مصادم الهدرونات الكبير

مصادم الهدرونات الكبير

مصادم الهدرونات الكبير (بالإنجليزية: Large Hadron Collider) هو آلة علمية تجريبية كبيرة عبارة عن مُعجِّل جسيمات يستخدمه الفيزيائيون لدراسة الجسيمات ما دون الذرية و التى هى وحدات بناء الكون.

يشار إلى هذا المعجل بالأحرف الأولى من اسمه بالإنجليزية LHC و حاليا هو أكبر مُعجِّل جسيمات في العالم يستخدم في مصادمة أشعة بروتونية طاقتها 7 تيرا (7×1310) إلكترون فولت. في جوهره هو أداة علمية تجريبية الهدف منها اختبار صحة فرضيات و حدود النموذج الفيزيائي القياسي الذي يصف الإطار النظري الحالي لفيزياء الجسيمات. أنشأت المصادمَ المنظمة الأوربية للأبحاث النووية (CERN) وهو موجود تحت الأرض قرب جنيف في المنطقة الحدودية مابين سويسرا و فرنسا.

يعد مصادم الهدرونات الكبير أكبر معجلات الجسيمات في العالم حاليا و أعلاها طاقةً[1]، و قد موله و تعاون على بنائه أكثر من ثمانية آلاف فيزيائي من خمسة و ثمانين دولة و مئات من الجامعات و المختبرات، و قد بدأت فكرته في أوائل الثمانينيات و تلقى الموافقة الأولى من مجلس CERN في ديسمبر 1994 و بدأت أعمال الإنشاءات المدنية في أبريل 1998.

بعد تمام التركيبات في المصادم و تبريده إلى درجة حرارته التشغيلية النهائية و هي تقريبا 1.9 ك (-271.25 مئوية)، و بعد أن أجري حقن مبدئي لحزم جسيمات فيما بين 8 و 11 أغسطس 2008[2][3]، جرت المحاولة الأولى لتدوير شعاع في المصادم بأكمله يوم 10 سبتمبر 2008[4] في الساعة 7:30 بتوقيت جرينتش. و المصادمة الأولى عالية الطاقة من المخطط أن تحدث بعد افتتاح المصادم رسميا في 21 أكتوبر 2008[5].

عند تشغيله و بدأ التجارب العملية من المنتظر أن ينتج المصادم الجسيم المخادع بوزون هيغز والذي ستؤدي ملاحظته إلى توكيد تنبؤات و روابط مفقودة في النموذج القياسي و من الممكن أن تفسر كيف تكتسب الجسيمات الأولية خصائص مثل الكتلة. توكيد وجود بوزون هيغز (أو عدمه) سيكون خطوة هامة على طريق البحث عن نظرية التوحيد الكبرى يُقصد منها توحيد ثلاث من القوى الأساسية الأربعة المعروفة و هي الكهرومغناطيسية و النووية القوية و النووية الضعيفة تاركة الجاذبية فقط خارجها، كما قد يعين بوزون هگز على تفسير لماذا يكون الجذب ضعيفا مقارنة بالقوى الأساسية الأحرى. إلى جوار بوزون هگز يمكن أن تنتج جسيمات نظرية أخرى من المخطط البحث عنها، منها الغريبات و الثقوب السوداء الصغروية و الأقطاب المغناطيسية الأحادية و الجسيمات فائقة التناظر.

و قد أثيرت مخاوف حول أمان المصادم من حيث أن تصادمات الجسيمات عالية الطاقة قد تنجم عنها كوارث، منها إنتاج ثقوب سوداء صغروية ثابتة و غريبات، و نتيجة لهذا نشرت عدة تقارير لحساب CERN تلتها أوراق بحثية تؤكد على أمان تجارب مصادمة الجسيمات. إلا أن إحدى الأوراق البحثية نشرت يوم 10 أغسطس 2008 تصل إلى نتيجة معاكسة مفادها أن "في حدود المعرفة العالية يوجد خطر غير محدد من إنتاج ثقوب سوداء صغروية ثابتة في المصادمات"، و تقترح الورقة خطوات يمكن أن تساعد على تقليل الخطر

التصميم التقني

يعتبر هذا المصادم هو الأضخم والأعلى طاقة مصادم لتسريع الجسيمات بالعالم. ويكون في نفق دائري مطوق بمسافة 27 كم (17 ميل) على عمق مابين 50 إلى 175 متر تحت سطح الأرض[6] وبقطر 3.8 امتار، ومغلف بالخرسانة الإسمنتية، تم انشاؤه مابين 1983 و 1988[7]. وقد كان يستخدم سابقا كمخزن لمصادم الكترون-بوزيترون العملاق, ويعبر النفق الحدود السويسرية الفرنسية باربعة اماكن وإن كان معظمها داخل فرنسا. وتحتوي المباني السطحية على المعدات المكملة مثل الضواغط، ومعدات التهوية، ومراقبة الإلكترونات ومصانع التبريد. يحتوي نفق المصادم على حزمة من انبوبين متجاورين، كل منهما يحتوي على حزمة بروتون (والبروتون هو نوع واحد من الهدرون). وكلا الحزمتين تكونا بإتجاهين متعاكسين خلال النفق ويوجد حوالي 1.232 من المغناطيسات ثنائية الإستقطاب (dipole magnet) والتي تبقي الحزمة في الطريق الدائري الصحيح، بينما أضيف لها 392 مغناطيس رباعي التقطيب (Quadrupole magnets) للإبقاء على تركيز الحزمة، ولأجل رفع فرص التفاعل مابين الجسيمات في نقاط التفاعل الأربع، حيث تمر بها الحزمتين. وبالإجمالي تم تركيب أكثر من 1600 مغناطيس شديد التوصيل وبوزن يزيد على 27 طن.

