Ang Malaking Hadron Collider ay Binubuo ng 10: Narito Bakit Nito ang Mahalaga kaysa kailanman

Sampung taon! Sampung taon simula ng pagsisimula ng mga operasyon para sa Malaking Hadron Collider (LHC), isa sa mga pinaka kumplikadong machine na nilikha kailanman. Ang LHC ay ang pinakamalaking particle accelerator sa mundo, inilibing 100 metro sa ilalim ng kanayunan ng Pransya at Swiss na may 17-milya na circumference.

Noong Setyembre 10, 2008, ang mga proton, ang sentro ng isang atom ng hydrogen, ay na-circulated sa paligid ng LHC accelerator sa unang pagkakataon. Gayunpaman, ang kaguluhan ay maikli ang buhay dahil sa Septiyembre 22 isang insidente na naganap na nasira ng higit sa 50 ng higit sa 6,000 magneto ng LHC - na mahalaga para sa pagpapanatili ng mga proton na naglalakbay sa kanilang pabilog na landas. Ang mga pag-aayos ay tumagal nang higit sa isang taon, ngunit noong Marso 2010 sinimulan ng LHC ang mga proton. Ang LHC ay ang korona hiyas ng CERN, ang European physics laboratoryo ng maliit na butil na itinatag pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig bilang isang paraan upang pagsama-samang muli at muling itayo ang agham sa digmaang Europa. Ngayon ang mga siyentipiko mula sa anim na kontinente at 100 na bansa ay nagsasagawa ng mga eksperimento doon.

Maaari kang magtaka kung ano ang ginagawa ng LHC at kung bakit ito ay isang malaking pakikitungo. Mahusay na tanong. Ang LHC ay magkakasama ng dalawang mga beam ng mga proton sa pinakamataas na enerhiya na nakamit sa isang laboratoryo. Anim na eksperimento na matatagpuan sa paligid ng 17-milya ring pag-aaral ang mga resulta ng mga banggaan na may napakalaking detektor na binuo sa underground caverns. Iyan ang anuman, ngunit bakit? Ang layunin ay upang maunawaan ang likas na katangian ng pinakasimpleng mga bloke ng uniberso at kung paano sila nakikipag-ugnayan sa bawat isa. Ito ang pundamental na agham sa pinakasimpleng nito.

Ang LHC ay hindi nabigo.Isa sa mga natuklasan na ginawa sa LHC ay kinabibilangan ng mahabang hinahangad na Higgs boson, na hinulaan noong 1964 ng mga siyentipiko na nagtatrabaho upang pagsamahin ang mga teorya ng dalawa sa mga pangunahing pwersa ng kalikasan.

Nagtatrabaho ako sa isa sa anim na eksperimento ng LHC - ang eksperimento ng Compact Muon Solenoid na idinisenyo upang matuklasan ang Higgs boson at maghanap ng mga palatandaan ng mga hindi kilalang particle o pwersa. Ang aking institusyon, Florida State University, ay sumali sa Compact Muon Solenoid collaboration noong 1994 noong ako ay isang batang mag-aaral na nagtapos sa ibang paaralan na nagtatrabaho sa ibang eksperimento sa ibang laboratoryo. Nagpaplano para sa mga petsa ng LHC pabalik sa 1984. Ang LHC ay mahirap upang bumuo at magastos - 10 bilyong euro - at kinuha 24 taon na dumating sa pagbubunga. Ngayon ay nagdiriwang kami ng 10 taon mula nang magsimulang mag-operate ang LHC.

Mga Pagtuklas Mula sa LHC

Ang pinaka makabuluhang pagtuklas na nanggagaling sa LHC sa ngayon ay ang pagkatuklas ng Higgs boson noong Hulyo 4, 2012. Ang pahayag ay ginawa sa CERN at nakuha ang isang madla sa buong mundo. Sa katunayan, pinanood namin ito ng mag-asawa sa pamamagitan ng webcast sa aming malaking screen TV sa aming living room. Dahil ang pahayag ay nasa 3 a.m. Florida oras, nagpunta kami para sa mga pancake sa IHOP upang ipagdiwang pagkatapos nito.

