Lielais Hadron Collider pagrieziens 10: Lūk, kāpēc tā ir svarīgāka nekā jebkad

Desmit gadi! Desmit gadus kopš Lielā Hadrona Collider (LHC) darbības uzsākšanas viens no sarežģītākajiem jebkad izveidotajiem mehānismiem. LHC ir pasaules lielākais daļiņu paātrinātājs, kas aprakts 100 metrus zem Francijas un Šveices laukiem ar 17 jūdžu apkārtmēru.

2008. gada 10. septembrī pirmoreiz ap LHC akseleratoru tika izplatīti ūdeņraža atoma centra protoni. Tomēr uztraukums bija īss mūžs, jo 22. septembrī notika negadījums, kas bojāja vairāk nekā 50 LHC vairāk nekā 6000 magnētus, kas ir kritiski svarīgi, lai protoni varētu pārvietoties pa apļveida ceļu. Remonts notika vairāk nekā gadu, bet 2010. gada martā LHC sāka sadursmes protonus. LHC ir CERN, Eiropas daļiņu fizikas laboratorijas, kas tika nodibināta pēc Otrā pasaules kara, karaļa dārgakmens, kas ir veids, kā atkal apvienot un atjaunot zinātni kara plosītajā Eiropā. Tagad pētnieki no sešiem kontinentiem un 100 valstīm veic eksperimentus.

Jums varētu būt jautājums, ko LHC dara un kāpēc tas ir liels darījums. Lieliski jautājumi. LHC sadala divus protonu starus kopā ar augstāko enerģiju, kas jebkad ir sasniegta laboratorijā. Seši eksperimenti, kas atrodas ap 17 jūdžu gredzenu, pēta šo sadursmju rezultātus ar masveida detektoriem, kas uzcelti pazemes dobumos. Tas ir, bet kāpēc? Mērķis ir izprast visuma pamata elementu būtību un to, kā viņi savstarpēji mijiedarbojas. Tā ir fundamentālā zinātne, kas ir vissvarīgākā.

LHC nav vīlušies.Viens no atklājumiem, kas veikti ar LHC, ietver ilgi meklēto Higga bosonu, ko 1964. gadā paredzēja zinātnieki, kas strādā, lai apvienotu divu dabas pamatelementu teorijas.

Es strādāju pie viena no sešiem LHC eksperimentiem - Compact Muon Solenoid eksperimentu, kas paredzēts Higgs bosona atklāšanai un agrāk nezināmu daļiņu vai spēku pazīmju meklēšanai. Mana iestāde, Floridas štata universitāte, pievienojās Compact Muon Solenoid sadarbībai 1994. gadā, kad es biju jauns absolvents citā skolā, kas strādā citā eksperimentā citā laboratorijā. LHC plānošana aizsākās 1984. gadā. LHC bija grūti veidot un dārgi - 10 miljardus eiro - un bija vajadzīgs 24 gadi. Tagad mēs svinam 10 gadus, kopš LHC sāka darboties.

Atklājumi no LHC

Visnozīmīgākais atklājums no LHC līdz šim ir Higga bosona atklāšana 2012. gada 4. jūlijā. Paziņojums tika veikts CERN un aizrauj pasaules auditoriju. Patiesībā mana sieva un es noskatījos to, izmantojot tīmekļa pārraidi mūsu lielā ekrāna TV mūsu dzīvojamā istabā. Tā kā paziņojums bija Florida pulksten 3:00, mēs devāmies uz pankūkām IHOP, lai pēc tam svinētu.

Higga bosons bija pēdējais atlikušais gabals, ko mēs saucam par daļiņu fizikas standarta modeli. Šī teorija aptver visas pazīstamās fundamentālās daļiņas - no tām 17 - un trīs no četriem spēkiem, caur kuriem viņi mijiedarbojas, lai gan gravitācija vēl nav iekļauta. Standarta modelis ir neticami labi pārbaudīta teorija. Divi no sešiem zinātniekiem, kuri izstrādāja standarta modeļa daļu, kas prognozē Higga bosonu, 2013. gadā ieguva Nobela prēmiju.

Man bieži tiek jautāts, kāpēc mēs turpinām eksperimentus, sagraujot kopā protonus, ja mēs jau esam atklājuši Higgsa bosonu? Vai mēs neesam darījuši? Nu, vēl ir daudz jāsaprot. Pastāv vairāki jautājumi, uz kuriem standarta modelis neatbild. Piemēram, galaktiku un citu lielformāta struktūru izpēte Visumā norāda, ka tur ir daudz vairāk jautājumu, nekā mēs novērojam. Mēs to saucam par tumšo materiālu, jo mēs to nevaram redzēt. Līdz šim visizplatītākais skaidrojums ir tāds, ka tumšā viela ir izgatavota no nezināmas daļiņas. Fiziķi cer, ka LHC varēs radīt šo mystery daļiņu un to izpētīt. Tas būtu pārsteidzošs atklājums.

Tikai pagājušajā nedēļā ATLAS un Compact Muon Solenoid sadarbība paziņoja par pirmo Higga bosona bojāeju vai sadalīšanos apakšējās kvarkās. Higga bosons mazinās dažādos veidos - daži reti, daži bieži. Standarta modelis sniedz prognozes par to, cik bieži notiek katrs sabrukšanas veids. Lai pilnībā pārbaudītu modeli, mums ir jāievēro visi paredzamie bojājumi. Mūsu nesenais novērojums atbilst standarta modelim - vēl viens panākums.

Vairāk jautājumu, atbildes uz nākamo

Visumā ir daudzas citas mīklas, un mēs varam pieprasīt jaunas fizikas teorijas, lai izskaidrotu šādas parādības - piemēram, materiāla / antisubjektijas asimetrija, lai izskaidrotu, kāpēc visumam ir lielāka nozīme nekā antisubjektam, vai hierarhijas problēma, lai saprastu, kāpēc smagums ir tik daudz vājāks par citiem spēkiem.

Manuprāt, jaunu, neizskaidrojamu datu meklējumi ir svarīgi, jo katru reizi, kad fiziķi domā, ka tas viss ir sapratuši, daba sniedz pārsteigumu, kas noved pie dziļākas izpratnes par mūsu pasauli.

LHC turpina pārbaudīt daļiņu fizikas standarta modeli. Zinātnieki mīl, kad teorija atbilst datiem. Bet mēs parasti uzzinām vairāk, kad viņi to nedara. Tas nozīmē, ka mēs pilnībā nesaprotam, kas notiek. Un tas daudziem no mums ir LHC nākotnes mērķis: atklāt pierādījumus par to, ko mēs nesaprotam. Ir tūkstošiem teoriju, kas paredz jaunu fiziku, ko mēs neesam ievērojuši. Kas ir pareizi? Mums ir nepieciešams atklājums, lai uzzinātu, vai tie ir pareizi.

CERN plāno ilgstoši turpināt LHC darbību. Mēs plānojam jauninājumus uz paātrinātāju un detektoriem, lai ļautu tai darboties līdz 2035. gadam. Nav skaidrs, kurš vispirms aiziet pensijā, mani vai LHC. Pirms desmit gadiem mēs ar nepacietību gaidījām pirmās protonu sijas. Tagad mēs esam aizņemti, pētot daudzus datus un ceram uz pārsteigumu, kas mūs novedīs pie jauna ceļa. Lūk, gaidot nākamos 20 gadus.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Todd Adams sarunā The Conversation. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.