A nagy hadron ütköző és a fizika határa

Az a részecskefizika tudománya az anyag építőelemeit vizsgálja - az atomokat és részecskéket, amelyek az anyag nagy részét a kozmoszban alkotják. Ez egy összetett tudomány, amely megköveteli a nagy sebességgel mozgó részecskék gondos mérését. Ez a tudomány hatalmas lendületet kapott, amikor a Large Hadron Collider (LHC) 2008 szeptemberében megkezdte működését. A neve nagyon "tudományos-fantasztikus "nak hangzik, de az" ütköző "szó valójában megmagyarázza, amit tesz: küldjön két nagy energiatartalmú részecskenyomot szinte a fénysebességgel egy 27 km hosszú föld alatti környékén gyűrű. A megfelelő időben a gerendákat kénytelen "ütközni". A gerendákban lévő protonok összetörnek, és ha minden jól megy, kisebb biteket és darabokat - szubatómiai részecskéknek nevezzenek - rövid időre létrejönnek. Tevékenységeiket és létezésüket rögzítik. Ebből a tevékenységből a fizikusok többet megtudnak az anyag alapvető alkotóelemeiről.

Az LHC-t úgy hozták létre, hogy válaszoljon néhány hihetetlenül fontos kérdésre a fizikában, megvizsgálva, hogy honnan származik a tömeg, miért készül a kozmosz az anyagból, ahelyett, hogy

A részecskefizika tudománya alapvetően a keresés az anyag legalapvetőbb építőelemei. Tudunk azokról az atomokról és molekulákról, amelyek alkotják mindent, amit látunk és érzünk. Maguk az atomok kisebb összetevőkből állnak: a magból és az elektronokból. Maga a mag protonokból és neutronokból áll. De ez nem a sor vége. A neutronokat szubatomi részecskék alkotják, amelyeket kvarkoknak hívnak.

Vannak kisebb részecskék? Ez az, amit a részecskegyorsítók terveztek. Ennek módja az, hogy hasonló feltételeket teremtsen, mint amilyen volt az utóbbi időben a Nagyrobbanás - az az esemény, amely elindította az univerzumot. Ezen a ponton, körülbelül 13,7 milliárd évvel ezelőtt, az univerzum csak részecskékből készült. Őket szabadon szétszórták a csecsemő kozmoszán, és folyamatosan barangoltak. Ide tartoznak a mezonok, pionok, baryonok és hadronok (amelyekre a gyorsítót nevezik).

A részecskefizikusok (akik ezeket a részecskéket vizsgálják) gyanítják, hogy az anyag legalább tizenkét féle alapvető részecskéből áll. Osztva vannak kvarkokba (fent említett) és leptonokba. Mindegyik típusból hat van. Ez csak a természetben levő alapvető részecskéknek felel meg. A többi szuperenergikus ütközések során jön létre (akár a Nagyrobbanásban, akár olyan gyorsítókban, mint például az LHC). Ezekben az ütközésekben a részecskefizikusok nagyon gyorsan áttekintik, milyen körülmények között voltak a Nagyrobbanás, amikor az alapvető részecskéket először hozták létre.

Az LHC a világ legnagyobb részecskegyorsítója, az illinoisi Fermilab és más kisebb gyorsítók nagy testvére. Az LHC a svájci Genf közelében található, amelyet az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet épített és üzemeltetett, és amelyet világszerte több mint 10 000 tudós használ. A gyűrű mentén a fizikusok és a műszaki szakemberek rendkívül erős, túlhűtött mágneseket telepítettek, amelyek a részecskenyalábot egy gerendavezetéken keresztül vezetik és formálják). Miután a gerendák elég gyorsan elmozdulnak, a speciális mágnesek vezetik őket a megfelelő helyzetbe, ahol az ütközések történnek. A speciális detektorok rögzítik az ütközéseket, a részecskéket, a hőmérsékletet és az egyéb körülményeket az adott időben az ütközés és a részecske-műveletek egy másodperces milliárdodjában, amely alatt a összetörések megtörténnek hely.

Amikor a részecskefizikusok megtervezték és felépítették az LHC-t, bizonyítékot reméltek rejteni a Higgs Boson. Ez egy elnevezésű részecske Peter Higgs, aki jósolta annak létezését. 2012-ben az LHC konzorcium bejelentette, hogy a kísérletek felfedték egy olyan bozon létezését, amely megfelel a Higgs Boson elvárt kritériumainak. A Higgs folyamatos keresése mellett az LHC-t használó tudósok létrehozták az úgynevezett "kvark-gluon plazmát", amely a legszorosabb anyag, amelyet egy fekete lyukon kívül léteznek. Más részecskekísérletek segítenek a fizikusok megérteni a szuperszimmetriát, amely egy téridőbeli szimmetria, amely két rokon részecsketípust érint: boszonok és fermionok. Úgy gondolják, hogy a részecskék mindegyik csoportja társított szuper-részecske részecskéket tartalmaz a másikban. Az ilyen szuperszimmetria megértése további betekintést adna a tudósokra az úgynevezett „standard modellbe”. Ez egy elmélet, amely elmagyarázza, mi a világ, mi tartja az anyagát, valamint az érintett erők és részecskék.

Az LHC műveletei két fő "megfigyelő" futást foglaltak magukban. Mindegyik között a rendszert felújítják és korszerűsítik, hogy javítsák a műszereit és az érzékelőket. A következő frissítések (2018-ra és későbbre tervezve) az ütközés sebességének növekedését és a gép világosságának növelésének esélyét tartalmazzák. Ez azt jelenti, hogy az LHC képes lesz látni egyre ritkábban és gyorsan előforduló részecskegyorsulás és ütközés folyamatait. Minél gyorsabban lépnek fel az ütközések, annál több energiát szabadít fel, mivel egyre kisebb és nehezebben felismerhető részecskék vannak benne. Ez a részecskefizikusoknak még jobb képet ad a csillagok, galaxisok, bolygók és az élet alkotó anyagának ép építőelemeiről.