લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર LHC Large Hadron Collider

લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર અથવા LHD એ સામાન્ય સમજ માટે શક્તિશાળી કણોની અથડામણ કરીને ભૌતિક વિજ્ઞાનના વણઉકલ્યા રહસ્યો સમજવાનો એક પ્રયોગ ગણી શકાય.

આ દુનિયાનો સૌથી મોટો અને મોઘો પ્રયોગ છે.

વળી, LHC એ દુનિયાનું સૌથી મોટું મશીન પણ ગણી શકાય.

સામાન્ય રીતે આ એવો પ્રયોગ છે જે વિશ્વની ઉત્પત્તિ અંગેના રહસ્યો સમજવા માટે છે.

મેટર-એન્ટીમેટર, સ્પેસ અને ટાઈમનુ બંધારણ સમજવા, બિગ બેંગ સમયે એટલે કે બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ સમયની કેટલીક ના સમજાયેલી સ્થિતિઓ સમજવા જેવા મોટા હેતુઓ માટેનો આ પ્રયોગ છે.

હિગ્ઝ – બોસોન ની જે થીયરી સમજવા કે તેની સત્યતા પ્રાયોગિક ધોરણે ચકાસવા આ પ્રયોગ થયો છે તે થિયરીના શોધકો પૈકી એક બોસ એ ભારતીય મૂળના વિજ્ઞાની છે. આ થીયરી ‘ગોડ પાર્ટીકલ’ ને લગતી છે.

ભૌતિક વિજ્ઞાનની પ્રેક્ટિકલ થીયરીને ચકાસવાનું, સમજવાનું, અત્યંત વેગવાન કણોની નીચા તાપમાને અથડામણ કરી તેમાંથી નિપજતા કણોને નોધીને અભ્યાસ કરવાનું ભગીરથ કાર્ય એટલે LHC પ્રયોગ.

શું છે લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડર?

ધ લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર (LHC) એ વિશ્વનું  સૌથી મોટુ  અને સૌથી શક્તિશાળી કણો અથડામણ કરનાર  મશીન છે.

તે 10,000 થી વધુ વૈજ્ઞાનિકો, સેંકડો યુનિવર્સિટીઓ અને પ્રયોગશાળાઓ સાથે સાથે 100 થી વધુ દેશોના સહયોગથી બનેલ છે.

યુરોપિયન ઓર્ગેનાઇઝેશન ફોર ન્યુક્લિયર રિસર્ચ (CERN) દ્વારા 1998 થી 2008 ની વચ્ચે બનાવવામાં આવ્યું હતું.

તે 27 કિ.મી. (17 માઇલ) ટનલમાં છે અને જીનીવા નજીક ફ્રાંસ-સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડ સીમાની નીચે 175 મીટર (574 ફીટ) જેટલી ઊંડાઇએ છે.

શરૂઆત:

તેના  પ્રથમ સંશોધન માર્ચ 2010 ની શરૂઆતમાં 3.5 થી 4 ટેરાઇલેક્ટ્રોનવોલ્ટ્સ  (TeV) પ્રતિ  બીમ (7 થી 8 TeV કુલ) ની ઊર્જા પર થઈ હતી.

જે કોલાઇડર  અને પ્રવેગક માટે અગાઉના વૈશ્વિક રેકોર્ડ કરતાં ચાર ગણી હતી.

પછીથી, પ્રવેગકને ઓફલાઇન લેવામાં આવ્યુ અને બે વર્ષ દરમિયાન અપગ્રેડ કરવામાં આવ્યું.

2015 ની શરૂઆતમાં તે બીજા સંશોધન માટે ફરીથી શરૂ કરવામાં આવ્યું હતું,

જેમાં 6.5 TeV  પ્રતિ બીમ (13 TeV કુલ, વર્તમાન વર્લ્ડ રેકોર્ડ) સુધી પહોંચ્યું હતું.

લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર (LHC)નું લક્ષ્ય ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને હિગ્સ ભૌતિક વિજ્ઞાનના વિવિધ સિદ્ધાંતોની આગાહી ચકાસવાની મંજૂરી આપવાનું છે.

