முகப்பு அறிவியல் LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 3

LHC என்னும் துகள்முடுக்கி – பிரபஞ்ச ரகசியம் நோக்கி 3

105
0

எழுதியது: சிறி சரவணா

சென்ற பதிவில் LHC எப்படி படிப்படியாக ப்ரோட்டான் கற்றைகளை ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில் முடுக்கி அதை மோதவிட்டு, உணர்விகள் மூலம் அதனை அவதானிப்பதை பார்த்தோம். முதல்ப் பகுதிகளை வாசிக்காதவர்கள், பகுதி 1, பகுதி 2 ஐ வாசித்துவிட்டு தொடருங்கள்.

சென்ற பகுதியில் நாம் பார்த்த தொழிற்பாடுகளை LHC செய்வதற்கு, சில பல இயற்க்கைக்கு மாறான விடயங்களை இந்த LHC கொண்டிருக்கவேண்டிய தேவை ஏற்படுகிறது. அதாவது இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் மிக வேகமாக முடுக்கப்படும் போது, அவை மிக மிக வேகமாக பயணிக்கின்றன. அவ்வேளையில் அவை வளியில் உள்ள வாயு மூலக்கூறுகளுடன் மோதக்கூடிய சந்தர்ப்பம் ஏற்படும், இதனால் மொத்த பரிசோதனையும் தோல்வியைத் தழுவும். ஆக இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள் முடுக்கப்படும் குழாய்களில் இருக்கும் காற்றை பூரணமாக உறுஞ்சி வெளியேற்றி ஒரு வெற்றிடத்தை அங்கு LHC பொறியியலாளர்கள் உருவாக்குகின்றனர்.

இதற்காக மட்டும் அங்கு வளியற்ற வெற்றிடத்தை அவர்கள் அங்கு உருவாக்கவில்லை. இந்த ப்ரோட்டான் கற்றைகள், வட்ட வடிவ குழாய்களில் சுற்றிவருவதாக நாம் முன்னரே பார்த்தோம் இல்லையா? இதற்கு காரணம், வட்டப்பாதயாக அமைப்பதன்மூலம் மீண்டும் மீண்டும் கற்றைகளை சுற்றவிட்டு அவற்றின் வேகம்/சக்தியை அதிகரிக்கலாம். ஆனால் இங்கு இருக்கும் ஒரு சிக்கல், வட்டப்பாதையில் எப்படி ப்ரோட்டான் கற்றைகளை சுற்றவைப்பது? குழாய் வளையலாம், ஆனால் அதனினுள் செல்லும் ப்ரோட்டான் கற்றைகள் அந்தக் குழாயின் உள்ப்பக்க சுவற்றில் முட்டிவிடும் அல்லவா? இதற்காகத்தான் அதி சக்திவாய்ந்த காந்தப்புலத்தை LHC உருவாக்குகிறது.

LHC இன் 27km சுற்றளவு கொண்ட குழாயை 4TeV சக்திகொண்ட ப்ரோட்டான் கற்றைகள் ஒரு செக்கனில் 11,245 தடவைகள் சுற்றிவிடும்! இப்படி இவற்றின் பாதையை வட்ட வடிவில் பேன, LHC, 50 வகைகளுக்கும் மேலான காந்தங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. ஆனால் இந்தக் காந்தங்கள் எல்லாமே மின்காந்தங்களே.

atlas_magnets
LHC கற்றைக்குழாயைச் சுற்றிக் காணப்படும் பெரிய சாம்பல் நிற குழாய்கள் – அதிசக்திவாய்ந்த மின்காந்தங்கள்

LHC இன் மத்திய காந்தப்புலவாக்கி (generator) 8.4 tesla அளவுகொண்ட காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகிறது. இது பூமியின் காந்தப்புலத்தை விட 100,000 மடங்கு அதிகமான காந்தப்புலச் சக்தி. இந்த சக்தியை உருவாக்க, LHC 11,850 அம்பியர் (ampere) அளவு மின்சக்தியைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த அளவுக்கதிகமான மின்சக்தி, செல்லும் கம்பிகளில் இருக்கும் தடையால் குறைவடைந்து வீணாகாமல் இருக்க, மீகடத்திகளை (superconductors) பயன்படுத்துகின்றனர். இது, மின்சக்தியானது, சக்தியிழப்பு இல்லாமல் இந்தக் கம்பிகளில் பயணிக்க உதவுகிறது. ஆனால் மீகடத்திகள் அறைவெப்பநிலையில் (room temperature) சாத்தியமில்லையே!

