Worden er in de LHC echte atomen/ protonen met elkaar in botsing gebracht?

Question

De vraag is wat raar geformuleerd maar wat ik bedoel is: je hebt de LHC van 27 km, wat ik dan lees is dat ze protonen/ atomen etc. en zelfs loodkernen tegen elkaar laten botsen met 99,99% van de lichtsnelheid. Als deze in aanraking komen wordt een hitte van vele miljarden graden bereikt en wekken ze een energie op van vele TeV, elektronvolt. Wat betekent dit alles en smelt de LHC dan niet weg als die hitte bereikt wordt? En wat moet je je voorstellen bij die 2 deeltjes, worden ze eerst een paar rondjes opgewarmt op vervolgens met elkaar te botsen of gelijk al bij de eerste en zou je het kunnen 'zien'?

 · Accepted Answer

Dat zijn een hoop vragen voor een antwoord van maximaal 2500 tekens...
In de LHC laat men atoomkernen van bijvoorbeeld lood, maar ook afzonderlijke protonenwolken tegen elkaar aan botsen. Ze gebruiken elektrisch geladen objecten, omdat deze zich door een magneetveld in een ring laten sturen (Lorentzkracht). De kinetische energie van een typisch proton komt overeen met die van een vliegende mug. 
De gehele wolk van vele miljoenen nucleonen (kerndeeltjes) heeft daarmee een typische kinetische energie van een kudde op hol geslagen olifanten. 
Honderden malen per seconde vinden er botsingen plaats tussen dit soort wolken in tegenovergestelde richting. Hierbij komt een groot deel van deze kinetische energie
beschikbaar voor de vorming van nieuwe elementaire deeltjes. In het heetst van de strijd bestaat de botsingsregio uit een zogenaamd quark-gluon plasma.
Na de elektrozwakke symmetriebreking (relatief kort na de oerknal) was het gehele universum hiermee gevuld. Door deze extreme situatie na te bootsen in de LHC kunnen er exotische deeltjes ontstaan die ook in die tijd bestonden. Bijvoorbeeld het Higgs boson waar momenteel zoveel om te doen is. Een deel van de energie van onze kudde olifanten is omgezet in massieve deeltjes die nauwelijks destructieve interactie aangaan met de detectoren van het LHC. De rest van de energie komt vrij in de vorm van warmte (fotonen).
Om dit te reguleren zijn de detectoren uitgerust met een indrukwekkend koelsysteem. Deze hadden ze immers toch al nodig voor het koelen van de supergeleidende magneten die de deeltje in het baan moeten houden.
De wolken van deeltjes gaan vele honderden malen rond in iedere ring (cyclotron / synchrotron) voordat ze met elkaar in botsing worden gebracht. In iedere ring wordt de wolk verder versneld door de uitgeoefende Lorentzkracht.
Wanneer je de botsing met het blote oog zou waarnemen is het niet veel indrukwekkender dat het gemiddelde stuk knalvuurwerk, maar schijn bedriegt: er komt een niet geringe hoeveelheid straling van zeer uiteenlopende soort bij vrij.
Echter, het grootste deel hiervan is binnen enkele meters alweer verder vervallen naar een stabielere vorm. Daarom is het cruciaal dat de detectoren zo dicht mogelijk op de interactie zitten, teneinde zoveel mogelijk van deze exotische deeltjes waar te nemen.
Alle gedetecteerde banen van deze deeltjes worden opgeslagen. De LHC produceert vele gigabytes aan data per seconde. Hieruit kunnen later de niet waargenomen banen worden gereconstrueerd.

 · Answer

Hoi Wooods,

Wat er bij de LHC gebeurt is, dat de deeltjes eerst versnelt worden tot 99,99% van de lichtsnelheid en pas daarna met elkaar in botsing worden gebracht. Uit die botsing komt een immense hitte vrij, maar de LHC is zo ontworpen dat hij die kan ontstaan.
De Large Hidron Collider is niet zomaar een buis van 27 kilometer die onder de grond loopt. Het is een massief en reusachtig ding. Zou je erdoorheen lopen (de wetenschappers gaan erdoorheen met een step, natuurlijk niet de volle 27 kilometer) dan zou hij ongeveer in doorsnee drie keer zo hoog zijn als jij. Daaromheen zit dan weer een schild.
De botsingen vinden plaats in een apart segment van de LHC, en natuurlijk niet overal waar de wetenschappers later ook nog moeten komen - dat zou de apparatuur doen smelten. Dat aparte deel van de LHC is extra goed bestand tegen de hitte.

De botsingen die plaatsvinden worden gemaakt door meer dan twee deeltjes. Ik weet niet hoeveel, maar ga er maar van uit dat het om duizenden deeltjes gaat die met een ander deeltje in aanraking komen. Uit die duizenden botsingen komt altijd wel één botsing die te gebruiken is.

Ik hoop je voldoende geïnformeerd te hebben. ;)

Toegevoegd na 28 seconden:
Large Hidron Collider --> Large Hadron Collider

 · Answer

De echte energie die die hitte teweeg brengt is maar heel klein, de warmte-energie die vrijkomt als zo'n deeltje weer afkoelt is immers gegeven door:
E = m*c*dT
Ook als is dT erg groot (miljarden graden), m (massa) voor deze deeltjes is minuscuul, dus de energie die de LHC te verduren krijgt valt nog enigszins mee.

Het botsen van de protonen (ja, ze gebruiken echte!) kun je het beste zien als twee mitrailleurs die op elkaar worden afgevuurd. De kans dat twee kogels elkaar in het midden treffen is erg klein, maar als het gebeurd komt er heel veel energie vrij.

Deze energie komt vrij in de vorm van allerlei snelle elementaire deeltjes en antideeltjes. Deze deeltjes zijn niet zichtbaar, maar hun baan is wel zichtbaar en men schiet ze door een magneetveld.

Omdat het geladen deeltjes zijn die zich voortbewegen door een magneetveld werkt de Lorentzkracht op deze deeltjes. De sterkte van het magneetveld is bekend, dus de kinetische energie van deze elementaire deeltjes kan berekend worden door uit de baan van het deeltje de Lorentzkracht te berekenen. Verder kun je uit de richting van de kromming van de baan van het deeltje de lading afleiden.

Het is een beetje als het volgen van vliegtuigen in de lucht, het vliegtuig is vaak al uit beeld, maar de condensatiestrepen zijn nog zichtbaar. Hoe deze precies voor elementaire deeltjes zichtbaar worden gemaakt weet ik niet, we deden dat op school vroeger met een nevelvat, maar volgens mij is dat heel ouderwets.

Worden er in de LHC echte atomen/ protonen met elkaar in botsing gebracht?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (2)

Weet jij het beter..?