Báo cáo Vật lí - Đề tài: Từ trường và máy gia tốc hạt

 lầnBiến thiên theo 1 tần số thích hợp Máy gia tốc vòng(Dựa vào cấu tạo và nguyên lý hoạt động)PHÂN THÀNHCYCLOTRONSYNCHROTRONQuỹ đạo của các hạt tích điên là đường xoáy ốc phẳngQuỹ đạo của các hạt tích điện là đường trònCyclotronCyclotron đầu tiên – hoạt động dựa trên nguyên lý gia tốc tuần tự Nhưng do sự tăng khối lượng tương đối tính - sự lệch pha so với điên trường của chùm hạt khi vận tốc tăng. Năng lương tối đa mà chùm hạt nhận được cỡ 10 MeVSynchrocylotron – sử dụng nguyên lý cân bằng pha để khắc phục hạn chế của CyclotronNăng lượng mà chùm hạt có thể đạt được cỡ vài trăm MeVCyclotron cung tập chung – đưa thêm các khung sắt vào máy nhằm cố định tần số quay của ion dù vận tốc và khối lương ion tăng nhanhCó thể gia tốc proton từ 200MeV – 800MeVSynchrocyclotron cân bằng phaCyclotron cung tập chungSynchrotronNhững synchrotron đầu tiên thuộc loại gọi là loại hội tụ yếu – chùm hạt kém hội tụ, tuy nhiên năng lượng cao nhất mà máy gia tốc này tạo ra là 12.5GeV – (Zero Gradient Synchrotron)(Máy gia tốc quỹ đạo tròn sử dụng từ trường biến thiên )Synchrotron gradient xen kẽ đầu tiên gia tốc các electron lên 1,5 GeV – nó sử dụng các gradient xen kẽ nhằm hội tụ chùm ion tương tự hệ quang học gồm một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kì - Synchrotron tại phòng thí nghiêm CERN ở Geneva, các proton được gia tốc lên 28GeV và tại Brookhaven lên tới 33GeV Synchrotron gradient xen kẽSynchrotron hội tụ yếuVai trò của máy gia tốc hạtTìm hạt cơ bảnMột trong những vai trò hàng đầu của LHC là tìm các đặc trưng của hạt cơ bảnHạt cơ bảnThời gian tồn tạiKhối lượng nghỉĐiện tíchSpinSố lạPhản hạtVai trò của máy gia tốc hạtTìm hạt cơ bảnHạt FermionHạt Gauge BosonCác quarkCác leptonneutronLà hạt cơ bản cấu tạo lên vật chấtprotonVai trò của máy gia tốc hạtPHản vật chấtCấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản hat electron, phản hạt nơtron  Theo lý thuyết, phản vật chất sẽ nổ tung khi gặp vật chất Kết hợp thuyết lượng tử và thuyết tương đối của Albert EinsteinSự tồn tại của phản vật chấtSự tồn tại của phản thiên hà, vũ trụ ảoTại sao vật chất và phản vật chất không bị tự huỷ hoàn toàn sau vụ nổ lớn Big BangGiả thiết khoa họcGiả thiết khoa họcVai trò của máy gia tốc hạtPHản vật chấtMột số bằng chứng về phản vật chất đã được đưa raQuan sát phi đạo các hạt, ta thấy một số cặp phi đạo biến mất ngay khi gặp nhau10/2002 tại CERN các nhà khoa học đã tạo ra phản Hidro từ phản proton và positron, cấu trúc này rất kém bền vững, chỉ tồn tại ở nhiệt độ gần 0 độ K .Lớn hơn nhiệt độ này, ngay lập tức các phản nguyên tử kết hợp với nguyên tử và biến mấtPhản hidroBuồng bọtBubble ChamberVai trò của máy gia tốc hạtTìm hạt higgsTừ mô hình lý thuyết về kiến thức các hạt và lực cơ bản trong tự nhiên (nhằm tạo một chuẩn lý thuyết hạt)Là hạt đặc trưng cho trường Higgs – trường lượng tử( gia thiết khoa học)Sự tồn tại trường lượng tử cung cấp khối lương cho phân tửSự tồn tại hạt Higgs đặc trưng cho trường HiggsGiả thiết khoa họcGiả thiết khoa họcCác nhà khoa học đang hi vọng vào một va cham đủ lớn để phá vỡ cấu trúc hạt, làm xuất hiên Higgs trong máy gia tốcHạt HiggsVai trò của máy gia tốc hạtTìm hạt higgsÝ tưởng về sự tồn tại của hạt Higgs – Hạt tạo ra khối lượngMechanismKhi một electron đi qua một mạng tinh thể nguyên tử điện tích dương, khối lương của electron tăng lên 40 lầnKhi một ngôi sao điện ảnh bước vào một bữa tiệc và bị một đám đông vây quanh, anh ta