ्वीवासियों को अनुचित जोखिम की आवश्यकता क्यों है, खासकर जब से प्रयोगकर्ता पूरे विश्वास के साथ यह नहीं कह सकते हैं कि कणों के टकराव की प्रक्रिया, जिससे हमारे तारे के तापमान से 100 हजार गुना अधिक तापमान का निर्माण होता है, पूरे पदार्थ की श्रृंखला प्रतिक्रिया का कारण नहीं बनेगी। ग्रह का?! या वे स्विट्ज़रलैंड या फ़्रेंच रिवेरा के पहाड़ों में छुट्टियों को घातक रूप से बर्बाद करने में सक्षम कुछ कहेंगे...
सूचना तानाशाही
जब मानवता कम जटिल समस्याओं का समाधान नहीं कर सकती तो लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है? वैकल्पिक राय को दबाने का प्रयास केवल घटनाओं के पाठ्यक्रम की अप्रत्याशितता की संभावना की पुष्टि करता है।
संभवतः, जहाँ मनुष्य पहली बार प्रकट हुआ, वहाँ यह दोहरी विशेषता उसमें अंतर्निहित थी - एक ही समय में अच्छा करना और खुद को नुकसान पहुँचाना। शायद हैड्रॉन कोलाइडर हमें जो खोजें देगा, वे हमें उत्तर देंगी? इस जोखिम भरे प्रयोग की आवश्यकता क्यों पड़ी, इसका निर्णय हमारे वंशज करेंगे।
निश्चित रूप से पृथ्वी पर लगभग हर व्यक्ति ने कम से कम एक बार लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के बारे में सुना है। लेकिन, इस तथ्य के बावजूद कि कई लोगों ने इसके बारे में सुना है, बहुत कम लोग समझते हैं कि हैड्रॉन कोलाइडर क्या है, इसका उद्देश्य क्या है, हैड्रॉन कोलाइडर का सार क्या है। आज के अपने आर्टिकल में हम इन्हीं सवालों के जवाब देंगे.
हैड्रॉन कोलाइडर क्या है?
मूलतः, हैड्रॉन कोलाइडर एक जटिल कण त्वरक है। इसकी मदद से, भौतिक विज्ञानी प्रोटॉन और भारी आयनों को गति देने में कामयाब होते हैं। प्रारंभ में, हैड्रॉन कोलाइडर को मायावी प्राथमिक कण के अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए बनाया गया था, जिसे भौतिक विज्ञानी कभी-कभी मजाक में "गॉड पार्टिकल" कहते हैं। और हाँ, इस कण के अस्तित्व की पुष्टि प्रायोगिक तौर पर एक कोलाइडर का उपयोग करके की गई थी, और इसके खोजकर्ता पीटर हिग्स को स्वयं इसके लिए 2013 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला था।
बेशक, मामला केवल हिग्स बोसोन तक ही सीमित नहीं था, इसके अलावा भौतिकविदों को कुछ अन्य प्राथमिक कण भी मिले। अब आप इस प्रश्न का उत्तर जानते हैं कि हैड्रॉन कोलाइडर की आवश्यकता क्यों है।
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर क्या है?
सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर कहीं से प्रकट नहीं हुआ, बल्कि अपने पूर्ववर्ती - लार्ज इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर के विकास के रूप में प्रकट हुआ, जो 27 किलोमीटर की भूमिगत सुरंग है, जिसका निर्माण शुरू हुआ 1983 में. 1988 में, रिंग सुरंग बंद हो गई, और दिलचस्प बात यह है कि बिल्डरों ने इस मामले को बहुत सावधानी से उठाया, इतना कि सुरंग के दोनों सिरों के बीच का अंतर केवल 1 सेंटीमीटर था।
हैड्रॉन कोलाइडर सर्किट इस तरह दिखता है।
इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर 2000 तक संचालित होता था और भौतिकी में इसके संचालन के दौरान इसकी मदद से कई खोजें की गईं, जिनमें डब्ल्यू और जेड बोसॉन की खोज और उनके आगे के शोध शामिल थे।
2001 से, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर की साइट पर हैड्रॉन कोलाइडर का निर्माण शुरू हुआ, जो 2007 में पूरा हुआ।
हैड्रॉन कोलाइडर कहाँ स्थित है?
लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर स्विट्जरलैंड और फ्रांस की सीमा पर जिनेवा झील की घाटी में, जिनेवा से केवल 15 किमी दूर स्थित है। और यह 100 मीटर की गहराई पर स्थित है।
हैड्रॉन कोलाइडर का स्थान.
2008 में, इसका पहला परीक्षण यूरोपीय परमाणु अनुसंधान संगठन CERN के संरक्षण में शुरू हुआ, जो वर्तमान में उच्च ऊर्जा भौतिकी के क्षेत्र में दुनिया की सबसे बड़ी प्रयोगशाला है।
हैड्रॉन कोलाइडर किसके लिए है?
इस विशाल कण त्वरक के साथ, भौतिक विज्ञानी पहले से कहीं अधिक गहराई तक पदार्थ में प्रवेश कर सकते हैं। यह सब पुरानी वैज्ञानिक परिकल्पनाओं की पुष्टि करने और नए दिलचस्प सिद्धांत बनाने में मदद करता है। प्राथमिक कण भौतिकी का एक विस्तृत अध्ययन हमें ब्रह्मांड की संरचना और इसकी उत्पत्ति कैसे हुई के बारे में सवालों के जवाब खोजने में मदद करता है।
सूक्ष्म जगत में एक गहरा विसर्जन हमें क्रांतिकारी नए अंतरिक्ष-समय सिद्धांतों की खोज करने की अनुमति देता है, और कौन जानता है, शायद हम समय के रहस्य, हमारी दुनिया के इस चौथे आयाम को भेदने में भी सक्षम होंगे।
हैड्रॉन कोलाइडर कैसे काम करता है?
अब आइए वर्णन करें कि लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर वास्तव में कैसे काम करता है। नाम इसके संचालन के सिद्धांतों के बारे में बताता है, क्योंकि "कोलाइडर" शब्द का अंग्रेजी से अनुवाद "वह जो टकराता है" के रूप में किया गया है। इसका मुख्य कार्य प्राथमिक कणों की टक्कर की व्यवस्था करना है। इसके अलावा, कोलाइडर में कण प्रकाश की गति के करीब गति से उड़ते हैं (और टकराते हैं)। कण टकराव के परिणाम चार मुख्य बड़े डिटेक्टरों द्वारा दर्ज किए जाते हैं: एटलस, सीएमएस, एलिस और एलएचसीबी, और कई सहायक डिटेक्टर।
इस दिलचस्प वीडियो में हैड्रॉन कोलाइडर के संचालन के सिद्धांत को अधिक विस्तार से वर्णित किया गया है।
हैड्रॉन कोलाइडर के खतरे
सामान्य तौर पर, लोग उन चीज़ों से डरते हैं जिन्हें वे समझ नहीं पाते हैं। यह बिल्कुल वही है जो हैड्रॉन कोलाइडर के प्रति दृष्टिकोण और उससे जुड़ी विभिन्न चिंताओं को दर्शाता है। उनमें से सबसे कट्टरपंथी ने व्यक्त किया कि हैड्रॉन कोलाइडर के संभावित विस्फोट की स्थिति में, बहुत अधिक नहीं, थोड़ा नहीं, बल्कि पृथ्वी ग्रह के साथ-साथ पूरी मानवता मर सकती है, जिसे बाद में बनने वाले ग्रह द्वारा निगल लिया जाएगा। विस्फोट। बेशक, पहले ही प्रयोगों से पता चला कि ऐसे डर बच्चों की डरावनी कहानी से ज्यादा कुछ नहीं हैं।
लेकिन कोलाइडर के संचालन के बारे में कुछ गंभीर चिंताएं हाल ही में दिवंगत हुए अंग्रेजी वैज्ञानिक स्टीफन हॉकिंग ने व्यक्त की थीं। इसके अलावा, हॉकिंग की चिंताएँ कोलाइडर से उतनी नहीं जुड़ी हैं, जितनी इसकी मदद से प्राप्त हिग्स बोसोन से हैं। वैज्ञानिक के अनुसार, यह बोसॉन एक अत्यंत अस्थिर सामग्री है और, परिस्थितियों के एक निश्चित संयोजन के परिणामस्वरूप, निर्वात के क्षय और अंतरिक्ष और समय जैसी अवधारणाओं के पूर्ण गायब होने का कारण बन सकता है। लेकिन सब कुछ इतना डरावना नहीं है, क्योंकि हॉकिंग के अनुसार, ऐसा कुछ होने के लिए, पूरे ग्रह के आकार के एक कोलाइडर की आवश्यकता होती है।
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