Wie Funktioniert Cern?

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Was bedeutet cern für die zukunft des universums? Sie können erstaunliche entdeckungen machen. Finden sie heraus: was bedeutet cern für die zukunft des universums?

Wenn Albert Einstein am 4. Juli 2012 noch am Leben wäre, würde ich gerne glauben, er hätte grinsen können, als die Forscher begeistert verkündeten, sie hätten das gefunden, was sie glaubten Higgs-Boson.

Vor mehr als 40 Jahren hatten der britische theoretische Physiker Peter Higgs und seine Kollegen vorgeschlagen, dass dieses spezielle Elementarteilchen und sein zugehöriges Gebiet die Gründe dafür sind, warum Materie Masse hat. Als Wissenschaftler die Higgs-Theorie im 21. Jahrhundert bestätigten, öffnete sich ein Fenster, wie das Universum funktioniert. Einstein und viele andere haben ihr Leben dem Studium gewidmet.

Die Entdeckung war ein Triumph der Wissenschaft. Die Forscher machten den Fund jedoch nicht, indem sie durch ein Teleskop blickten, Daten eines Raumfahrzeugs analysierten oder sogar eines von Einsteins berühmten Gedankenexperimenten ausführten. Sie fanden Higgs durch jahrzehntelange sorgfältige Forschung bei Kollidern auf der ganzen Welt, insbesondere am CERN in Genf, Schweiz. CERN steht für das Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (oder das Europäische Zentrum für Kernforschung).

Ihre Forschung war mühsam, weil das Leben des Higgs-Bosons unendlich klein ist. Es zerfällt in kleinere Partikel viel weniger Zeit als zum Blinken erforderlich ist. Wissenschaftler mussten auf den Beinen sein, um Higgs zu entdecken. Durch Versuch und Irrtum, Euphorie und Verzweiflung haben Wissenschaftler am CERN im Laufe der Jahrzehnte 10 Milliarden Dollar ausgegeben, um das schwer fassbare Teilchen zu jagen [Quelle: Overbye].

Die Entdeckung brachte CERN auf die Titelseite. Dennoch wissen die meisten Menschen noch nicht, was die Wissenschaftler am CERN tatsächlich tun. Wir können dabei helfen.

In CERN

CERN gibt es seit den 1950er Jahren. Erinnern wir uns daran, dass Europa am Ende des Zweiten Weltkriegs ein Durcheinander war und seine wissenschaftliche Gemeinschaft ein Chaos war. Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten, zu denen viele aus Europa gehörten, hatten die Führung in der Physik übernommen. Der französische Quantenphysiker Louis de Broglie schlug 1949 vor, dass Europa seinen wissenschaftlichen Ruhm durch die Schaffung eines multinationalen Atomphysik-Labors zurückerobern will.

Einige Jahre später wurde CERN außerhalb von Genf geboren und gebaut. Zu den zwölf Gründungsstaaten gehörten Belgien, Dänemark, Frankreich, Westdeutschland, Griechenland, Italien, die Niederlande, Norwegen, Schweden, die Schweiz, das Vereinigte Königreich und Jugoslawien. Im Januar 2014 sind 21 Länder, darunter Israel, Polen und Finnland, CERN-Mitglieder, und jedes Land erhält zwei Stellen im CERN-Rat, dem Entscheidungsgremium, aber eine einzige Abstimmung über solche Entscheidungen. Der Generaldirektor von CERN, Rolf Heuer im Jahr 2014, fungiert im Wesentlichen als Anführer.

Die Vereinigten Staaten sind kein Mitglied, sondern ein BeobachterstaatDas heißt, eine, die an Meetings teilnehmen und Informationen abrufen kann, aber nicht über CERN-Angelegenheiten abstimmen kann [Quelle: CERN]. (Wenn man von den USA spricht, hat er 531 Millionen US-Dollar für den Bau mehrerer LHC-Komponenten beigetragen.)

