Големият адронен ускорител на 10 години: Ето защо е по-важно от всякога

Десет години! Десет години от началото на операциите за големия адронен ускорител (LHC), една от най-сложните машини, създавани някога. LHC е най-големият ускорител на частици в света, заровен на 100 метра под френската и швейцарската провинция с обиколка от 17 мили.

На 10 септември 2008 г. протоните, центърът на водороден атом, са циркулирали около ускорителя на LHC за първи път. Въпреки това, вълнението е краткотрайно, защото на 22 септември се случи инцидент, който е повредил повече от 50 от повече от 6000 магнити на LHC - които са от решаващо значение за поддържане на протоните, които пътуват по кръговата си пътека. Ремонтът отне повече от година, но през март 2010 г. LHC започна да се сблъсква с протони. LHC е перлата на короната на CERN, европейската лаборатория по физика на частиците, основана след Втората световна война като начин за събиране и възстановяване на науката в разкъсвана от войната Европа. Сега там учат учени от шест континента и 100 страни.

Може би се чудите какво прави LHC и защо е голяма работа. Големи въпроси. LHC се сблъсква с два лъча протони заедно при най-високите енергии, постигнати някога в лабораторията. Шест експеримента, разположени около 17-километровия пръстен, изследват резултатите от тези сблъсъци с масивни детектори, построени в подземни пещери. Това е какво, но защо? Целта е да се разбере природата на най-основните градивни елементи на Вселената и как те взаимодействат помежду си. Това е фундаменталната наука.

LHC не е разочарован.Едно от откритията, направени с LHC, включва дълго търсения бозон на Хигс, предсказан през 1964 г. от учени, работещи за комбиниране на теориите за две от основните сили на природата.

Работя по един от шестте експеримента на LHC - експеримента на Compact Muon Solenoid, предназначен да открие бозона на Хигс и да търси признаци на неизвестни досега частици или сили. Моята институция, държавен университет във Флорида, се присъедини към сътрудничеството на Compact Muon Solenoid през 1994 г., когато бях млад аспирант в друго училище, работещ по различен експеримент в друга лаборатория. Планирането на LHC датира от 1984 година. LHC е трудно да се изгради и скъпо - 10 милиарда евро - и отне 24 години, за да дойде да се реализира. Сега празнуваме 10 години от началото на дейността на LHC.

Открития от LHC

Най-значителното откритие, което дойде от LHC досега, е откриването на бозона на Хигс на 4 юли 2012 г. Съобщението бе направено в CERN и завладява световната публика. Всъщност съпругата ми и аз го наблюдавахме чрез уебкаст на нашия голям екран в нашата дневна. Тъй като обявяването беше в 3 часа сутринта във Флорида, отидохме за палачинки в IHOP, за да празнуваме след това.

Бозонът на Хигс беше последното останало парче от това, което наричаме стандартен модел на физиката на частиците. Тази теория обхваща всички известни фундаментални частици - 17 от тях - и три от четирите сили, чрез които те взаимодействат, въпреки че все още не е включена гравитацията. Стандартният модел е невероятно добре изпитана теория. Двама от шестте учени, разработили част от стандартния модел, който предсказва бозона на Хигс, спечели Нобелова награда през 2013 г.

Често ме питат защо продължаваме да провеждаме експерименти, разбивайки заедно протони, ако вече сме открили бозона на Хигс? Не сме ли свършили? Е, все още има много неща, които трябва да бъдат разбрани. Има редица въпроси, на които стандартният модел не отговаря. Например, изследванията на галактики и други големи структури във Вселената показват, че има много повече материя, отколкото наблюдаваме. Наричаме тази тъмна материя, тъй като не можем да я видим. Най-честото обяснение до момента е, че тъмната материя е направена от неизвестна частица. Физиците се надяват, че LHC може да е в състояние да произведе тази мистериозна частица и да я изучи. Това би било невероятно откритие.

Само миналата седмица, ATLAS и Compact Muon Solenoid сътрудничество обяви първото наблюдение на бозона на Хигс, разпадащ се, или разпадащ се, на дънни кварки. Богът на Хигс се разпада по много различни начини - някои редки, някои често срещани. Стандартният модел предвижда колко често се случва всеки тип упадък. За да изпитаме напълно модела, трябва да наблюдаваме всички предсказани разпадания. Нашето последно наблюдение е в съответствие със стандартния модел - друг успех.

Още въпроси, повече отговори

Има много други пъзели във вселената и ние може да изискваме нови теории за физиката, за да обясним такива явления - като асиметрия на материята / анти-материята, за да обясни защо вселената има повече материя, отколкото антиматерия, или проблемът с йерархията, за да се разбере защо гравитацията е много по-слаба от другите сили.

Но за мен търсенето на нови, необясними данни е важно, защото всеки път, когато физиците мислят, че всичко е разбрано, природата дава изненада, която води до по-дълбоко разбиране на нашия свят.

LHC продължава да тества стандартния модел на физиката на частиците. Учените обичат, когато теорията съвпада с данните. Но обикновено научаваме повече, когато не го правят. Това означава, че не разбираме напълно какво се случва. И за мнозина от нас това е бъдещата цел на LHC: да открие доказателства за нещо, което не разбираме. Има хиляди теории, които предсказват нова физика, която не сме наблюдавали. Кои са прави? Нуждаем се от откритие, за да научим дали някой е правилен.

CERN планира да продължи LHC операции за дълго време. Планираме обновяване на ускорителя и детектора, за да може да работи през 2035. Не е ясно кой ще се пенсионира първо, аз или LHC. Преди десет години с нетърпение очаквахме първите греди на протоните. Сега сме заети да изучаваме богатство от данни и да се надяваме на изненада, която ни води по нов път. Ето какво очакваме за следващите 20 години.

Тази статия е първоначално публикувана на The Conversation от Тод Адамс. Прочетете оригиналната статия тук.