Великий адронний коллайдер повертається 10: ось чому його більш важливим, ніж коли-небудь

Десять років! Десять років після початку операцій для Великого Адронного Колайдера (LHC), однієї з найскладніших машин, що коли-небудь створювалися. LHC є найбільшим у світі прискорювачем частинок, заглибленим на 100 метрів під французькою та швейцарською сільською місцевістю з довжиною 17 миль.

10 вересня 2008 року протони, центр атома водню, були вперше поширені навколо прискорювача LHC. Тим не менш, хвилювання було недовгим, тому що 22 вересня стався інцидент, який пошкодив більше 50 з більш ніж 6000 магнітів LHC - які мають вирішальне значення для того, щоб протони подорожували по їхньому круговому шляху. Ремонт пройшов більше року, але в березні 2010 року LHC почав зіткнутися з протонами. LHC є перлиною корону CERN, європейської лабораторії фізики елементарних частинок, яка була заснована після Другої світової війни як спосіб возз'єднання та відновлення науки у розпалої війною Європі. Зараз вчені з шести континентів і 100 країн проводять там експерименти.

Можливо, вам цікаво, що робить LHC і чому це велика справа. Великі питання. LHC зіштовхується між двома променями протонів разом при найвищих енергіях, досягнутих у лабораторії. Шість експериментів, розташованих навколо 17-мильного кільця, вивчають результати цих зіткнень з масивними детекторами, побудованими в підземних печерах. Це те, що, але чому? Мета полягає в тому, щоб зрозуміти природу основних будівельних блоків Всесвіту і як вони взаємодіють один з одним. Це фундаментальна наука в її основній.

LHC не розчарувався.Одним з відкриттів, зроблених з LHC, є довгоочікуваний бозон Хіггса, передбачений в 1964 році вченими, що працюють над об'єднанням теорій двох фундаментальних сил природи.

Я працюю над одним з шести експериментів LHC - Compact Muon Solenoid експеримент, призначений для виявлення бозона Хіггса і пошук ознак раніше невідомих частинок або сил. Мій інститут, Державний університет Флориди, приєднався до співпраці Compact Muon Solenoid у 1994 році, коли я був молодим аспірантом в іншій школі, яка працювала над іншим експериментом в іншій лабораторії. Планування LHC бере свій початок з 1984 року. LHC було важко побудувати і дорого коштувати - 10 мільярдів євро - і знадобилося 24 роки, щоб досягти успіху. Зараз ми святкуємо 10 років з моменту початку роботи LHC.

Відкриття з LHC

Найбільш значним відкриттям, яке прийшло з LHC, є відкриття бозона Хіггса 4 липня 2012 року. Оголошення було зроблено в ЦЕРНу і захопило світову аудиторію. Насправді, ми з дружиною спостерігали за нею через веб-трансляцію на нашому великому екрані в нашій вітальні. З моменту оголошення було в 3 ранку у Флориді час, ми пішли на млинці в IHOP, щоб відсвяткувати після цього.

Бозон Хіггса був останньою частиною того, що ми називаємо стандартною моделлю фізики частинок. Ця теорія охоплює всі відомі фундаментальні частки - 17 з них - і три з чотирьох сил, через які вони взаємодіють, хоча гравітація ще не включена. Стандартна модель - це неймовірно добре випробувана теорія. Два з шести вчених, які розробили частину стандартної моделі, яка прогнозує бозон Хіггса, отримали Нобелівську премію в 2013 році.

Мене часто запитують, чому ми продовжуємо проводити експерименти, розбиваючи разом протони, якщо ми вже виявили бозон Хіггса? Ми не зробили? Ну, ще багато чого ще потрібно зрозуміти. Є ряд питань, на які стандартна модель не відповідає. Наприклад, дослідження галактик та інших великомасштабних структур у Всесвіті свідчать про те, що там набагато більше питання, ніж ми спостерігаємо. Ми називаємо це темна матерія, оскільки не бачимо її. Найбільш поширеним поясненням до теперішнього часу є те, що темна матерія складається з невідомої частинки. Фізики сподіваються, що LHC зможе виробляти цю таємничу частинку і вивчати її. Це було б дивовижним відкриттям.

Тільки минулого тижня співробітництво ATLAS і Compact Muon Solenoid оголосили про перше спостереження бозона Хіггса, що розпадається або розривається на дно кварків. Бозон Хіггса розпадається різними способами - деякі рідкісні, деякі загальні. Стандартна модель передбачає, як часто відбувається кожен тип розпаду. Щоб повністю протестувати модель, нам потрібно спостерігати всі передбачені розпади. Наше нещодавнє спостереження узгоджується зі стандартною моделлю - ще одним успіхом.

Більше питань, більше відповідей

Є багато інших загадок у Всесвіті, і ми можемо вимагати нових теорій фізики, щоб пояснити такі явища - наприклад, асиметрія матерії / анти-матерії, щоб пояснити, чому Всесвіт має більше значення, ніж антиматеріал, або проблема ієрархії, щоб зрозуміти, чому Гравітація набагато слабше інших сил.

Але для мене, пошук нових, незрозумілих даних важливий, тому що кожен раз, коли фізики думають, що ми все це зрозуміли, природа дає подив, який призводить до більш глибокого розуміння нашого світу.

LHC продовжує тестувати стандартну модель фізики частинок. Вчені люблять, коли теорія відповідає даним. Але ми зазвичай дізнаємося більше, коли вони не знаходяться. Це означає, що ми не повністю розуміємо, що відбувається. І це, для багатьох з нас, є майбутньою метою LHC: виявити докази того, чого ми не розуміємо. Існують тисячі теорій, які передбачають нову фізику, яку ми не спостерігали. Які праві? Нам потрібне відкриття, щоб дізнатися, чи є це правильно.

ЦЕРН планує продовжувати роботу LHC протягом тривалого часу. Ми плануємо модернізацію до прискорювача і детектора, щоб дозволити їй працювати до 2035 року. Невідомо, хто першим піде у відставку, я або LHC. Десять років тому ми з нетерпінням чекали перших променів протонів. Тепер ми зайняті вивченням багатства даних і сподіваємося на сюрприз, який веде нас до нового шляху. Очікуємо наступних 20 років.

Ця стаття спочатку була опублікована на бесіді Тодда Адамса. Читайте оригінальну статтю тут.