CERNs Aufgabe war es herauszufinden, wie das Universum funktionierte. Keine große Sache, richtig? Die Wissenschaftler entschieden, dass der beste Weg zur Bewältigung dieser monumentalen Aufgabe darin besteht, riesige Maschinen zu bauen, die subatomare Teilchen ineinander schlagen. Die Hoffnung war, dass diese sogenannten Atom-Smashers den Forschern einen Einblick in die Zeit unmittelbar nach der Entstehung des Universums ermöglichen würden. Dementsprechend begann CERN 1957 mit dem Bau des allerersten Beschleunigers, dem Synchrocyclotron, der in 33 Jahren seinen Dienst verpasste. CERN betreibt jetzt mehrere Beschleuniger und einen Verzögerer in einem Gebäudekomplex an der Schweizer und der französischen Grenze. Die Kosten der Experimente verteilen sich auf die Mitgliedstaaten [Quellen: Exploratorium, CERN].

Bis zum Jahr 2014 waren 2.400 Vollzeitbeschäftigte und 1.500 Teilzeitbeschäftigte am CERN beschäftigt, und mehr als 600 Institute und Universitäten durften ihre Einrichtungen nutzen, um verschiedene Geheimnisse wie Antimaterie, Schwarze Löcher und die Ereignisse zu entdecken das geschah einen Sekundenbruchteil nach dem Urknall. Außerdem kommen jedes Jahr 10.000 Wissenschaftler aus 113 Ländern - die Hälfte aller Teilchenphysiker auf der Erde - zu Forschungszwecken zum CERN. Und es sind nicht nur Wissenschaftler. Die Menschen arbeiten in verschiedenen Berufen, darunter Ingenieure, Experimentalphysiker und sogar Buchhalter. Wissenschaftler aus den Mitgliedsstaaten bekommen den ersten Riss an einer Position, obwohl hochrangige Wissenschaftler aus anderen Ländern immer berücksichtigt werden [Quellen: Exploratorium, CERN].

Die Welt verbinden

1989 trug der britische Wissenschaftler Tim Berners-Lee zur Entwicklung des World Wide Web bei, indem er das Hypertext-Transfer-Protokoll (http) entwickelte. Berners-Lee wollte ein Netzwerk von interaktiven Computern schaffen, damit Wissenschaftler auf der ganzen Welt Daten austauschen können [Quelle: CERN].

Der Hadron (Collider) im Herzen

Möchten Sie diese Tasten genauso stark drücken wie wir?

Möchten Sie diese Tasten genauso stark drücken wie wir?

Das Herz des CERN ist der größte und leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt, ein Atom-Smasher namens Large Hadron Collider (LHC). (Es ist so groß, dass es einen eigenen Artikel hat.) Der LHC besteht aus einem 27 Kilometer langen Ring aus supraleitenden Magneten und einer Reihe von Beschleunigern, die hochenergetische Teilchen wie eine Kugel durch eine Pistole durch den Apparat schießen. Der Collider befindet sich 100 Meter unter der Erde und stößt einen Protonenstrahl in eine Richtung, während ein anderer in die entgegengesetzte Richtung läuft.

Kaboom! Kablam! Splat!

Verwenden Sie einen beliebigen Ausruf. Bei Höchstgeschwindigkeit zertrümmern die Teilchen bei 99,9999991 Prozent Lichtgeschwindigkeit in jedes einzelne [Quelle: CERN]. Jedes Mal, wenn die Protonen ineinander reißen, entsteht ein komplexer Sprühstrahl aus anderen Teilchen.Viele dieser Partikel halten weniger als eine Sekunde, hinterlassen jedoch Spuren subatomarer Brotkrumen, denen Wissenschaftler folgen können. Um diesem Weg zu folgen, verlassen sich Wissenschaftler auf zwei hochkomplexe Detektoren, mit denen sie die elementaren Bausteine ​​unseres Universums sehen können.

Einer dieser Detektoren ist ATLAS. Die rund 45 Meter lange und 25 Meter hohe Maschine half dabei, das Higgs-Boson zu finden. ATLAS ist halb so groß wie Notre Dame (die Kathedrale, nicht die Universität) und wiegt so viel wie der Eiffelturm (der in Paris, nicht Las Vegas). CERN-Wissenschaftler verwenden ATLAS und die anderen Detektoren (ALICE, CMS, LHCb, LHCf), um Dinge zu studieren, von denen Sie nur in Science-Fiction-Büchern lesen, z. B. ob andere Dimensionen existieren. Welche Art von einigender Kraft könnte im Universum sein? und wenn es Hinweise auf dunkle Materie gibt. Nur zwei Detektoren, ATLAS und CMS, waren der Lösung des Higgs-Boson-Rätsels gewidmet. Alle Experimente am LHC werden von einem weltweit zusammenarbeitenden Wissenschaftlerteam durchgeführt [Quellen: ATLAS, CERN].

