Overraskelse i Cern: Forskerne har tændt for partikel-detektorerne

Når der er et bundt protoner der farter den ene vej med en hastighed nær lysets, og der så er et bundt protoner der farter den anden vej rundt, også med en hastighed nær lysets, hvad er så hastighedsforskellen mellem de to bundter?</p>
<p>

Hvis hastighederne er v og -v, hvor v < c, saa er hastighedsforskellen 2v. Hvis v > c/2, hvad den er i dette tilfælde, saa er hastighedsforskellen større end c, næsten 2c Hastighedsforskellen er kun en regnestørrelse og der er ingen fysiske love, der forhindrer at den er større end c.

Quoting Fit the Seventh of the radio series, on Christmas Eve, 1978: "Narrator: There is a theory which states that if ever anyone discovers exactly what the Universe is for and why it is here, it will instantly disappear and be replaced by something even more bizarre and inexplicable.

There is another theory which states that this has already happened" (Jeg beklager at dette ikke besvarer spørgsmålet om elregningen)

I går skød vi en 'håndfuld' på godt 10^10 protoner i hver retning imod hinanden. Langt de fleste rammer ikke. Selv om de alle løber rundt og rundt i ringen med en omløbstid på ca 90 mikrosekunder, er det efter mange timer kun en lille brøkdel af protonerne i hvert bundt, der har ramt. I fremtiden skulle vi kunne fylde ca 10^14 protoner i hver ring.

Hvis man skyder protoner mod en 'væg', skal man huske at tænke på væggen som en samling af atomkerner og elektroner. Protonprojektilet 'ser' ikke hele væggen. Derfor er det rigtigt, som andre har bemærket, at en proton mod en væg er som at skyde en proton mod et enkelt atom. Det meste af protonens energi i det sammenstød vil gå til at skubbe sammenstødsprodukterne fremad med kinetisk energi. Den kinetiske energi går tabt for partikelproduktion m.m. i sammenstødet. Det er grunden til, at man laver kollidere, når højst mulig sammenstødsenergi er vigtig.

Sidste version er den rigtige. Jeg kunne ikke lige finde ^ på mit amerikanske keyboard! Dimensionsanalyse burde straks fortælle dig svaret, idet u*(v/c)*c har dimension af hastighed i anden potens. Derfor vil beregningen i dette tilfælde afhænge af de enheder, du vælger (km/t, m/s, knob, ...). Den sidste formel er uafhængig af enhederne, så længe de samme bruges hele vejen igennem.

Til en tidligere kommentar: jo, jeg mente den specielle relativitetsteori.

Tak for forklaringen om Lorenz-transformation, det var godt at få det frisket op. Man kan dog blive lidt forvirret, idet (u+v)/(1+uv/cc) kan opfattes både som: (u+v)/(1+u*(v/c)c), som er den underforståede i fx Excel-formler, og (u+v)/(1+uv/c^2), som jeg gætter på er den rigtige.

Energi og impuls er svaret. Begge er bevarede. Ved at sende protonerne i hver deres retning så er deres samlede impuls nul. Hvis den ene proton ikke bevæger sig bliver deres samlede impuls meget stor og en stor del af energien skal derfor bruges til at opfylde impuls betingelsen. Den energi går derfor tabt til at danne "nye" partikler.

Ifølge CERN selv, regner de med nå et forbrug på 1000gwh årligt.

http://cernenviro.web.cern.ch/cernenviro/web/main/main.php?lang=en&sctr=aspect&cat=5&doc=1

CERN consumes the greatest amount of electricity when its most powerul accelerator, the LHC, is running. This amounts to 120 MW for the LHC (out of 230 MW for all CERN) which corresponds more or less to the power consumption for households in the Canton (State) of Geneva. Assuming an average of 270 working days for the accelerator, the estimated yearly energy consumption of the LHC in 2009 is just over 800 000 MWh. This includes the site base-load and the experiments.

Nu er jeg en af forskerne i det ene af de fire detektorer, ALICE. Vi havde en vel indstuderet procedure for, hvordan vi skulle tænde for detektorerne så hurtigt som muligt. Derfor ved jeg ikke, hvorfra de såkaldte 'tidligere udmeldinger' kommer fra. Ikke fra detektorfolkene i hvert fald.

Håber deres protonlager rækker året ud :-)</p>
<p>(hvor stor er CERN's el-regning?)

De dækker naturligvis noget af regningen ind ved at sende de elektroner ud i nettet, som er blevet hjemløse efter at deres tilhørende protoner er blevet ødelagt :-)

42 er svaret .. men hvad er spørgsmålet?