Ang Higgs boson ang huling natitirang piraso ng tinatawag nating pamantayang modelo ng physics ng particle. Ang teorya na ito ay sumasaklaw sa lahat ng mga kilalang pangunahing partikulo - 17 ng mga ito - at tatlong ng apat na pwersa na kung saan sila nakikipag-ugnayan, bagaman ang gravity ay hindi pa kasama. Ang pamantayang modelo ay isang di-mapaniniwalaan na mahusay na teorya. Dalawa sa anim na siyentipiko na bumuo ng bahagi ng karaniwang modelo na hinuhulaan ang Higgs boson na nanalo sa Nobel Prize noong 2013.

Madalas akong tanungin, bakit patuloy kaming nagpapatakbo ng mga eksperimento, pumutok ng mga proton, kung natuklasan na namin ang Higgs boson? Hindi ba tapos na? Well, mayroong pa rin ng maraming upang maunawaan. Mayroong maraming mga tanong na hindi sinasagot ng karaniwang modelo. Halimbawa, ang mga pag-aaral ng mga kalawakan at iba pang malalaking istraktura sa sansinukob ay nagpapahiwatig na mayroong higit na bagay na mahalaga kaysa sa pagmasdan natin. Tinatawag namin ang madilim na bagay na ito dahil hindi namin makita ito. Ang pinaka-karaniwang paliwanag sa petsa ay ang madilim na bagay ay ginawa ng isang hindi kilalang maliit na butil. Umaasa ang mga physicist na maaaring magawa ng LHC ang misteryo na butil na ito at pag-aralan ito. Iyon ay isang kamangha-manghang pagkatuklas.

Lamang noong nakaraang linggo, inihayag ng ATLAS at Compact Muon Solenoid collaborations ang unang pagmamasid ng Higgs boson decaying, o paghiwa-hiwalayin, sa ilalim ng mga quark. Ang Higgs boson ay bumulok sa maraming iba't ibang paraan - ang ilang mga bihirang, ilang karaniwang. Ang karaniwang modelo ay gumagawa ng mga hula tungkol sa kung gaano kadalas ang bawat uri ng pagkabulok ay nangyayari. Upang ganap na masubukan ang modelo, kailangan nating obserbahan ang lahat ng hinulaang mga pagdadalisay. Ang aming kamakailang pagmamasid ay sumasang-ayon sa karaniwang modelo - isa pang tagumpay.

Higit pang mga Tanong, Higit pang mga Sagot na Halika

Mayroong maraming iba pang mga palaisipan sa sansinukob at maaaring mangailangan tayo ng mga bagong teorya ng pisika upang ipaliwanag ang gayong mga phenomena - tulad ng matter / anti-matter na walang simetrya upang ipaliwanag kung bakit ang uniberso ay may higit na mahalaga kaysa sa anti-bagay, o ang hierarchy na problema upang maunawaan kung bakit Ang gravity ay kaya mas mahina kaysa sa iba pang pwersa.

Ngunit para sa akin, ang paghahanap para sa mga bagong, hindi maipaliwanag na data ay mahalaga sapagkat sa bawat oras na iniisip ng mga physicist na mayroon tayong lahat na nakilala, ang kalikasan ay nagbibigay ng isang sorpresa na humahantong sa mas malalim na pag-unawa sa ating mundo.

Patuloy na sinusubok ng LHC ang karaniwang modelo ng physics ng particle. Gustung-gusto ng mga siyentipiko ang teorya na tumutugma sa data Ngunit karaniwan nang natututo kami kung hindi nila ito ginagawa. Nangangahulugan ito na hindi namin lubos na nauunawaan kung ano ang nangyayari. At iyon, para sa marami sa atin, ang layunin ng LHC sa hinaharap: upang matuklasan ang katibayan ng isang bagay na hindi natin nauunawaan. May mga libu-libong teoriya na hulaan ang mga bagong pisika na hindi pa natin sinusunod. Alin ang tama? Kailangan namin ng pagtuklas upang matutunan kung may tama.

Plano ng CERN na ipagpatuloy ang mga operasyon ng LHC sa loob ng mahabang panahon. Nagpaplano kami ng mga pag-upgrade sa mga accelerator at mga detector upang payagan itong tumakbo sa 2035. Hindi malinaw kung sino ang unang magretiro, ako o ang LHC. Sampung taon na ang nakalilipas, kami ay sabik na naghintay sa mga unang sinag ng mga proton. Ngayon kami ay abala sa pag-aaral ng isang kayamanan ng data at pag-asa para sa isang sorpresa na humahantong sa amin down ng isang bagong landas. Narito ang pagtingin sa susunod na 20 taon.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ni Todd Adams. Basahin ang orihinal na artikulo dito.