Veľké Hadron Collider 10: Tu je dôvod, prečo je to dôležitejšie ako kedykoľvek predtým

Desať rokov! Desať rokov od začiatku prevádzky pre Large Hadron Collider (LHC), jeden z najkomplexnejších strojov, aký kedy bol vytvorený. LHC je najväčší urýchľovač častíc na svete, pochovaný 100 metrov pod francúzskou a švajčiarskou krajinou s obvodom 17 míľ.

10. septembra 2008 sa okolo LHC urýchľovača prvý krát cirkulovali protóny, centrum atómu vodíka. Avšak vzrušenie bolo krátkodobé, pretože 22. septembra došlo k incidentu, ktorý poškodil viac ako 50 z viac ako 6 000 magnetov LHC - ktoré sú kritické pre udržanie protónov na ich kruhovej dráhe. Opravy trvali viac ako rok, ale v marci 2010 začali LHC kolidovať protóny. LHC je korunným klenotom CERN, európskeho laboratória fyziky častíc, ktoré bolo založené po druhej svetovej vojne ako spôsob zjednotenia a prestavby vedy vo vojne roztrhanej Európe. Teraz tam vedia vedci zo šiestich kontinentov a 100 krajín.

Možno sa čudujete, čo robí LHC a prečo je to veľký problém. Veľké otázky. LHC zráža dva lúče protónov spolu pri najvyšších energiách v laboratóriu. Šesť experimentov umiestnených okolo 17-míľového kruhu skúmalo výsledky týchto zrážok s masívnymi detektormi zabudovanými v podzemných jaskyniach. Čo je to, ale prečo? Cieľom je pochopiť podstatu najzákladnejších stavebných prvkov vesmíru a vzájomnú interakciu. Toto je základná veda na svojej najzákladnejšej úrovni.

LHC nesklame.Jeden z objavov s LHC obsahuje dlho hľadaný Higgsov bozón, ktorý v roku 1964 predpovedali vedci, ktorí pracujú na kombinovaní teórií dvoch základných síl prírody.

Pracujem na jednom zo šiestich experimentov LHC - experimentu Compact Muon Solenoid, ktorého cieľom je objaviť Higgsov bozón a hľadať znaky predtým neznámych častíc alebo síl. Moja inštitúcia na Floridskej štátnej univerzite sa pripojila k spolupráci Compact Muon Solenoid v roku 1994, keď som bol mladý absolvent v inej škole pracujúcej na inom experimente v inom laboratóriu. Plánovanie pre LHC sa datuje do roku 1984. LHC bolo ťažké vybudovať a drahé - 10 miliárd eur - a trvalo 24 rokov. Teraz oslavujeme 10 rokov od začiatku prevádzky LHC.

Objavy z LHC

Najdôležitejším objavom, ktorý pochádza z LHC, je objav Higgsovho bosonu 4. júla 2012. Oznámenie bolo urobené v CERN a zaujalo celosvetové publikum. V skutočnosti, moja žena a ja sme ju sledovali cez webcast na našej veľkej obrazovke v našej obývačke. Od oznámenia o 3. hodine na Floride sme šli na palacinky na IHOP, aby sme potom oslavovali.

Higgsov bozón bol posledný zostávajúci kus toho, čo nazývame štandardným modelom časticovej fyziky. Táto teória pokrýva všetky známe základné častice - 17 z nich - a tri zo štyroch síl, ktorými pôsobia, hoci gravitácia ešte nie je zahrnutá. Štandardný model je neuveriteľne dobre testovaná teória. Dvaja zo šiestich vedcov, ktorí vyvinuli časť štandardného modelu, ktorý predpovedá Higgsov bozón, získali v roku 2013 Nobelovu cenu.

Často sa pýtam, prečo pokračujeme v experimentovaní a rozbíjame spolu protóny, ak sme už objavili Higgsov bozón? Nie sme hotovo? No, stále je tu veľa vecí, ktoré treba pochopiť. Existuje niekoľko otázok, ktoré štandardný model neodpovedá. Napríklad štúdie galaxií a iných veľkoplošných štruktúr vo vesmíre naznačujú, že tam je omnoho viac vecí, ako pozorujeme. Túto temnú hmotu nazývame, pretože ju nevidíme. Najbežnejším vysvetlením je, že temná hmota je vytvorená z neznámej častice. Fyzici dúfajú, že LHC môže byť schopný túto záhadnú časticu vytvoriť a študovať. To by bol úžasný objav.

Len minulý týždeň, spolupráca ATLAS a Compact Muon Solenoid oznámila prvé pozorovanie rozpadu Higgsovho bozónu alebo rozbitia na spodné kvarky. Higgsov bozón sa rozpadá mnohými rôznymi spôsobmi - niektoré zriedkavé, niektoré spoločné. Štandardný model robí predpovede o tom, ako často sa každý typ rozpadu stane. Aby sme model plne otestovali, musíme pozorovať všetky predpovedané rozpady. Naše nedávne pozorovanie je v súlade so štandardným modelom - ďalším úspechom.

Ďalšie otázky, viac odpovedí Come

Vo vesmíre je veľa iných hádaniek a my môžeme požadovať nové teórie fyziky, aby sme vysvetlili takéto javy - napríklad hmotno-anti-hmotná asymetria, aby sme vysvetlili, prečo má vesmír viac hmoty ako anti-hmota, alebo problém hierarchie pochopiť prečo gravitácia je omnoho slabšia ako ostatné sily.

Hľadanie nových, nevysvetliteľných údajov je však pre mňa dôležité, pretože zakaždým, keď si fyzici myslia, že sme to všetko vymysleli, príroda poskytuje prekvapenie, ktoré vedie k hlbšiemu pochopeniu nášho sveta.

LHC pokračuje v testovaní štandardného modelu časticovej fyziky. Vedci milujú, keď sa teória zhoduje s údajmi. Ale zvyčajne sa učíme viac, keď nie. To znamená, že nerozumieme tomu, čo sa deje. A to je pre mnohých z nás budúcim cieľom LHC: objaviť dôkazy o čom nerozumieme. Existujú tisíce teórií, ktoré predpovedajú novú fyziku, ktorú sme nepozorovali. Ktoré sú správne? Potrebujeme objav, aby sme sa naučili, či sú nejaké správne.

CERN plánuje dlhodobo pokračovať v prevádzke LHC. Plánujeme upgrady na akcelerátor a detektory, aby sme mohli prejsť do roku 2035. Nie je jasné, kto najprv odíde do dôchodku, ja alebo LHC. Pred desiatimi rokmi sme netrpezlivo očakávali prvé lúče protónov. Teraz sme zaneprázdnení štúdiom bohatstva údajov a dúfame, že nás prekvapí nové smerovanie. Tešíme sa na ďalších 20 rokov.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Todda Adamsa. Prečítajte si pôvodný článok.