Veliki hadronski sudarač okreće 10 godina: Evo zašto je važnije od ikada

Deset godina! Deset godina od početka rada za Veliki hadronski sudarač (LHC), jedan od najsloženijih strojeva ikad stvorenih. LHC je najveći svjetski akcelerator čestica, zakopan 100 metara ispod francuske i švicarske okolice s 17 milja opsega.

Dana 10. rujna 2008. godine, protoni, središte vodikovog atoma, su po prvi put kružili oko LHC akceleratora. Međutim, uzbuđenje je bilo kratkotrajno jer se 22. rujna dogodio incident koji je oštetio više od 50 LHC-ovih više od 6.000 magneta - koji su ključni za održavanje protona koji putuju na njihovoj kružnoj stazi. Popravci su trajali više od godinu dana, ali u ožujku 2010. LHC je počeo sudariti protone. LHC je krunski dragulj CERN-a, europskog laboratorija za fiziku čestica koji je osnovan nakon Drugog svjetskog rata kao način za ponovno ujedinjenje i obnovu znanosti u Europi razorenoj ratom. Sada znanstvenici s šest kontinenata i 100 zemalja tamo provode pokuse.

Možda se pitate što LHC čini i zašto je to velika stvar. Velika pitanja. LHC sudara dvije grede protona zajedno na najvišim energijama ikad postignutim u laboratoriju. Šest eksperimenata koji se nalaze oko prstena od 17 milja proučavaju rezultate tih sudara s masivnim detektorima izgrađenim u podzemnim pećinama. To je ono što, ali zašto? Cilj je razumjeti prirodu najosnovnijih građevnih elemenata svemira i kako oni međusobno djeluju. To je temeljna znanost u svojoj najosnovnijoj.

LHC nije razočarao.Jedno od otkrića LHC-a uključuje dugo traženi Higgsov bozon, kojeg su 1964. godine predvidjeli znanstvenici koji su radili na kombiniranju teorija dviju temeljnih prirodnih sila.

Radim na jednom od šest LHC pokusa - eksperimentu Compact Muon Solenoid koji je osmišljen kako bi otkrio Higgsov bozon i tražio znakove prethodno nepoznatih čestica ili sila. Moja institucija, Državno sveučilište Florida, pridružila se suradnji Compact Muon Solenoid 1994. godine, kada sam bio mladi student druge škole u drugoj školi radeći na drugom eksperimentu u drugom laboratoriju. Planiranje LHC-a datira iz 1984. godine. LHC je bio teško graditi i skupo - 10 milijardi eura - i trebalo mu je 24 godine da se ostvari. Sada slavimo 10 godina od početka LHC-a.

Otkrića iz LHC-a

Najznačajnije otkriće koje je do sada došao iz LHC-a je otkriće Higgsovog bozona 4. srpnja 2012. Najava je napravljena u CERN-u i osvojila svjetsku publiku. Zapravo, moja supruga i ja gledali smo je putem web-prijenosa na našem velikom ekranu u našoj dnevnoj sobi. Budući da je najava bila u 3 sata ujutro po Floridi, otišli smo na palačinke u IHOP kako bismo proslavili nakon toga.

Higgsov bozon bio je posljednji preostali dio onoga što nazivamo standardnim modelom fizike čestica. Ova teorija pokriva sve poznate fundamentalne čestice - njih 17 - i tri od četiri sile kroz koje one djeluju, iako gravitacija još nije uključena. Standardni model je nevjerojatno dobro testirana teorija. Dva od šest znanstvenika koji su razvili dio standardnog modela koji predviđa Higgsov bozon osvojio je Nobelovu nagradu 2013. godine.

Često me pitaju, zašto nastavljamo s eksperimentima, razbijajući protone zajedno, ako smo već otkrili Higgsov bozon? Nismo li učinili? Pa, još uvijek ima puno toga za razumjeti. Postoji niz pitanja na koja standardni model ne odgovara. Na primjer, studije galaksija i drugih velikih struktura u svemiru ukazuju da postoji mnogo više materije nego što promatramo. Tu tamnu materiju zovemo jer je ne možemo vidjeti. Najčešće objašnjenje do sada je da se tamna tvar sastoji od nepoznate čestice. Fizičari se nadaju da će LHC biti u stanju proizvesti ovu zagonetnu česticu i proučiti je. To bi bilo nevjerojatno otkriće.

Samo prošli tjedan, ATLAS i Compact Muon Solenoid suradnje najavili su prvo promatranje raspadanja ili raspadanja Higgsovog bozona u donje kvarkove. Higgsov bozon propada na mnogo različitih načina - neki rijetki, neki uobičajeni. Standardni model predviđa koliko često se događa svaka vrsta propadanja. Da bismo u potpunosti testirali model, moramo promatrati sve predviđene propadanja. Naše nedavno zapažanje u skladu je sa standardnim modelom - još jedan uspjeh.

Više pitanja, više odgovora

Postoji mnogo drugih zagonetki u svemiru i možemo zahtijevati nove teorije fizike da objasnimo takve fenomene - kao što je asimetrija materije / anti-materije da objasni zašto svemir ima više stvari nego anti-materija, ili problem hijerarhije da shvati zašto gravitacija je toliko slabija od drugih sila.

Ali za mene je potraga za novim, neobjašnjenim podacima važna jer svaki put kad fizičari misle da smo sve to shvatili, priroda pruža iznenađenje koje vodi dubljem razumijevanju našeg svijeta.

LHC nastavlja testirati standardni model fizike čestica. Znanstvenici vole kad teorija odgovara podacima. Ali obično učimo više kad ne znaju. To znači da ne razumijemo u potpunosti što se događa. A to je, za mnoge od nas, budući cilj LHC-a: otkriti dokaze o nečemu što ne razumijemo. Postoje tisuće teorija koje predviđaju novu fiziku koju nismo promatrali. Koji su u pravu? Trebamo otkriće da bismo saznali jesu li ispravni.

CERN planira nastaviti LHC operacije dugo vremena. Planiramo nadogradnju akceleratora i detektora kako bi se omogućilo prolazak kroz 2035. Nije jasno tko će se prvo povući, ja ili LHC. Prije deset godina smo nestrpljivo čekali prve grede protona. Sada smo zauzeti proučavanjem bogatstva podataka i nadamo se iznenađenju koje nas vodi novim putem. Radujemo se sljedećih 20 godina.

Ovaj članak je izvorno objavljen na razgovoru Todda Adamsa. Pročitajte izvorni članak ovdje.