di chuyển sẽ khiến đám đông kéo theo, làm tăng đông lượng – một dấu hiệu của khối lượngSự liên tưởng đến một trường khối lượng mà một hạt di chuyển trong nó sẽ bị bóp méo một chút – sự truyền khối lượng – trường Higgs – hạt HiggsVai trò của máy gia tốc hạtChứng minh thực nghiệmMáy gia tốc có thể tạo ra một hố đen siêu nhỏ trong thời gian cực ngắnKhi khối lượng tích tụ với mật độ khổng lồ vượt quá một giới hạn nào đóLực hấp dẫn sẽ làm quá trình nén tiếp tục và tạo thành một điểm không gian đặc biệt, giống như lỗ hút của một máy hút bụi công suất caoKết quả là tất cả vật chất đi đến gần nó đều bị hút tụt vào trong, kể cả lượng tử ánh sáng cũng chịu chung số phận. Do vậy điểm kì dị trở nên tối tămLỗ đenThe Black HoleThe Black HoleVai trò của máy gia tốc hạtChứng minh thực nghiệmMáy gia tốc có khả năng tạo ra vật chất tối – loại vật chất không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để thấy được qua kính thiên vănTốc độ quay của các thiên hà và tốc độ quỹ đạo của các thiên hà trong cụm Các kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở các thiên hà và cụm thiên hà Tính không đẳng hướng của bức xạ phông vi sóng vũ trụ Vật chất mà chúng ta nhìn thấy được trong vũ trụ chỉ là một phần nhỏ của tất cả vật chất :phần còn lại là thành phần vật chất tốiVật chất tối ?Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Là máy gia tốc thuộc kiểu Synchrotrons quỹ đạo tròn .Được thiết kế để tạo va cham trực diện giữa các tia Proton với động năng cực lớnLagre Hadron Collider LHC hiên nay là máy gia tốc lớn nhất thế giới, đươc chế tạo bởi CERN. Chu vi của LHC là 26 659 m, sâu 100 m dưới lòng đất . Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Được xây dựng tại khu vực biên giới Pháp - Thụy Sĩ giữa núi Jura và dãy Alps gần Geneve, Thuỵ sĩ .Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Mục đích chínhLà phá vỡ những giới hạn và mặc định của mô hình chuẩn- những lý thuyết cơ bản hiện thời của vật lý hạtHayTrả lời các câu hỏiHướng phát triển của vũ trụ từ đầu đến nay như thế nào?Chúng ta đang sống trong loại vũ trụ nào?Chuyện gì đã xảy ra trong vụ nổ Big Bang?Phản vật chất ở đâu?Tại sao hạt có khối lượng?Vũ trụ chúng ta được tạo ra bởi cái gì?Lagre Hadron Collider ?Mục đíchMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Thiết kếCấu trúc cơ bảnHLC nằm trong một đường hầm vòng tròn chu vi 27kmSâu 50m đến 150m dưới lòng đấtĐường kính hầm 3.8m ,cấu trúc bê tôngTrên mặt công trình có rất nhiều thiết bị hỗ trợ như máy nén, quạt gió, các thiết bị điện tử điều khiển và các thiết bị làm mátMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Thiết kế (TiẾP)Đường hầm HLC chứa hai đường dẫn tia hạt song song sát nhau, giao nhau ở 4 điểm, chính là 4 bộ phân tíchCó 1232 nam châm lưỡng cực để giữ cho các tia đi đúng đường tròn, 392 nam châm tứ cực để giữ cho các tia luôn hội tụ (tổng cộng 1600 nam châm siêu dẫn)Cần 96 tấn heli lỏng để giữ cho các nam châm hoạt động ở 1.9 độ K (thiết bị siêu lạnh nhất thế giới)6 bộ phân tích được xây dựng trong hệ thống LHC gồm ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, TOTEM, LHCf Cấu trúc chi tiếtMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Thiết kế (TiẾP)Các thùng HeliumĐường dẫn tia hạtMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Bộ phân tích(Nằm trong các hang lớn bên dưới mặt đất được đào tại các điểm giao của HLC)Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Bộ phân tíchATLASATLAS - Sử dụng để tìm kiếm các dấu hiệu