”Hiukkasfyysikoiden mielest\u00e4 alkanut viikko on j\u00e4nnitt\u00e4v\u00e4, sill\u00e4 Euroopan hiukkastutkimuskeskus CERNiss\u00e4 sijaitseva suuri LHC-kiihdytin on tarkoitus ottaa parannettuna k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n t\u00e4m\u00e4n viikon kuluessa.<\/p>\n
Alun perin tarkoitus oli k\u00e4ynnist\u00e4\u00e4 alkuvuodesta 2013 huoltotauolle laitettu kiihdytin maaliskuun puoliv\u00e4liss\u00e4, mutta monet pienet syyt viivyttiv\u00e4t testaamista ja lopulta toissa viikonlopun lauantaina (21.3.) syntynyt oikosulku lykk\u00e4si k\u00e4ynnistyst\u00e4 edelleen. Alla olevassa kuvassa tutkitaan syyt\u00e4 oikosulkuun.<\/p>\n
J\u00e4ttikokoinen tieteentekokone<\/strong> CERNin k\u00e4ytt\u00e4m\u00e4n vertauksen mukaan tarkkuus, mill\u00e4 l\u00e4hes valon nopeudella kiit\u00e4v\u00e4t hiukkassuihkut kohdistetaan tarkasti toisiaan vastaan LHC:n sis\u00e4ll\u00e4 on sama kuin kaksi neulaa ammuttaisiin kohti toisiaan 10 kilometrin et\u00e4isyydelt\u00e4 ja ne t\u00f6rm\u00e4isiv\u00e4t p\u00e4itt\u00e4in puolimatkassa.<\/p>\n Kun LCH rakennettiin, se tehtiin kykenev\u00e4ksi t\u00f6rm\u00e4ytt\u00e4m\u00e4\u00e4n hiukkasia tuplasti alkuper\u00e4ist\u00e4 suuremmalla teholla. T\u00e4ll\u00e4 kaksi vuotta kest\u00e4neell\u00e4 huoltotauolla kiihdyttimen osia on paranneltu niin, ett\u00e4 nyt p\u00e4\u00e4st\u00e4\u00e4n 6.5 TeV:n energiaan. Kun kaksi t\u00e4llaista hiukkaskimppua osuvat nokakkain, saadaan 13 TeV:n t\u00f6rm\u00e4yksi\u00e4.<\/p>\n Huollossa suuri,noin sadan metrin syvyydess\u00e4 maan alla tunnelissa oleva kiihdytinrengas avattiin noin 20 metrin v\u00e4lein ja jokainen liitos magneettien v\u00e4lill\u00e4 tarkistettiin sek\u00e4 vahvistettiin.<\/p>\n Uudelleenk\u00e4ynnistys on tarkkaa puuhaa<\/strong> Korjausten lis\u00e4ksi kaikki magneettien v\u00e4liset liitokset tarkistettiin ja kiihdyttimeen asennettiin uusi valvontaj\u00e4rjestelm\u00e4 sek\u00e4 venttiileit\u00e4, jotka suojaavat magneetteja vastaavilta tapauksilta.<\/p>\n T\u00e4h\u00e4n tuhraantui vuoden p\u00e4iv\u00e4t, joten LHC saatiin kunnolla toimintaan vasta vuonna 2009.<\/p>\n Vaikka ensimm\u00e4isell\u00e4kin kerralla k\u00e4ynnistys tehtiin varovasti ja hitaasti, nyt uudelleenk\u00e4ynnistykseen suhtaudutaan viel\u00e4kin varovaisemmin. Siksi toissa viikonlopun oikosulkuun suhtauduttiin hyvin vakavasti, mutta onneksi sill\u00e4 ei ollutkaan suuria seurauksia.<\/p>\n Vika liittyy siihen, ett\u00e4 olennainen osa k\u00e4ynnistyst\u00e4 on suprajohtavien magneettien \u201ctreenaaminen\u201d kest\u00e4m\u00e4\u00e4n suurta s\u00e4hk\u00f6virtaa. Kuuden kuukauden aikana noin 1700 erilaista magneettia on viilennetty suprajohtaviksi ja l\u00e4mmitetty huoneenl\u00e4mp\u00f6\u00f6n niin monta kertaa, ett\u00e4 ne pystyv\u00e4t v\u00e4litt\u00e4m\u00e4\u00e4n 11080 A:n virran. Samalla magneettien kaikki ohjaus- ja varoj\u00e4rjestelm\u00e4t on testattu viel\u00e4 kerran.