Velký Hadron Collider se otočí 10: Zde je důvod, proč je to důležitější než kdy jindy

Deset let! Deset let od zahájení provozu pro Large Hadron Collider (LHC), jeden z nejsložitějších strojů vůbec. LHC je největším urychlovačem částic na světě, pohřben 100 metrů pod francouzskou a švýcarskou krajinou s obvodem 17 mil.

10. září 2008 poprvé protékaly protony, centrum atomu vodíku, kolem urychlovače LHC. Nicméně vzrušení bylo krátkodobé, protože 22. září došlo k incidentu, který poškodil více než 50 z více než 6 000 magnetů LHC - které jsou kritické pro udržení protonů na jejich kruhové dráze. Opravy trvaly déle než rok, ale v březnu 2010 začala LHC srážet protony. LHC je korunním klenotem CERN, evropské laboratoře pro fyziku částic, která byla založena po druhé světové válce jako způsob, jak se sjednotit a obnovit vědu ve válkou roztrhané Evropě. Vědci ze šesti kontinentů a ze 100 zemí tam provádějí experimenty.

Možná se divíte, co dělá LHC a proč je to velký problém. Velké otázky. LHC srazí dva paprsky protonů dohromady na nejvyšší energii, jaké kdy bylo v laboratoři dosaženo. Šest experimentů umístěných kolem prstence 17 mil zkoumalo výsledky těchto kolizí s masivními detektory zabudovanými v podzemních jeskyních. To je to, ale proč? Cílem je pochopit podstatu nejzákladnějších stavebních kamenů vesmíru a vzájemnou interakci. Toto je základní věda na jeho nejzákladnější úrovni.

LHC nezklamal.Jeden z objevů s LHC zahrnuje dlouho hledaný Higgsův boson, předpovídaný v roce 1964 vědci pracujícími na spojení teorií dvou základních sil přírody.

Pracuji na jednom ze šesti experimentů LHC - experimentu Compact Muon Solenoid navrženém k objevování Higgsova bosonu a hledání znaků dosud neznámých částic nebo sil. Moje instituce na Floridské státní univerzitě se v roce 1994 připojila ke spolupráci v rámci projektu Compact Muon Solenoid, když jsem byla mladá postgraduální studentka v jiné škole, která pracovala na jiném experimentu v jiné laboratoři. Plánování pro LHC se datuje do roku 1984. LHC bylo těžké vybudovat a drahé - 10 miliard eur - a trvalo 24 let. Nyní oslavujeme 10 let od zahájení provozu LHC.

Objevy z LHC

Nejvýznamnějším objevem z LHC je prozatím objevení Higgsova bosonu 4. července 2012. Toto oznámení bylo vydáno v CERNu a zaujalo celosvětové publikum. Ve skutečnosti jsme se s manželkou dívali přes internet na naší velké televizi v našem obývacím pokoji. Vzhledem k tomu, že oznámení bylo ve 3:00 hodin na Floridě, šli jsme na palačinky na IHOP, abychom oslavili poté.

Higgsův boson byl poslední zbývající část toho, co nazýváme standardní model částicové fyziky. Tato teorie pokrývá všechny známé základní částice - 17 z nich - a tři ze čtyř sil, skrze které působí, ačkoli gravitace ještě není zahrnuta. Standardní model je neuvěřitelně dobře testovaná teorie. Dva ze šesti vědců, kteří vyvinuli část standardního modelu, který předpovídá Higgsův boson, získali Nobelovu cenu v roce 2013.

Často se ptám, proč pokračujeme v experimentech a rozbíjíme spolu protony, pokud jsme již objevili Higgsův boson? Neděláme to? No, je tu ještě spousta věcí, které je třeba pochopit. Existuje řada otázek, na které standardní model neodpovídá. Například studie galaxií a dalších rozsáhlých struktur ve vesmíru ukazují, že tam je mnohem více hmoty než pozorujeme. Tomu říkáme temná hmota, protože ji nevidíme. Nejběžnější vysvětlení je, že temná hmota je vyrobena z neznámé částice. Fyzici doufají, že LHC může tuto záhadnou částici vytvořit a studovat. To by byl úžasný objev.

Jen minulý týden, spolupráce ATLAS a Compact Muon Solenoid oznámila první pozorování rozpadu Higgsova bosonu nebo rozbití na kvarky na dně. Higgsův boson se rozpadá mnoha různými způsoby - některé vzácné, některé běžné. Standardní model dělá předpovědi o tom, jak často dochází ke každému typu rozpadu. Abychom model plně otestovali, musíme pozorovat všechny předvídané rozpady. Naše nedávné pozorování je v souladu se standardním modelem - dalším úspěchem.

Další otázky, více odpovědí na Come

Ve vesmíru je spousta dalších hádanek a my můžeme vyžadovat nové teorie fyziky, abychom vysvětlili takové jevy - jako je hmota / anti-hmotná asymetrie, abychom vysvětlili, proč má vesmír více hmoty než anti-hmoty, nebo problém hierarchie pochopit proč gravitace je mnohem slabší než ostatní síly.

Pro mě je však hledání nových, nevysvětlených údajů důležité, protože pokaždé, když si fyzici myslí, že jsme to všechno vymysleli, příroda poskytuje překvapení, které vede k hlubšímu pochopení našeho světa.

LHC pokračuje v testování standardního modelu částicové fyziky. Vědci milují, když se teorie shoduje s údaji. Většinou se ale naučíme víc, když ne. To znamená, že plně nerozumíme tomu, co se děje. A to je pro mnohé z nás budoucí cíl LHC: objevit důkazy o něčem, čemu nerozumíme. Existují tisíce teorií, které předpovídají novou fyziku, kterou jsme nepozorovali. Co je správné? Potřebujeme objev, abychom se naučili, zda nějaké jsou správné.

CERN plánuje dlouhodobě pokračovat v provozu LHC. Plánujeme upgrady na akcelerátor a detektory, aby to mohlo proběhnout až do roku 2035. Není jasné, kdo odejde první, já nebo LHC. Před deseti lety jsme úzkostlivě očekávali první paprsky protonů. Nyní jsme zaneprázdněni studiem velkého množství dat a nadějí na překvapení, které nás zavede novou cestou. Těšíme se na příštích 20 let.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation Todd Adams. Přečtěte si originální článek zde.