هناك حاجة لحوالي 96 طنا من الهيليوم السائل للإبقاء على درجة حرارة تشغيل المغناطيس (1.9 كالفن) جاعلا من المصادم أكبر وحدة تجميد بالعالم بما تحتوي من سائل الهيليوم المبرد للحرارة[8].

تسرع البروتونات مرة أو مرتان يوميا من 450 جيجا الكترون فولت إلى 7 تيرا الكترون فولت، وسيزداد مجال التوصيل الضخم للمغناطيس الثنائي من 0.54 T إلى 8.3 T.

التكلفة

تقدر التكلفة الاجمالية للمشروع ما بين 3.2 الى 6.4 مليار يورو. تمت الموافقة على البناء فى 1995 بميزانية 1.6 مليار يورو بلاضافة الى 140 مليون يورو لتغطية تكلفة التجارب. ومع ذلك ففى عام 2001 تمت مراجعة التكلفة فتبين انها تخطت ما هو مقدر لها بحوالى 300 مليون يورو للمعجل او المسرع و 30 مليون يورو للتجارب ومع انخفاض ميزانية الوكالة تم تاجيل ميعاد الانتهاء من سنة 2005 الى سنة 2007. تم انفاق 120 مليون يورو من الميزانية المضافة على المغناطيس عالى التوصيل. كما كان هناك العديد من المصاعب الهندسية حدثت اثناء انشاء كهف تحت الارض لمكتشف الجزيئات العام Compact Muon Solenoid.وكان هناك مصاعب اخرى بسبب تقديم اجزاء او معدات بها خلل للوكالة من خلال بعض معامل الابحاث المشاركة مثل معمل ارجونى القومى و معمل فيرمى لاب.

الموارد الحاسوبية

تم انشاء شبكة مصادم الهادرون الكبير للحوسبة او بلانجليزية LHC Computing Grid وذلك للتحكم بالكم الضخم من البيانات التى تنتج من مصادم الهدرونات. وهى تضم خطوط الياف ضوئية محلية بجانب خط انترنت عالى السرعة لمشاركة البيانات بين الوكالة و المعاهد و المعامل على مستوى العالم.

نظام الحوسبة الموزع او بلانجليزية Distributed Computing و اسمة مصادم الهدرونات الكبير@المنزل او بلانجليزية LHC@Home تم العمل فية ليدعم بناء وتقويم المصادم و هو يستخدم نظام بوينك لمحاكة كيفية انتقال الجزيئات فى القناة وبهذة المعلومات سيتمكن العلماء من ضبط المغناطيس للحصول على افضل دوران مستقر للاشعة حول الحلقات فى المصادم

أمان مصادمة الجزيئات

كانت أثيرت مخاوف حول أمان مخطط التجارب التي ستجرى بواسطة المصادم في وسائل الاعلام والمحاكم[9]. و بالرغم من أن تلك المخاوف لا تعدم أسسا علمية نظرية تستند إليها إلا أن التوافق العام في الآراء في المجتمع العلمي هو أنه لا يوجد اي تصور واضح الخطر الناتج عن اصطدام الجسيمات في مصادم الهدرونات الكبير LHC[10].

يقول بعض الخبراء إلى ان تصادم الجزيئات قد ينتج عنه ثقب أسود قد يلتهم الأرض كلها. في حين يشير البعض إلى إمكانية إنتاج المادة الغريبة strangelet التي يمكن أن تلتهم الأرض أيضا. في حين يذهب بعض الخبراء إلى أن التركيبة أو معاملات الكونية ليست في حالة مستقرة و أن هذا الإختبار قد يعطي إشارة الإنتقال نجو حالة أكثر إستقرارا (يشبه تأثير الفراشة) ينقلب جزئ كبير من الكون فيه إلى فراغ أو ما يعرف بال voids أو vacuum bubble.

أما مصادر التخوف الأخرى فهي نشوء أقطاب مغناطيسيية أحاديية magnetic monopoles تسبب في تلاشي البروتونات، إضافة إلى الإشعاعات الكونية المنبعثة عنها. و قد أسست السيرن CERN أي مركز البحوث النووي الوروبي صفحة ترد فيها بشكل مقتضب على هذه المخاوف لكن لا تجزم بعدم إمكانية وقوعها. فأما عن الثقوب السوداء فهي تقول أنها يمكن أن تكون لكن عمرها سيكون من القصر بحيث لا تتمكن من إمتصاص أية مادة بداخلها مما لا يجعلها اي مصدر للقلق في حين يرد البعض بان إنتاج ثقب أسود مستقر فرضية واردة. [الى اللقاء]