גדול Hadron Collider מסתובב 10: הנה למה חשוב שלה יותר מתמיד

A Decade of Discoveries at the Large Hadron Collider

A Decade of Discoveries at the Large Hadron Collider

תוכן עניינים:

Anonim

עשר שנים! עשר שנים מאז תחילת הפעילות של גדול Hadron Collider (LHC), אחד המכונות המורכבות ביותר שנוצרו אי פעם. LHC הוא מאיץ החלקיקים הגדול ביותר בעולם, קבור 100 מטר תחת הכפר הצרפתי השוויצרי עם היקף 17 קילומטר.

ב -10 בספטמבר 2008, פרוטונים, מרכז אטום מימן, הופצו סביב מאיץ LHC בפעם הראשונה. עם זאת, ההתרגשות היתה קצרת ימים, כי ב -22 בספטמבר אירעה תקרית שפגעה ביותר מ -50 ממגנטים של LHC יותר מ -6,000 - שהם קריטיים לשמירת הפרוטונים על מסלולם המעגלי. תיקונים לקח יותר משנה, אבל במרץ 2010 LHC החלו מתנגשים פרוטונים. ה- LHC הוא תכשיט הכתר של CERN, המעבדה האירופית לפיסיקת החלקיקים שהוקמה לאחר מלחמת העולם השנייה כדרך לאיחוד מחדש של המדע באירופה הקרובה למלחמה. עכשיו מדענים משש יבשות ו -100 מדינות לערוך ניסויים שם.

ייתכן שאתה תוהה מה LHC עושה ולמה זה עניין גדול. שאלות גדולות. ה- LHC מתנגש בשתי קרני פרוטונים יחד באנרגיות הגבוהות ביותר שהושגו אי פעם במעבדה. שישה ניסויים הממוקמים סביב טבעת 17 מייל לחקור את התוצאות של התנגשויות אלה עם גלאים מסיבי בנוי במערות תת קרקעי. זה מה, אבל למה? המטרה היא להבין את הטבע של אבני הבניין הבסיסיים ביותר של היקום וכיצד הם פועלים זה עם זה. זהו המדע הבסיסי הבסיסי ביותר שלה.

LHC לא מאוכזב.אחת התגליות שנעשו עם LHC כוללת את הבוזון היגס המבוקש, שנחזה ב -1964 על ידי מדענים העובדים בשילוב תיאוריות של שניים מכוחות היסוד של הטבע.

אני עובד על אחד משישה ניסויים של LHC - הניסוי קומפקט מיאון סולנואיד שנועד לגלות את בוזון היגס ולחפש סימנים של חלקיקים או כוחות לא ידועים קודם לכן. המוסד שלי, אוניברסיטת פלורידה, הצטרף לשיתוף הפעולה של קומפקט מיאון סולנואיד ב -1994, כשהייתי סטודנט לתואר שני צעיר בבית ספר אחר שעבד על ניסוי אחר במעבדה אחרת. התכנון עבור LHC שתחילתה בשנת 1984. LHC היה קשה לבנות ויקר - 10 מיליארד אירו - ולקח 24 שנים לבוא לידי ביטוי. עכשיו אנחנו חוגגים 10 שנים מאז LHC החלה לפעול.

תגליות מן LHC

התגלית המשמעותית ביותר שתגיע מה- LHC עד כה היא גילויו של בוזון היגס ב -4 ביולי 2012. ההודעה התקבלה ב- CERN ושובה קהל ברחבי העולם. למעשה, אשתי ואני צפיתי בו באמצעות שידור אינטרנט על מסך טלוויזיה גדול שלנו בסלון שלנו. מאז ההודעה היתה בשעה 3 לפנות בוקר פלורידה, הלכנו על פנקייקס ב- IHOP כדי לחגוג לאחר מכן.