<\/p>\n Maaliskuun puoliv\u00e4liin menness\u00e4 seitsem\u00e4n kahdeksasta kiihdyttimen osasta oli saatu valmiiksi, mutta viimeinen osa (niin sanottu sektori 45) oli osoittautunut hankalaksi. Se vaati per\u00e4ti 45 l\u00e4mmitys- ja viilennyssykli\u00e4 ennen kuin se saatiin toimimaan 10990 A:n virralla. Mutta t\u00e4m\u00e4 ei riitt\u00e4nyt, sill\u00e4 tavoite oli liki sata ampeeria enemm\u00e4n.<\/p>\n Sitten, todenn\u00e4k\u00f6isesti viimeisess\u00e4 treenauksessa, magneetin alaosassa olevan suojausdiodin maajohto meni oikosulkuun. Suojausj\u00e4rjestelm\u00e4 toimi hyvin, eik\u00e4 t\u00e4st\u00e4 aiheutunut vaaraa eik\u00e4 magneetti vaurioitunut.<\/p>\n Jotta\u00a0syy oikosulkuun\u00a0saatiin selville, tutkittiin liitosta muun muassa r\u00f6ntgenlaiteella. Diodin sijaintipaikka on vaikea, ja vaikka kuvissa n\u00e4kyi hieman metallisia roskia alueella, kesti noin viikon p\u00e4iv\u00e4t varmistaa, ettei mit\u00e4\u00e4n muuta ollut vialla. Alla olevassa kuvassa on LHC:n yksi magneettiyksikk\u00f6 ja nuoli osoittaa miss\u00e4 diodi on sen sis\u00e4ll\u00e4.<\/p>\n Nyt k\u00e4ynnistys p\u00e4\u00e4see jatkumaan ja lopulta t\u00e4m\u00e4n viikon loppupuolella \u2013 mik\u00e4li uusia yll\u00e4tyksi\u00e4 ei tapahdu \u2013 voidaan koko kiihdytinrenkaaseen sy\u00f6tt\u00e4\u00e4 protonikimppuja kiert\u00e4m\u00e4\u00e4n. Sen j\u00e4lkeen viel\u00e4 kest\u00e4\u00e4 noin kaksi kuukautta, ennen kuin kaikki laitteet on s\u00e4\u00e4detty siten, ett\u00e4 hiukkasia p\u00e4\u00e4st\u00e4\u00e4n t\u00f6rm\u00e4ytt\u00e4m\u00e4\u00e4n toisiaan vastaan.<\/p>\n T\u00e4n\u00e4 aikana kiihdyttimen sis\u00e4ll\u00e4 oleva tyhj\u00f6 imet\u00e4\u00e4n mahdollisimman hyv\u00e4ksi, hiukkasten ohjausmagneetit s\u00e4\u00e4det\u00e4\u00e4n toimimaan mahdollisimman tarkasti ja koeasemat, joiden sis\u00e4ll\u00e4 t\u00f6rm\u00e4ykset tapahtuvat, kalibroidaan uudelleen.<\/p>\n Mit\u00e4 on odotettavissa?<\/strong> Kun LHC aloitti toimintansa, olivat fyysikot haljeta innostuksesta, sill\u00e4 laitteella p\u00e4\u00e4stiin ensimm\u00e4ist\u00e4 kertaa kunnolla Higgsin hiukkasen j\u00e4ljille. Se l\u00f6ytyikin vuonna 2012, ja niin teoriat siit\u00e4 miten aineella on massaa, saivat vahvistusta. T\u00e4m\u00e4 oli viimeinen vahvistamaton osa ns. Standardimallia, nykyisin laajasti fyysikoiden hyv\u00e4ksym\u00e4\u00e4 k\u00e4sityst\u00e4 siit\u00e4 miten luonto ja sen alkeishiukkaset toimivat, ja vaikka Higgsin hiukkasta ei olisi l\u00f6ytynyt, olisi tuloksena ollut jotain kiinnostavaa.