જેમાં હિગ્સ બોસોનના  ગુણધર્મોને માપવા અને સુપરસિમેટ્રિક  સિદ્ધાંતો દ્વારા આગાહી કરાયેલા નવા કણોના મોટા પરિવારની શોધ કરવાનો હેતુ છે.

તેમજ ભૌતિકવિજ્ઞાનના અન્ય અનસુલજ્યા પ્રશ્નોનો પણ સમાવેશ થાય છે.

પ્રયોગ અને અવલોકનોનું મહા માપન:

કોલાઇડર પાસે ચાર ક્રોસિંગ પોઇન્ટ્સ છે, જેની આસપાસ સાત ડિટેક્ટર છે, તે દરેક ચોક્કસ પ્રકારના સંશોધન માટે રચાયેલ છે.

Large Hadron Collider  મુખ્યત્વે પ્રોટોન બીમ સાથે અથડામણ કરે છે, પરંતુ તે ભારે આયનના બીમનો પણ ઉપયોગ કરી શકે છે.

લીડ-લીડ અથડામણ 2010,  2011,  2013 અને 2015 માં યોજાઈ હતી.

2013 અને 2016 માં પ્રોટોન-લીડ અથડામણ ટૂંકા ગાળા માટે કરવામાં આવી હતી.

2017 માં ઝેનોન-ઝેનોન અથડામણની ટૂંકી દોડ યોજાયી હતી.

પૃષ્ઠભૂમિ:

• હૅડ્રોન શબ્દ મજબુત બળ દ્વારા એકસાથે મેળવવામાં આવેલા કવાર્કથી બનેલા સંયુક્ત કણોનો ઉલ્લેખ કરે છે.
• (જેમ કે પરમાણુ અને પરમાણુઓ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક બળ દ્વારા એકસાથે રાખવામાં આવે છે).
• જાણીતા હૅડ્રોન્સ એ પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન જેવા બેરીઅન્સ છે.
• હૅડ્રોન્સમાં પેશન અને કાઓન જેવા મેસોન્સનો પણ સમાવેશ થાય છે, જે 1940 ના દાયકાના અંત ભાગમાં અને 1950 ના દાયકાની શરૂઆતમાં કોસ્મિક રે પ્રયોગો દરમિયાન શોધવામાં આવ્યા હતા.
• કોલાઇડર બે નિર્દેશિત બીમવાળા કણોના પ્રવેગકનો એક પ્રકાર છે.
• ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, કોલઇડર્સ નો  સંશોધન સાધન તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
• તેઓ કણોને પ્રમાણમાં ઊંચી ગતિશીલ શક્તિ તરફ વેગ આપે છે અને તેમને અન્ય કણો પર અસર કરે છે.
• આ અથડામણના ઉપજાઉપણાના વિશ્લેષણથી વૈજ્ઞાનિકો ઉપજાતીય વિશ્વના માળખા અને તેને સંચાલિત પ્રકૃતિના નિયમોનો સારો પુરાવો આપે છે.
• આમાંથી મોટાભાગના ઉપઉત્પાદનો ફક્ત ઉચ્ચ ઊર્જા અથડામણ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, અને તે ખૂબ થોડા સમય પછી ક્ષતિગ્રસ્ત થાય છે.

ખર્ચ:

€ 7.5 બિલિયન (આશરે $ 9 બિલિયન  અથવા જૂન 2010 સુધી 6.19 અબજ ડોલર) ના બજેટ સાથે,

LHC અત્યાર સુધીમાં બાંધવામાં આવેલા સૌથી ખર્ચાળ વૈજ્ઞાનિક સાધનો પૈકી એક છે.

હેતુ:

ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને આશા છે કે લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર ભૌતિકશાસ્ત્રના કેટલાક મૂળભૂત ખુલ્લા પ્રશ્નોના જવાબ આપવા,

પ્રાથમિક પદાર્થો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને દળોને સંચાલિત કરવાના મૂળભૂત નિયમો,

અવકાશ અને સમયના ઊંડા માળખાની  અને ખાસ કરીને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ વચ્ચેના આંતરસંબંધ અને સામાન્ય સાપેક્ષતા જાણવા.

