Allerdings scheint es auch so, als ob jede Schlagzeile über den LHC droht, entweder das aktuelle Modell der Physik umzustürzen oder einen weltuntergangsentscheidenden Riss in der interdimensionalen Raumzeit zu öffnen. Angesichts der Tatsache, wie viele Informationen (und auch Fehlinformationen) über das Teilchen im Umlauf sind Collider, wir haben diesen einfachen, aber umfassenden Leitfaden zusammengestellt, der alles beschreibt, was Sie wissen möchten darüber.
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Was ist der Large Hadron Collider?
Der Large Hadron Collider wurde zwischen 1998 und 2008 gebaut und nahm seinen ersten Betriebslauf am 20. November 2009 auf Es kam zu einer einjährigen Verzögerung aufgrund eines Vorfalls, bei dem ein elektrischer Fehler dazu führte, dass mehrere Tonnen flüssiges Helium-Kühlmittel in die Anlage gelangten Tunnel. Der Bau des gewaltigen Projekts kostete unglaubliche 9 Milliarden US-Dollar und ist damit die teuerste Maschine, die jemals gebaut wurde.
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Wie der Name schon sagt, schleudert der LHC Strahlen winziger Teilchen wie Hadronen – also kleine Teilchen aus noch kleineren subatomaren Teilchen, sogenannte Quarks – mit ultrahoher Geschwindigkeit ineinander. Diese Teilchenstrahlen werden mit einer kombinierten Energie von etwa 13 Teraelektronenvolt (TeV) abgefeuert, was zu unglaublich dichten Teilchen führt, die etwa 1.000.000 Mal heißer sind als der Kern der Sonne. Dies ist einer der vielen Gründe, warum die Struktur unter der Erde untergebracht ist und warum sie auf 1,9 Grad Kelvin oder fast 1,9 Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt ist.
Das sind jedoch nicht die einzigen beeindruckenden Zahlen, die mit dem LHC in Verbindung gebracht werden.
Auf der 17 Meilen langen Schleife krümmen und lenken rund 1.600 Magnete die Strahlen um den riesigen Tunnel herum und ineinander. Die Magnete bestehen aus winzigen Strängen aus gewickeltem kupferbeschichtetem Niob-Titan, die – wenn sie entwirrt würden – dies tun würden Erreichen Sie fünfmal die Sonne und zurück, wobei noch genug übrig bleibt, um den Mond ein paar Mal zu umrunden und zurück Also.
All dieses magnetische Material trägt dazu bei, die Teilchenstrahlen auf extrem hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen, die knapp an der Lichtgeschwindigkeit liegen. Wenn sie mit solchen Geschwindigkeiten kollidieren, explodieren die winzigen Teilchen in subatomare Teilchen, die abstürzen und abprallen einander in einer hochenergetischen Umgebung, die den Bedingungen im Universum zur Zeit des Großen ähnelt Knall. Innerhalb dieser Explosionen suchen Forscher nach neuen Hinweisen auf die Funktionsweise des Universums.
Um die riesigen Datenmengen des LHC zu sammeln und zu analysieren, verarbeitet ein globales Netzwerk von 170 Rechenzentren in 36 Ländern jedes Jahr Dutzende Petabyte an Daten. Das Netzwerknetz ist so groß, dass es derzeit den Guinness-Weltrekord für das größte verteilte Computernetz der Erde hält.
Das Higgs-Boson und andere Entdeckungen des LHC
Derzeit verwenden wir das Standardmodell der Teilchenphysik, um zu erklären, wie die Teilchenphysik funktioniert. Das Standardmodell, das im Laufe des 20. Jahrhunderts von verschiedenen Wissenschaftlern formuliert wurde, ist bis heute erhalten geblieben konsequent bei der Erklärung der für uns direkt beobachtbaren Teile des Universums – was nur etwa 5 Prozent des Universums ausmacht Universum. Dadurch bleiben die verbleibenden 95 Prozent des Universums im SM unberücksichtigt, einschließlich dunkler Materie und dunkler Energie sowie aller potenziellen Kräfte oder Wechselwirkungen, die sie ausüben.
Sogar die Teile, die wir dürfen beobachten, haben einige noch unbeantwortete Fragen. Das Standardmodell berücksichtigt nicht einmal die Schwerkraft und ist mit der Relativitätstheorie nicht vereinbar. Offensichtlich müssen wir noch viel lernen.
Hier kommt der LHC ins Spiel. Bisher bestätigten LHC-Experimente die Existenz des Higgs-Bosons, auch bekannt als „Das Gottesteilchen“, was eine wichtige Rolle spielte theoretischer Aspekt des Standardmodells, der nie beobachtet wurde, bis er am 4. Juli durch einen Test am LHC bestätigt wurde, 2012. Das Higgs-Boson ist ein schwer fassbares Teilchen mit hoher Masse, das genau der Materie im Universum Masse verleiht – im Grunde ist es das, was die physische Existenz von Dingen ermöglicht.
Andere Teilchen, wie die exotischen Hadronen X(3872), Z(4430), Zc (3900) und Y(4140), waren ebenfalls betroffen in LHC-Tests beobachtet, sowie eine Reihe anderer potenzieller Elementarteilchen, die noch nicht entdeckt wurden bestätigt.