இந்த திறன்மிக்க மின்காந்தங்கள் உருவாக, அதாவது மீகடத்திகளை உருவாக்க, LHC, இந்த மின்காந்தங்களை 1.9K வெப்பநிலைக்கு கொண்டுசெல்கிறது. 1.9K வெப்பநிலை என்பது, -271.3 பாகை செல்சியஸ். இது விண்வெளியின் வெப்பநிலையை (2.7 K அல்லது -270.5 பாகை செல்சியஸ்) விடக்குறைவு.

இப்படி 1.9K யாக வெப்பநிலையைக்குறைக்க, 120 டன் ஹீலியம் மற்றும் 40MW மின்சக்தி பயன்படுகிறது! நியோபியம்-டைடானியம் என்ற கலப்புலோகத்தால் (alloy) ஆன இந்த, மின்காந்த மின்கம்பிகள், இந்த குறைந்த வெப்பநிலையில் மீகடத்திகளாக தொழிற்படுவதால், அளவுக்கதிகமாக வெப்பமாதல் மற்றும் மின்சக்தி இழப்பு என்பன தவிர்க்கப்படுகிறது.

இப்படியான கடும் குளிர்ச்சி முறையை, படிப்படியாக LHC செய்கிறது. முதலில், ஹீலியத்தை 80K அளவு வெப்பநிலைக்கு குளிர்விக்க, 10,000 டன் திரவ நைதரசன் (liquid nitrogen) பயன்படுகிறது. பின்னர் விசையாழிகளை (turbines)  பயன்படுத்தி மேலும் ஹீலியத்தின் வெப்பநிலை 4.5K (-268.7 பாகை செல்சியஸ்) வரை குறைக்கப்படுகிறது. அதன் பின்னர் இவை மின்காந்த அமைப்பினுள் செலுத்தப்பட்டு அங்கே விசேட குளிரூட்டி மூலம், 1.9K வரை ஹீலியத்தின் வெப்பநிலை குறைக்கப்படுகிறது.

முன்னரே LHCயில் வெற்றிடத்தை உருவாகுவதற்கு காரணம், ப்ரோட்டான் கற்றைகள் வளியில் உள்ள மூலக்கூறுகளுடன் மோதாமல் இருப்பதற்கு மட்டும் அல்ல என்று கூறினேன் அல்லவா, அடுத்த காரணம் இதுதான், அதாவது இப்படி மிக மிக குறைந்த வெப்பநிலையில் பேணப்படும் மின்காந்தங்கள், அவற்றைச் சுற்றியுள்ள அறைவெப்பநிலையில் இருக்கும் வளியுடன் தொடுகையுற்றால், அது இந்த மின்கந்தகளில் வெப்பநிலையை அதிகரிக்கச் செய்துவிடும், அதனால் இந்த மின்காந்தங்களுக்கும், வெளிப்பகுதிக்கும் இடையில் வெற்றிடத்தை உருவாக்கியுள்ளனர். இந்த வெற்றிடம், வெப்பக்காவுகையை (heat transfer) தடுக்கிறது.

இப்போது முழுமையாக LHC தொழிற்படும் விதத்தையும், அதற்கு அது எவ்வாறான கருவிகளையும், முறைகளையும் பயன்படுத்துகின்றது என்று பார்த்தோம், அடுத்தபதிவில், இந்த LHC என்னவிதமான பரிசோதனைகளை மேற்கொள்கின்றது என்றும், இது இயற்கையின் ரகசியங்களில் எவற்றையெல்லாம் வெளிச்சம் போட்டுக்காட்டியுள்ளது என்றும் பார்க்கலாம்.

தொடரும்…