Håber man kan bruge det til noget. Det er i alt fald nogle store energiudladinger der finder sted. Håber deres protonlager rækker året ud :-)

(hvor stor er CERN's el-regning?)

derfor kan man undre sig over at de skyder 2 protoner i mod hinanden og prøver at ramme :-)

Hvis man nøjes med at sætte fart i en proton, og lader den smadre ind i en væg af atomer, da er der velsagtens en risiko for at protonen ikke rammer noget særligt lige med det samme, et protonen gennemtrænger måske temmelig meget tomhed, eller baldrer omkring på kryds og tværs, før den bliver standset.

Derimod: Hvis man lykkes med at lade protoner støde ind i handen fra to retninger, da standser de med garanti brat og på et måske meget veldefineret sted, et sted som man på forhånd måske kan stille ekstra skarpt på med et kamera. Blot en tanke.

[quote]derfor kan man undre sig over at de skyder 2 protoner i mod hinanden og prøver at ramme :-)

Vel fordi at situationen ellers ville svare til; ikke at køre en bil ind i en betonmur, men at køre en bil ind i en holdende bil.[/quote]

Og fordi det er smadder besværligt at få protonerne til at køre rundt i cirklen 30.000 gange i sekundet med en mur i vejen.

Sikkert også fordi man ikke ved, hvad der bliver ramt i muren - og muren opfanger de interessante partikler, som man gerne vil måle på.

derfor kan man undre sig over at de skyder 2 protoner i mod hinanden og prøver at ramme :-)

Vel fordi at situationen ellers ville svare til; ikke at køre en bil ind i en betonmur, men at køre en bil ind i en holdende bil.

Lidt logik på børne niveau, vi tager 2 biler, med helt samme vægt 1000kg og helt samme hastighed 100kmt, og køre dem direkte frontalt ind i hinanden, deres relative hastighed set fra den ene bil er derfor 200kmt. De rammer et punkt i midten og forbliver der, godt smadret.

Så tager man samme type bil og køre den ved samme hastighed frontalt ind i en kæmpe stor beton klods, der er uendelig stor i forehold til bilens vægt,

Spørgsmålet er nu, i hvilket af eksemplerne bliver 1 bil smadret mest ?

Svaret er nok at i det første eksempel bliver der totalt set udløst dobbelt så meget energi i alt, men set fra 1 bil er der helt samme sag om man køre ind i beton klodsen.

I husker den nok fra fysik lokalet, den med hastigheden og vægten, ik

derfor kan man undre sig over at de skyder 2 protoner i mod hinanden og prøver at ramme :-)

Lidt fri løsagtig spekulation om hastighedsforsøg ...

To protoner, fra hver sin retning, og som er accelleret ved hjælp af en enorm energimængde, kan ligne, at de to protoner sammenstøder med en tilsvarende stor kraft. Sådan er det dog vistnok desværre overhovedet slet ikke, fordi maskinen ikke evner at formidle al sin energi, når farten begynder at nærme sig bølgeudbredelseshastigheden. De elektromagnetiske bølgers impulser, som driver protonerne, må jo(... ?) i sig selv være ofre for virkelighedens begrænsning, at de ikke kan udbrede sig hurtigere end deres partikler allerede normalt gør med hastigheden c. Altså en tanke, at uanset hvor megen energi som vi på Jorden tvinger ind i en elektromagnetisk accelerator, vil hastigheden for de accellererede objekter aldrig kunne nå helt op på c, en brist i det anvendte motorprincip. Eller, hvis dette ikke er sandt, da mangler jeg at forstå hvorfor.

Hvis vi vil have fart, da bør vi i stedet sende fx ti meget store transport-rumraketter så langt bort fra Solen som muligt, og lade en robot omdanne dem til én ekstremt meget lang og sylespids og veldæmpet og vridningsstiv og glat raket, og fylde den op med brændstof i form af multi-milliarder af atomer. En sådan raket vil have Solen langt forude til at sikre en gratis acceleration, og oven i det skal rakettens motor kyle atomer bagud med så høj hastighed som overhovedet muligt, og sørge for at spare godt på brændstoffet, indtil raketten nærmer sig farten c, og da, først da, skal motoren sætte fuldt blus på, og hvis rakettens hylster da vejer ti procent, og brændstoffet halvfems procent, da er det mit gæt, at raketten gennemtrænger c-muren, i det mindste for en tid, og med effekter cirka som vi kender det fra jagerfly når de gennembryder lydmuren, at der opstår et brag på grund af en resonansmæssig kortslutning af bølger, og turbulens så stærk at fartøjet vil blive rusket i stykker, indtil man lærer at bygge det tilstrækkeligt solidt. Om alt dette er sandt eller ej, hvordan kan vi vide det, så længe som at vi ikke har prøvet? Desværre, nok, et temmeligt dyrt projekt.