בוזון היגס היה החלק האחרון שנותר מה שאנו מכנים המודל הסטנדרטי של פיסיקת החלקיקים. תיאוריה זו מכסה את כל החלקיקים הבסיסיים הידועים - 17 מהם - ושלושה מארבעת הכוחות שדרכם הם פועלים, למרות שכוח הכבידה עדיין לא נכלל. המודל הסטנדרטי הוא תיאוריה נבדקת היטב. שניים מששת המדענים שפיתחו את החלק של המודל הסטנדרטי, המנבא את בוזון היגס זכה בפרס נובל ב -2013.

לעתים קרובות שואלים אותי, מדוע אנו ממשיכים להריץ ניסויים, לנפץ פרוטונים, אם כבר גילינו את בוזון היגס? אנחנו לא עושים? ובכן, יש עדיין הרבה להבין. ישנן מספר שאלות שהמודל הסטנדרטי אינו עונה עליהן. לדוגמה, מחקרים על גלקסיות ומבנים גדולים אחרים ביקום מצביעים על כך שיש שם הרבה יותר עניין ממה שאנו רואים. אנחנו מכנים את החומר האפל הזה, כי אנחנו לא יכולים לראות אותו. ההסבר הנפוץ ביותר כיום הוא שהחומר האפל מורכב מחלקיק לא ידוע. פיסיקאים מקווים כי LHC עשוי להיות מסוגל לייצר את החלקיקים מסתורין ולחקור אותו. זו תהיה תגלית מדהימה.

רק בשבוע שעבר, שיתופי הפעולה של ה- ATLAS ו- Compact Muon Solenoid הודיעו על התצפית הראשונה על הבוזון היגס שהתפורר, או התמוטט, לתוך קווארקים תחתונים. היוזס בוזון מתפורר בדרכים רבות ושונות - חלקן נדירות, חלקן נפוצות. המודל הסטנדרטי עושה תחזיות לגבי התדירות שבה כל סוג של ריקבון קורה. כדי לבחון את המודל באופן מלא, עלינו להתבונן בכל ההתפוררויות הצפויות. התצפית האחרונה שלנו היא בהסכמה עם המודל הסטנדרטי - הצלחה נוספת.

עוד שאלות, יותר תשובות לבוא

יש הרבה פאזלים אחרים ביקום, ואנו עשויים לדרוש תיאוריות חדשות בפיזיקה כדי להסביר תופעות כאלו - כגון חומר / אסימטריה של חומר שאינו מסביר מדוע יש ליקום חשיבות רבה יותר מאשר נגד חומר, או בעיה של היררכיה להבין מדוע כוח הכבידה חלש בהרבה מהכוחות האחרים.

אבל בשבילי, החיפוש אחר נתונים חדשים, בלתי מוסברים הוא חשוב, כי בכל פעם שהפיסיקאים חושבים שיש לנו את כל זה הבנתי, הטבע מספק הפתעה שמובילה להבנה עמוקה יותר של העולם שלנו.

LHC ממשיכה לבחון את המודל הסטנדרטי של פיסיקת החלקיקים. מדענים אוהבים כאשר התיאוריה מתאימה לנתונים. אבל בדרך כלל אנחנו לומדים יותר כשהם לא. זה אומר שאנחנו לא מבינים מה קורה. וזה, עבור רבים מאיתנו, היא המטרה העתידית של LHC: לגלות עדויות למשהו שאנחנו לא מבינים. יש אלפי תיאוריות המנבאות פיזיקה חדשה שלא ראינו. איזה מהם נכון? אנחנו צריכים גילוי כדי ללמוד אם הם נכונים.

CERN מתכננת להמשיך בפעילות LHC במשך זמן רב. אנחנו מתכננים שדרוגים למאיץ ולגלאי כדי לאפשר לו לרוץ עד 2035. לא ברור מי יפרוש ראשון, לי או LHC. לפני עשר שנים, חיכינו בדאגה לקורות הראשונות של הפרוטונים. עכשיו אנחנו עסוקים בחקר שפע של נתונים ומקווים להפתעה שמובילה אותנו בדרך חדשה. הנה כדי להסתכל קדימה ל -20 השנים הבאות.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי טוד אדמס. קרא את המאמר המקורי כאן.