Nagy Hadron Collider 10-es fordulat: Itt van, miért fontosabb, mint valaha

Tíz év! Tíz évvel a Large Hadron Collider (LHC) működésének megkezdése óta az egyik legbonyolultabb gép. Az LHC a világ legnagyobb részecske-gyorsítója, amely 100 méterrel a francia és a svájci vidékre van eltemetve, 17 mérföldes kerületgel.

2008. szeptember 10-én a hidrogénatom közepén lévő protonokat elsőként keringtették az LHC gyorsító körül. Azonban az izgalom rövid élettartamú volt, mert szeptember 22-én történt egy olyan esemény, amely több mint 50 LHC több mint 6000 mágnesét károsította - amelyek kritikusak ahhoz, hogy a protonok körkörös úton haladjanak. A javítások több mint egy évet vettek igénybe, de 2010 márciusában az LHC elkezdte összeütközni a protonokat. Az LHC a CERN, a második világháború után létrehozott európai részecske-fizikai laboratórium koronázási ékköve, amely a háborús Európában a tudomány újraegyesítése és újjáépítése. Most hat kontinens és 100 ország tudósai végeznek kísérleteket.

Lehet, hogy kíváncsi, hogy mit csinál az LHC, és miért ez egy nagy ügy. Nagy kérdések. Az LHC két proton gerendát ütközik össze a laboratóriumban valaha elért legnagyobb energiákkal. A 17 mérföldes körgyűrű körüli hat kísérlet a földalatti barlangokban épített masszív detektorokkal végzett ütközések eredményeit vizsgálja. Ez az, de miért? A cél az, hogy megértsük az univerzum legalapvetőbb építőköveinek természetét és hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Ez az alapvető tudomány a legalapvetőbb.

Az LHC nem csalódott.Az LHC-vel végzett egyik felfedezés magában foglalja a Higgs-boszont, amelyet 1964-ben a tudósok a természettudományok két alapvető elméletének ötvözésével dolgoznak.

A hat LHC kísérlet egyikén dolgozom - a Higgs bozon felfedezésére tervezett Compact Muon Solenoid kísérlet, és a korábban ismeretlen részecskék vagy erők jeleinek keresése. Az intézményem, a Florida Állami Egyetem, 1994-ben csatlakozott a Compact Muon Solenoid együttműködéshez, amikor egy másik iskolában végzett másik végzős hallgató voltam, aki egy másik kísérleten dolgozott egy másik laboratóriumban. Az LHC tervezése 1984-re nyúlik vissza. Az LHC-t nehéz építeni és drága - 10 milliárd eurót -, és 24 évet vett igénybe. Most 10 évvel ünnepeljük az LHC működésének kezdetét.

Felfedezések az LHC-ből

A legjelentősebb felfedezés az LHC-ről eddig a Higgs-boszon felfedezése volt 2012. július 4-én. A bejelentést a CERN-en tették, és elragadták a világ közönségét. Valójában, a feleségem és én nézte, hogy a webcast-on keresztül a nagyképernyős TV-n a nappaliban. Mivel a bejelentés Floridában 3 órakor volt, az IHOP palacsintáit megünnepeltük, hogy megünnepeljük.

A Higgs boszon volt az utolsó megmaradt darab, amit a részecskefizika standard modelljének nevezünk. Ez az elmélet magában foglalja az összes ismert alapvető részecskét - közülük 17-et - és a négy erő közül három, amelyeken keresztül kölcsönhatásba lépnek, bár a gravitáció még nincs benne. A standard modell hihetetlenül jól tesztelt elmélet. A Higgs-boszont előrejelző hat modellt fejlesztő hat tudós közül kettő 2013-ban nyerte el a Nobel-díjat.

Gyakran megkérdezem, miért folytatjuk a kísérleteket, és összeomlik a protonokat, ha már felfedezzük a Higgs bozont? Nem csináltuk? Nos, még mindig sok a megértendő. Számos kérdés van, amit a standard modell nem válaszol. Például a galaxisok és az univerzum más nagyméretű struktúráinak tanulmányozása azt jelzi, hogy sokkal több dolog van ott, mint amit megfigyelünk. Ezt sötét anyagnak nevezzük, mivel nem látjuk. A legelterjedtebb magyarázat az, hogy a sötét anyag ismeretlen részecskékből készül. A fizikusok remélik, hogy az LHC képes lesz előállítani ezt a rejtélyes részecskét és tanulmányozni. Ez egy csodálatos felfedezés lenne.

A múlt héten az ATLAS és a Compact Muon Solenoid együttműködések bejelentették, hogy a Higgs boszon elsüllyedt vagy szétesik az alsó kvarkokra. A Higgs bozon sokféle módon bomlik - néhány ritka, néhány gyakori. A szabványos modell előrejelzést ad arról, hogy az egyes bomlási típusok milyen gyakran történnek. A modell teljes teszteléséhez be kell tartanunk az összes előrejelzett bomlást. A legutóbbi megfigyelésünk megegyezik a szabványos modellvel - újabb siker.

További kérdések, több válasz a Come-nak

Sok más rejtvény van az univerzumban, és szükség lehet új fizikai elméletekre, hogy megmagyarázzuk az ilyen jelenségeket - mint például az anyag / anti-anyag aszimmetria, hogy megmagyarázzuk, miért van az univerzumnak több dolog, mint az anti-anyag, vagy a hierarchia problémája, hogy megértsük, miért a gravitáció annyira gyengébb, mint a többi erő.

Számomra azonban az új, megmagyarázhatatlan adatok keresése fontos, mert minden alkalommal, amikor a fizikusok úgy gondolják, hogy mindannyian rájöttünk, a természet meglepetés, ami világunk mélyebb megértéséhez vezet.

Az LHC továbbra is teszteli a részecskefizika standard modelljét. A tudósok szeretnek, amikor az elmélet megfelel az adatoknak. De általában többet tudunk meg, ha nem. Ez azt jelenti, hogy nem értjük, mi történik. És ez sokan közülünk az LHC jövőbeli célja: hogy felfedezzünk valamit, amit nem értünk. Több ezer olyan elmélet létezik, amely az új fizikát előre jelzi. Melyik igaz? Meg kell találnunk egy felfedezést, hogy megtudjuk, hogy vannak-e helyesek.

A CERN tervezi az LHC műveletek hosszú távú folytatását. A gyorsítóra és az érzékelőkre frissítéseket tervezünk annak érdekében, hogy 2035-ig futhasson. Nem világos, hogy ki fog nyugdíjba vonulni, én vagy az LHC. Tíz évvel ezelőtt aggódva vártuk a protonok első gerendáit. Most már rengeteg adatot tanulmányozunk, és reménykedünk egy olyan meglepetésre, amely új utat vezet. A következő 20 évre várjuk.

Ezt a cikket eredetileg Todd Adams The Conversation című kiadványában tették közzé. Olvassa el az eredeti cikket itt.