પ્રારંભિક પરીક્ષણો (2008)

• પ્રથમ બીમ 10 સપ્ટેમ્બર 2008 ની સવારના કોલાઇડર દ્વારા ફેલાયો હતો.
• CERN એ  એક સમયે ત્રણ કિલોમીટરના તબક્કામાં ટનલની આસપાસ પ્રોટોનને સફળતાપૂર્વક બરતરફ કરી દીધી હતી.
• કણોને ગતિશીલ દિશામાં ફેંકવામાં આવ્યા હતા અને 10:28 સ્થાનિક સમયે તેની આસપાસ સફળતાપૂર્વક ચાલ્યા હતા.
• લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર એ તેનું મુખ્ય પરીક્ષણ સફળતાપૂર્વક પૂર્ણ કર્યું.
• ટ્રાયલ રનની શ્રેણી પછી, બે સફેદ બિંદુઓએ કમ્પ્યુટર સ્ક્રીન પર પ્રકાશ પાડ્યો જે દર્શાવે છે કે પ્રોટોન્સે કોલાઇડરની સંપૂર્ણ લંબાઈ લીધી હતી.
• તેના ઉદ્ઘાટન સર્કિટની આસપાસના કણોના પ્રવાહને માર્ગદર્શન આપવા માટે એક કલાકથી ઓછો સમય લાગ્યો.

રન 1: પ્રથમ ઓપરેશનલ રન (2009-2013)

• જ્હોન ઇલિઓપોલ્સ દ્વારા. 20 નવેમ્બર, 2009 ના રોજ LHCના ભૌતિકશાસ્ત્ર પર સેમિનારની ઘટના પછી પ્રથમ વખત ટનલમાં લો-એનર્જી બીમ ફેલાય છે.
•  થોડા જ સમય પછી, 30 નવેમ્બરના રોજ, LHC એ 1.18 TeV પ્રતિ બીમ પ્રાપ્ત કર્યું  જે વિશ્વનું સૌથી ઊંચું ઊર્જા કણો પ્રવેગક બન્યું છે.
  2010 ના પ્રારંભિક ભાગમાં 3.5 TeV  પ્રતિ બીમ તરફ અને 30 માર્ચ, 2010 ના રોજ ઊર્જા અને પ્રારંભિક ભૌતિકશાસ્ત્ર પ્રયોગોના બીમના સતત રેમ્પ-અપને જોયું હતું,
• LHC એ સંયુક્ત ઊર્જા સ્તર પર પ્રોટોન બીમને અથડાવીને હાઇ-એનર્જી અથડામણ માટે 7 TeV નો એક નવો રેકોર્ડ સેટ કર્યો હતો.
• પ્રથમ પ્રોટોન રન 4 નવેમ્બર 2010 ના રોજ સમાપ્ત થયો. 8 નવેમ્બર 2010 ના રોજ લીડ આયન સાથેનો પ્રારંભ શરૂ થયો અને 6 ડિસેમ્બર 2010 ના રોજ સમાપ્ત થયો .
• CERN એ  મૂળરૂપે આયોજન કર્યું હતું કે 2011 ની અંત સુધીમાં ટૂંકા વિરામ સાથે (LHC) લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર 2012 ના  અંત સુધી ચાલશે.
• જેથી બીમ ઊર્જામાં 3.5 થી 4 TeV  પ્રતિ બીમ વધારો થાય. 2012 ની અંત સુધીમાં LHC ની યોજના લગભગ  7 TeV  પ્રતિ બીમની યોજનાવાળી બીમ ઊર્જામાં અપગ્રેડ કરવા માટે 2015 સુધી શટ ડાઉન કરવાની યોજના હતી.
• જુલાઈ 2012 ના અંતમાં હિગ્સ બોસનની શોધના પ્રકાશમાં, શટડાઉન પહેલાં વધારાના ડેટાને મંજૂરી આપવા માટે, 2013 ની શરૂઆતમાં કેટલાક અઠવાડિયા માટે શટડાઉન સ્થગિત કરવામાં આવ્યું હતું.