CERN-Daten analysieren: Jetzt ist es ein großer Job

Partikel fast mit Lichtgeschwindigkeit zusammenzuschlagen, ist eine Sache; Die Interpretation der Daten aus diesen Kollisionen ist eine andere. Die Teilchen kollidieren im LHC fast 600 Millionen Mal pro Sekunde [Quelle: Sakai]. Die Informationen, die aus diesen Abstürzen hervorgehen, können uns Bände über die inneren Abläufe des Atoms und die Kräfte anzeigen, die das Atom zusammenhalten, aber wir können sicherlich nicht alle Informationen der Detektoren aufzeichnen. Wenn dies der Fall wäre, könnte ATLAS beispielsweise jede Sekunde 100.000 CDs mit Daten füllen. Stattdessen kann ATLAS wie die anderen Detektoren nur eine kleine Menge von Informationen aufnehmen, was ungefähr so ​​groß ist, dass 27 CDs pro Minute eingelegt werden können (Quelle: ATLAS).

Diese Zahl ist zwar nur ein Teil der verfügbaren Informationen, aber immer noch eine überwältigende Menge. Die Detektoren übertragen das, was sie finden, an das CERN Data Center, wo Techniker und Forscher Computer verwenden, um jede Kollision digital zu rekonstruieren. Während des Wiederaufbaus stellen Wissenschaftler ihre Theorien auf, wie sich Partikel verhalten. Sie vergleichen computer simulierte Kollisionen mit den tatsächlichen Kollisionen. Eine Ungleichheit zwischen den beiden könnte eine neue Wissenschaft bedeuten, etwas, das bisher nicht geklärt wurde [Quelle: Sakai].

Jeden Tag verarbeitet das Rechenzentrum ein Petabyte an Informationen. Es würden 223.000 DVDs erforderlich sein, um alle Informationen in einem Petabyte zu speichern [Quelle: McKenna]. Um es schwieriger zu machen, durchforsten Wissenschaftler jedes Jahr 30 Petabyte, was es sehr schwer macht, neue Wissenschaften zu finden [Quellen: CERN, McKenna].

Angesichts dieser erstaunlichen Zahlen kann der Datenzentrum von CERN diese Zahlen nicht von alleine kürzen. Stattdessen verlassen sich Wissenschaftler auf das größte Computernetzwerk der Erde, das Worldwide LHC Computing Grid, ein Zusammenschluss von 170 Rechenzentren in 40 Ländern. Das Raster gilt als das "ausgereifteste Datenerfassungs- und Analysesystem, das je für die Wissenschaft gebaut wurde". Es führt täglich mehr als 2 Millionen Jobs aus und kann pro Sekunde 10 Gigabyte Daten von seinen Servern übertragen. Ohne das Gitter wäre das Higgs-Boson möglicherweise unentdeckt geblieben [Quelle: WLCG].

Was Einstein betrifft, so würde er im Grab schaukeln, wenn er wüsste, was am CERN geschah - das heißt, wenn seine Freunde nicht 1955 seine Asche am Delaware River verteilt hätten.

Atomic Vacation

Wenn Sie jemals in Genf Urlaub machen, können Sie CERN kostenlos besuchen. Besuchen Sie jedoch zuerst die Website und senden Sie eine Anfrage. Vergessen Sie Ihren Reisepass oder Personalausweis nicht. Lassen Sie Ihre Kinder unter 13 Jahren (für Gruppentouren) zu Hause zusammen mit hochhackigen Schuhen, Sandalen und Flip-Flops. Sie können auch nicht rauchen [Quelle: CERN].

Anmerkung des Autors: Wie CERN funktioniert

Ich beziehe mich auf Einstein nicht, weil ich nur einen Teil dessen verstanden habe, was er die Welt gelehrt hat, sondern weil die heutigen Wissenschaftler ziemlich genau versuchen, auf Einsteins Werk aufzubauen. Einstein verbrachte viel Zeit damit, zu studieren, wie sich Atome und Licht verhalten. Seine Theorien führten letztendlich zur Existenz und Entdeckung des Higgs-Bosons.

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