Collar Hadron Besar Berlipat 10: Inilah Mengapa Ia Lebih Penting Daripada Pernah

Sepuluh tahun! Sepuluh tahun sejak permulaan operasi untuk Large Hadron Collider (LHC), salah satu mesin paling rumit yang pernah dibuat. LHC adalah pemecut zarah terbesar di dunia, yang dikebumikan 100 meter di bawah kawasan Perancis dan Switzerland dengan lilitan 17 batu.

Pada 10 September 2008, proton, pusat atom hidrogen, diedarkan di sekitar pemecut LHC untuk kali pertama. Bagaimanapun, keghairahan itu berumur pendek kerana pada 22 September insiden berlaku yang merosakkan lebih daripada 50 daripada lebih daripada 6,000 magnet LHC - yang penting untuk menjaga proton bergerak di laluan melingkar mereka. Pembaikan mengambil masa lebih setahun, tetapi pada bulan Mac 2010 LHC mula berlanggar dengan proton. LHC adalah permata mahkota CERN, makmal fizik zarah Eropah yang diasaskan selepas Perang Dunia II sebagai satu cara untuk menyatukan semula dan membangun semula sains di Eropah yang dilanda perang. Sekarang saintis dari enam benua dan 100 negara melakukan eksperimen di sana.

Anda mungkin tertanya-tanya apa yang LHC lakukan dan mengapa ia adalah masalah besar. Soalan besar. LHC bertembung dengan dua rasuk proton bersama-sama dengan tenaga yang paling tinggi yang pernah dicapai di makmal. Enam percubaan yang terletak di sekitar cincin 17 mil mengkaji hasil perlanggaran ini dengan pengesan besar-besaran yang dibina di gua bawah tanah bawah tanah. Itulah apa, tetapi mengapa? Matlamatnya adalah untuk memahami sifat blok bangunan yang paling asas alam semesta dan bagaimana mereka berinteraksi antara satu sama lain. Ini adalah sains asas yang paling asas.

LHC tidak kecewa.Salah satu penemuan yang dibuat dengan LHC termasuk higgs boson yang dicari lama, diramalkan pada tahun 1964 oleh saintis yang bekerja untuk menggabungkan teori-teori dua kekuatan asas alam semula jadi.

Saya bekerja pada salah satu daripada enam percubaan LHC - Compact Muon Solenoid percubaan yang direka untuk menemui boson Higgs dan mencari tanda-tanda zarah atau pasukan yang tidak diketahui sebelumnya. Institusi saya, Florida State University, menyertai kerjasama Compact Muon Solenoid pada tahun 1994 apabila saya seorang pelajar siswazah muda di sekolah lain yang bekerja pada percubaan yang berbeza di makmal yang berbeza. Perancangan untuk LHC bermula pada tahun 1984. LHC sukar untuk dibina dan mahal - 10 bilion euro - dan mengambil masa 24 tahun untuk membuahkan hasil. Sekarang kita meraikan 10 tahun sejak LHC mula beroperasi.

Discoveries From the LHC

Penemuan paling penting dari LHC setakat ini adalah penemuan boson Higgs pada 4 Julai 2012. Pengumuman itu dibuat di CERN dan menawan penonton di seluruh dunia. Sebenarnya, isteri saya dan saya menontonnya menerusi webcast di TV skrin besar kami di ruang tamu kami. Sejak pengumuman itu pada pukul 3 pagi Florida, kami pergi untuk pancake di IHOP untuk meraikannya selepas itu.

Boson Higgs adalah bahagian terakhir yang kita sebut model fizik zarah standard. Teori ini merangkumi semua zarah asas yang diketahui - 17 daripadanya - dan tiga daripada empat kuasa yang mereka berinteraksi, walaupun graviti belum dimasukkan. Model standard adalah teori yang sangat teruji. Dua daripada enam saintis yang membangunkan model standard yang meramalkan Higgs boson memenangi Hadiah Nobel pada tahun 2013.

Saya sering ditanya, kenapa kita terus menjalankan eksperimen, menghancurkan proton, jika kita sudah menemui boson Higgs? Tidakkah kita lakukan? Nah, masih banyak yang difahami. Terdapat beberapa soalan yang tidak dijawab oleh model standard. Contohnya, kajian galaksi dan struktur berskala besar lain di alam semesta menunjukkan bahawa terdapat banyak perkara di luar sana daripada kita perhatikan. Kami panggil perkara gelap ini kerana kita tidak dapat melihatnya. Penjelasan yang paling umum sehingga kini adalah perkara gelap terbuat dari zarah yang tidak diketahui. Fizik berharap bahawa LHC dapat menghasilkan zarah misteri ini dan mengkajinya. Itu akan menjadi penemuan hebat.

Seminggu lepas, kerjasama ATLAS dan Compact Muon Solenoid mengumumkan pemerhatian awal boson Higgs, atau pecah, ke kuark bawah. The boson Higgs mereput dalam banyak cara yang berbeza - beberapa jarang berlaku, ada yang biasa. Model standard membuat ramalan tentang berapa kerap setiap jenis kerosakan berlaku. Untuk menguji sepenuhnya model, kita perlu mematuhi semua pereputan yang diramalkan. Pemerhatian kami baru-baru ini sepadan dengan model standard - kejayaan lain.

Lebih Banyak Soalan, Banyak Jawapan Yang Datang

Terdapat banyak teka-teki lain di alam semesta dan kita mungkin memerlukan teori-teori baru fizik untuk menerangkan fenomena sedemikian - seperti asimetri perkara / anti-perkara untuk menjelaskan mengapa alam semesta mempunyai lebih banyak perkara daripada anti-masalah, atau masalah hierarki untuk memahami mengapa graviti adalah jauh lebih lemah daripada kuasa-kuasa lain.

Tetapi bagi saya, pencarian data yang baru dan tidak dapat dijelaskan adalah penting kerana setiap kali ahli fizik fikir kita mempunyai semua yang digambarkan, alam semula jadi memberikan kejutan yang membawa kepada pemahaman yang lebih mendalam tentang dunia kita.

LHC terus menguji model standard fizik zarah. Para saintis suka apabila teori sepadan dengan data. Tetapi kita biasanya belajar lebih banyak apabila mereka tidak. Ini bermakna kita tidak faham sepenuhnya apa yang sedang berlaku. Dan itu, bagi kebanyakan kita, adalah matlamat masa depan LHC: untuk menemui bukti tentang sesuatu yang tidak kita fahami. Terdapat beribu-ribu teori yang meramalkan fizik baru yang tidak kita perhatikan. Yang betul? Kami memerlukan penemuan untuk mengetahui jika ada yang betul.

CERN merancang untuk meneruskan operasi LHC untuk masa yang lama. Kami merancang peningkatan ke pemecut dan pengesan untuk membolehkannya berjalan melalui 2035. Tidak jelas siapa yang akan bersara terlebih dahulu, saya atau LHC. Sepuluh tahun yang lalu, kami dengan penuh semangat menanti rasuk proton pertama. Sekarang kita sedang sibuk mengkaji banyak data dan berharap kejutan yang membawa kita ke jalan yang baru. Di sini untuk melihat ke depan untuk 20 tahun akan datang.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada The Conversation oleh Todd Adams. Baca artikel asal di sini.