vật lý học mới, bao gồm nguồn gốc của khối lượng và các chiều phụ trợ ATLAS - dài 46m, cao 25m, rộng 25m, trọng lượng 7000 tấn . Hơn 1700 nhà khoa hoc trên nhiều quốc gia đã làm việc thử nghiệm trên ATLAS(Địa điểm : Meyrin Thuỵ Sĩ)A Toroidal LHC Apparatus Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)CMSBộ phân tíchCMS - sẽ lùng sục các hạt Higgs và tìm kiếm những manh mối về bản chất của vật chất tốiCMS – dài 21m, rộng 15m, cao 15m, nặng 12 500 tấn với sự hơp tác của 2000 nhà khoa hoc (Địa điểm : Cessy Pháp)Compact Muon SolenoidMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Bộ phân tíchALICE – dài 26m, cao 16m, rộng 16m, nặng10 000 tấn, một phối hơp của 1000 nhà khoa học trong công trinh thử nghiêm ALICEALICEALICE - sẽ nghiên cứu một dạng "lỏng" của vật chất gọi là quark gluon plasma, dạng tồn tại rất ngắn sau Vụ nổ lớnĐịa điểm : St Genis-Pouilly, PhápA Large Icon Collider Experiment Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Bộ phân tíchLHCbLHCb – dài 21m, cao 10m, rộng 13m, nặng 5600 tấn, hợp tác khoa học của 560 nhà khoa họcLHCb – so sánh những lượng vật chất và phản vật chất được tạo ra trong Vụ nổ lớn . LHCb sẽ cố gắng tìm hiểu chuyện gì đã xảy ra đối với phản vật chất “bị thất lạc “Địa điểm : Ferney – Voltaire PhápLHC-beautyMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)TOTEMLHCfĐịa điểm :Meyrin – Thuỵ SĩĐịa điểm :Cessy - PhápTOTEM – dài 440m, cao 5m, rộng 5m, nặng 20 tấn, một phối hơp của 50 nhà khoa học từ 10 viện nghiên cứuLHCf – gồm hai máy mỗi máy dài 30cm, cao 80cm, rộng 10cm, nặng 40 kg, phối hơp của 22 nhà khoa học từ 10 viện trong 4 quốc giaTOTEM và LHCf nhỏ hơn nhiều so với các bộ còn lại, chỉ dành cho nghiên cứu chuyên môn đặc biệtBộ phân tíchLHC-forwardMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Vận hànhTrước khi đưa vào bộ gia tốc chính , các hạt được đi qua một hệ thống tuần tự làm tăng năng lượng của chúngĐầu tiênMáy gia tốc hạt tuyến tính Linac 2Máy proton synchrotron boosterMáy proton synchrotronMáy super proton synchrotronSPSPS50 MeV1.4 GeV26 GeVChùm hạtBộ gia tốc chính450 GeVMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Bộ gia tốc chínhVận hànhTừ trường trong ống sẽ tăng từ 0.54 đến 8.3 TeslaTừ trường này sẽ liên tục tắt bật cực nhanh để quay các hạt cho đến khi chúng đạt siêu vận tốc (288000 km/s rất gần vận tốc ánh sáng)Các chùm hạt được gia tốc đến năng lượng 7 TeV. Hai chùm hạt được tăng tốc từ hai hướng đối lập nhau trong ống và cho chúng va đâp vào nhau thì năng lượng va chạm cỡ 14TeVChùm hạtCó khoảng 2808 chùm proton được gia tốc với khoảng cách thời gian từ 75ns đến 25ns (vì thời gian va chạm luôn lớn hơn 25ns)Máy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Vận hành10/9/2008 LHC bắt đầu đi vào hoạt độngTa có thể hình dung mỗi sự va chạm trong LHCĐàn 14 con muỗi sinh ra tức thời trong không gian nhỏ hơn 1/1000 tỉ lần so với cơ thể một con muỗiKHẢ NĂNG CỦA LHCNhét nguồn năng lượng của 7 000 000 000 000 con muỗi vào 1/1000000 diện tích một con muỗi Những cú xốc proton trong máy gia tốc LHC sẽ giải phóng hơi nóng mạnh gấp 100 000 lần hơi nóng của tâm mặt trời và sẽ dò tìm ra hạt Higgs cũng như nhiều kết quả bất ngờ khác mà các nhà khoa học đang mong đợiMáy gia tốc Large Hadron Collider(LHC)Thông tinTổng chi phí cho dự án xây dựng LHC ở mức 3.2 đến 6.4 tỉ Euro, riêng các nam châm siêu dẫn có mức giá khoảng 180 triệu FranceLarge Hadron Collider(LHC)Sự va chạm của các hạt trong lhcTái tạo sự kiện hạt higgs trong cms