En anden mulighed er, at vi bygger en virkelig stor ringformet elektromagnetisk accellerator, og anvender de elektromagnetiske bølger til udelukkende at holde atomare objekter på plads i midten af røret, og dér lader vi rumraketter flyve, med motorer og brændstof og det hele. Vi kan da lade en hel sværm af raketter indhente hinanden på skift, overføre brændstof til den forreste raket, indtil hjælperaketterne ikke længere kan følge med, og så lade den forreste raket affyre fuldt blus, og så håbe på, at de elektromagnetiske bølger kan holde raketten på plads rundt i cirklen, og at rakettens ene yderside kan tåle at blive gnedet voldsomt imod bølgerne ... Vi ved, at denne art af fantasier vil løbe ind i selveste naturens indbyggede designmæssige begrænsninger, men, netop derfor kan det være interessant at eksperimentere med sådant.

Lorentztransformationen er speciel relativitet - ikke almen relativitet, som er en gravitationsteori. Gravitationen plejer ikke at betyde noget videre for partikkelfysikken, men om den gør det i disse højenergikollisioner ved jeg ikke.

Fra forfatteren af artiklen vil jeg egentlig gerne vide, hvorfor dagens præstation på CERN er en overraskelse? Nu har vi på Niels Bohr Institutet og CERN arbejdet på dette i årevis og meldt ud for en uge siden, at NU var det tiden at lave højenergikollisioner. Så er det vel ikke en overraskelse?

Nu er jeg ikke forfatteren, men jeg kan da fortælle dig det alligevel. Overraskelsen består i at man har valgt at tænde detektorerne... det skulle ikke ske i dag, i følge tidligere udmeldinger.

Mvh. Jesper

Svaret med de relative hastighed af to bundter protoner, som hver især farer af sted med næsten lyshastighed er, at denne hastighed også er næsten lig lyshastigheden. De såkaldte Lorentz-transformationer, som er basis for Einsteins almene relativitetsteori, siger, at hvis to emner bevæger sig med hastigheder u og v i modsat retning i forhold til en udenforstående observatør, så vil den relative hastighed, målt fra en observatør, der bevæger sammen med det ene af emnerne være: (u+v)/(1+uv/cc), hvor c er lyshastigheden. Prøv selv at indsætte u og v meget mindre end c. Så får du resultatet u+v med stor nøjagtivhed, hvilket du kender fra vores lidt langsomme hverdag. Hvis derimod u og v er næsten lig c, får du (u+v)/2, som igen er en smule mindre end c.

Tyngdekraften mellem de to bundter er forsvindende lille. Derimod er den elektriske frastødning mellem de to positivt ladede bundter ikke uvæsentlig. Ved de energier, vi snakker om, er det dog ikke nok til at undgå direkte kollisioner.

Fra forfatteren af artiklen vil jeg egentlig gerne vide, hvorfor dagens præstation på CERN er en overraskelse? Nu har vi på Niels Bohr Institutet og CERN arbejdet på dette i årevis og meldt ud for en uge siden, at NU var det tiden at lave højenergikollisioner. Så er det vel ikke en overraskelse?

Måske er begivenheden af større vigtighed end månelandingen i '69!

• Dels fordi resultaterne er affødt af et verdensomspændende samarbejde og dels fordi resultater af databehandlingen måske kan give os svar på nogle af det seneste århundredes største spørgsmål inden for fysikken.

Når der er et bundt protoner der farter den ene vej med en hastighed nær lysets, og der så er et bundt protoner der farter den anden vej rundt, også med en hastighed nær lysets, hvad er så hastighedsforskellen mellem de to bundter?

Og hvordan vil det ene bundt blive påvirket af de tyngdekræfter som der vel må være fra det andet bundt, uanset at de nok er forsvindende små?

mvh Kim Madsenkbm@kbmitexperts.dk

Stor dag for fysikken. LHC blev fyret af og det gør mig til en glad fysikinteresseret mand.

Sniger mig til at sammenligne det lidt med at lande på månen i 1969.

Kan godt forstår deres smil da der blev vist et klip i nyhederne fra kontrolrummet på CERN.

Tillykke, og glæder mig stort til at høre hvad de finder af guf og at vi alle kan blive klogere på om 42 er svaret på det hele.....eller om der monstro er nogle andre forklaringer?;)

sorte huller på vej :-)

Kan godt lide optimismen med at de fortsætter året ud.

Nå - men jorden gik altså heller ikke under denne gang! Er der gået politik i den?

Fedt nok :-P

Så er spørgsmålet jo om de vil finde gud eller om denne teori vil være ad hoc.