<\/p>\n Hiukkasesta kertovien merkkien lis\u00e4ksi fyysikot el\u00e4tteliv\u00e4t toivoa kaikenlaisesta muustakin, kuten \u201cylim\u00e4\u00e4r\u00e4isi\u00e4\u201d ulottuvuuksia, mutta niit\u00e4 ei l\u00f6ytynyt. Ja nyt monet ovat sit\u00e4 mielt\u00e4, ett\u00e4 tuskin niit\u00e4 l\u00f6ytyy l\u00e4hitulevaisuudessakaan. Voimakkaampikaan LHC ei riit\u00e4 todenn\u00e4k\u00f6isesti sondaamaan aivan uusia energia-alueita.<\/p>\n J\u00e4nnitt\u00e4vin mahdollisesti esiin tuleva asia on pime\u00e4 aine, sill\u00e4 kenties esiin tulee siit\u00e4 kertovia hiukkasia. N\u00e4ill\u00e4 n\u00e4kymin LHC hyrr\u00e4\u00e4 nykyisess\u00e4 kuosissaan aina 2020-luvulle saakka, joten aikaa l\u00f6yt\u00f6jen tekemiseen on hyvin.<\/p>\n Lis\u00e4ksi kiihdyttimess\u00e4 on viel\u00e4 hieman varaa energiatason nostamiseen, sill\u00e4 suunnittelussa kaikki on tehty 14 TeV:n mukaan. Siihen p\u00e4\u00e4seminen ei kuitenkaan vaadi en\u00e4\u00e4 suurta remonttia, vaan muutokset voidaan tehd\u00e4 helposti huoltoseisokkien avulla; kiihdytin on joka tapauksessa poissa toiminnasta talvikuukausina, jolloin s\u00e4hk\u00f6 Sveitsiss\u00e4 on kallista\u2026”<\/p>\n
\nGeneven luona, Sveitsin ja Ranskan rajalla sijaitseva Large Hadron Collider, eli LHC,\u00a0on maailman tehokkain hiukkaskiihdytin. Se\u00a0otettiin alun perin k\u00e4ytt\u00f6\u00f6n vuonna 2008. Kiihdyttimess\u00e4 on 1232 15 metri\u00e4 pitk\u00e4\u00e4 dipolimagneettia ja 392 viidest\u00e4 seitsem\u00e4\u00e4n metri\u00e4 pitk\u00e4\u00e4 fokusointimagneettia, jotka kiihdytt\u00e4v\u00e4t ja ohjaavat protonisuihkuja 27 kilometri\u00e4 halkaisijaltaan olevassa kiihdyttimess\u00e4. Jotta magneeteista saadaan suuri teho, ne ovat suprajohtavia, eli ne j\u00e4\u00e4hdytet\u00e4\u00e4n -273\u00b0C:n l\u00e4mp\u00f6tilaan.<\/p>\n
\nKun kiihdytint\u00e4 oltiin k\u00e4ynnist\u00e4m\u00e4ss\u00e4 ensimm\u00e4isen kerran vuonna 2008, tapahtui paha toimintah\u00e4iri\u00f6: yhdess\u00e4 suprajohtavia magneetteja yhdist\u00e4v\u00e4ss\u00e4, my\u00f6s nestem\u00e4isell\u00e4 heliumilla j\u00e4\u00e4hdytetyss\u00e4 suprajohtavassa kaapeliliitoksessa tapahtui oikosulku, joka sai aikaan sen, ett\u00e4 suprajohtavuus h\u00e4visi kaapelissa. T\u00e4ll\u00f6in johtimen s\u00e4hk\u00f6njohtavuus huononi nopeasti ja suuri s\u00e4hk\u00f6virta kuumensi sit\u00e4 niin, ett\u00e4 helium l\u00e4mpeni voimakkaasti ja purkautui suoraan magneettien j\u00e4\u00e4hdytysj\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4n.<\/p>\n
\nItse kiihdyttimen lis\u00e4ksi jokainen LHC:n koeasemista on huollettu ja niiden tarkkuutta on my\u00f6s parannettu. Suurimmat koeasemista ovat Atlas, CMS, LHCb ja Alice, ja n\u00e4ist\u00e4 etenkin CMS on suomalaisittain hyvin kiinnostava, koska suomalaistutkijat ovat olleet l\u00e4heisesti mukana sen tekemisess\u00e4 sek\u00e4 sill\u00e4 teht\u00e4viss\u00e4 havainnoissa.<\/p>\n