અપગ્રેડ (2013-2015)

• 13 ફેબ્રુઆરી, 2013 ના રોજ (LHC) લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર બંધ કરવા માટે તેના ઘણા પાસાઓ પર સ્પર્શ કરવામાં આવ્યો હતો.
• 14 TeV પર અથડામણ, તેના ડિટેક્ટર અને પ્રી-એસેલેરેટર્સ (પ્રોટોન સિન્ક્રોટ્રોન અને સુપર પ્રોટોન સિન્ક્રોટ્રૉન) વધારવા માટે લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર બંધ કરી દેવામાં આવ્યું હતું.

LHC -લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડરનું એક સેક્શન

રન 2: સેકન્ડ ઓપરેશનલ રન (2015-2018)

• 5 એપ્રિલ 2015 ના રોજ, લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર બે વર્ષના વિરામ પછી ફરીથી શરૂ થયુ.
• જેમાં વર્તમાન હેન્ડલને બેન્ડિંગ ચુંબક વચ્ચેના વિદ્યુત કનેક્ટર્સને 7 TeV પ્રતિ બીમ (14 TeV) માટે જરૂરી સલામત રીતે હેન્ડલ કરવા માટે અપગ્રેડ કરવામાં આવ્યા.
• 2016 માં, મશીન ઓપરેટરોએ પ્રોટોન-પ્રોટોન અથડામણ માટે તેજસ્વીતાને વધારવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું હતું.
• 2016 માં અથડામણની કુલ સંખ્યાએ રન -1 ના નંબરને ઓળંગી હતી.
• ઊંચી ઊર્જા દીઠ અથડામણમાં. પ્રોટોન-પ્રોટોન રન પ્રોટોન-લીડ અથડામણના ચાર અઠવાડિયા પછી કરવામાં આવ્યો હતો.
• 2017 માં તેજસ્વીતા વધુ વધી હતી. 2016 માં પણ અથડામણની કુલ સંખ્યા વધારે હતી.
• 2018 ની ફિઝિક્સ રન 17 એપ્રિલે શરૂ થઈ હતી અને તે 4 ડિસેમ્બરના રોજ રવાના થવાની છે, જેમાં ચાર અઠવાડિયા લીડ-લીડ અથડામણનો સમાવેશ થાય છે.

લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર ના અવલોકનો, તેનું રેકોર્ડિંગ અને એનાલિસિસ

આ પ્રયોગ જેટલો મોટો, મોઘો અને વિશાળ સંખ્યાના માણસો સાથે સંકળાયેલો છે તેટલું જ વિશાળ તેનું પરિણામ છે.

દુનિયામાં અગાઉ કોઈ એક પ્રયોગ દ્વારા મેળવેલા ડેટા (data) કરતાં કલ્પનાતીત વધુ માહિતી આ પ્રયોગોમાં મેળવાઈ છે.

માહિતીનું કદ અને પ્રકાર જોતાં, વર્ષોના વર્ષો સુધી તેનું એનાલિસિસ થયા કરવાનું છે.

પ્રત્યેક એનાલિસિસ નવી માહિતી, શોધો અને ભૌતિક વિજ્ઞાનની સમજ ઉમેરવાનું છે.

માહિતી એટલી ગૂંચવણભરી છે કે વૈશ્વિક ગ્રીડ બેઝ્ડ કમ્પ્યુટર નેટવર્ક તૈયાર કરવામાં આવેલ છે. જેથી માહિતીનું વિશ્લેષણ કરી શકાય.

શરૂઆતની ડિઝાઇનના ભાગરૂપે 15 petabytes વાર્ષિક ડેટા મળવાનું વિચરાયેલું. જે સમય જતાં વધવા પામેલ છે.

દુનિયાના 36 દેશોના 170 સ્થળોએ આ માહિતીનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે.

(આ વિષય પર બ્લોગ લખવા પ્રોત્સાહિત કરવા અને જરૂરી માહિતી પૂરી પાડવા બદલ મારા પુત્ર ભવ્ય પટેલનો આભાર)