Die Entdeckung des Higgs-Bosons war ein großer Fortschritt für das Verständnis der physikalischen Gesetze des Universums, warf aber auch noch mehr Fragen und Probleme auf. Tatsächlich führt vieles von dem, was der LHC über die Teilchenphysik entdeckt hat, im Allgemeinen zu mehr Fragen als zu Antworten. Daher nutzen Forscher weiterhin den LHC, um Teilchen zusammenzusprengen, in der Hoffnung, Antworten zu finden.
Die Sicherheit des LHC und die Teilchenkollision
Wenn man es mit solch großen Energiemengen und teuren, leistungsstarken Geräten zu tun hat, stellt sich natürlich die Frage: Ist das alles sicher? Die kurze Antwort lautet: Ja, aber das hat die Menschen nicht davon abgehalten, Hypothesen über jede Menge Weltuntergangsszenarien aufzustellen.
Bekannte Wissenschaftler wie Stephen Hawking und Neil Degrasse Tyson haben mögliche katastrophale Ereignisse vorgeschlagen, die als Folge davon eintreten könnten Die Nutzung des LHC umfasste die Bildung von Mini-Schwarzen Löchern, die Auslöschung der Erde und die Produktion zerstörerischer Theorien Partikel, die als Strangelets bekannt sind. Hawking hat auch davor gewarnt, dass das Higgs-Boson eine gefährliche und möglicherweise zerstörerische Entdeckung sei und dass dies auch der Fall sein sollte allein gelassen.
Allerdings haben zwei von der American Physical Society unterstützte Überprüfungen im Auftrag der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) den LHC von jeglichen Sicherheitsbedenken befreit. Tatsächlich, wie bereits erwähnt innerhalb der Berichte, die Arten von Teilchenkollisionen, die der LHC erzeugt, passieren ständig im gesamten Universum und ähneln den Kollisionen zwischen ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung und der Erde, die mit Geschwindigkeiten auftreten, die weit über denen des LHC liegen erreicht.
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Solche Bedenken großer Wissenschaftler haben zu einer Flut von Verschwörungstheorien über den LHC geführt. Die kreativeren Theorien im Internet behaupten, dass CERN den LHC nutzt, um Portale zur Hölle zu öffnen, uns in alternative Realitäten zu transportieren und mit böswilligen Wesen zu kommunizieren. Diese kratzen jedoch nur an der Oberfläche. Die Tatsache, dass Forscher offen die Möglichkeit diskutieren, dass der LHC dabei hilft, Beweise für mehrere Universen oder andere Dimensionen in unserem eigenen zu finden, heizt das verschwörerische Feuer nur noch weiter an.
Ein herausragender Aspekt vieler dieser Verschwörungstheorien ist die Verbindung des CERN zur hinduistischen Göttin der Schöpfung und Zerstörung, Shiva, der als Maskottchen für den LHC dient und eine Statue im Eingang zum LHC errichten lässt LHC. Viele halten dies für ein subtiles Eingeständnis, dass am CERN etwas weitaus Außerweltlicheres geschieht. In Wirklichkeit lässt sich die Anwesenheit der Statue leicht erklären; Es war ein Geschenk der indischen Regierung zur Feier der Fertigstellung des LHC und wurde vom CERN gespürt Shivas Status als Göttin der Schöpfung und Zerstörung war eine passende Metapher für die LHCs Funktion.
Was kommt als nächstes für den LHC und die Teilchenphysik?
Nun, da Forscher den LHC genutzt haben, um das Higgs-Boson zu finden, wie geht es mit der Superstruktur weiter? Die Entdeckung des Higgs-Bosons ist nur der Anfang. Forscher hoffen, andere Arten von Bosonen und anderen Elementarteilchen zu finden und den LHC zu nutzen, um mit deren Erprobung zu beginnen Theorie der Supersymmetrie, die besagt, dass jedes Materieteilchen irgendwo anders in der Materie ein anderes, größeres Gegenstück hat Universum.
Außerdem ist geplant, dass der LHC irgendwann nach 2022 auf hohe Leuchtkraft umgerüstet wird, was das Spektrum, in dem Ergebnisse sichtbar sind, vergrößern wird. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass Forscher die Tests besser beobachten können, da die Tunnel besser beleuchtet sind.
Dies ist aus offensichtlichen Gründen wichtig, aber die Hauptsorge besteht darin, dass dem LHC angesichts seiner derzeitigen Leuchtkraft möglicherweise keine potenziellen Entdeckungen mehr möglich sind. In der frühen Lebensdauer eines Colliders ist die Anzahl der Entdeckungen wesentlich größer als später, da die Anzahl der Dinge, die bei einer bestimmten Leuchtkraft gesehen werden können, endlich ist. Die einzige Möglichkeit, die Zahl potenzieller Entdeckungen zu erhöhen, besteht darin, die Leuchtkraft der Anlage oder die Stärke ihrer Instrumente zu verbessern. Das Upgrade soll die Untersuchung noch rätselhafterer Aspekte der Teilchenphysik ermöglichen.
Wissenschaftler hoffen sogar, eines Tages mit dem LHC einen Blick in die Bereiche der Dunklen Materie werfen und potenzielle, verborgene Dimensionen des Universums erforschen zu können. Das ist sicher ein weiter Weg, aber andererseits galt die Bestätigung der Existenz des Higgs-Bosons einst als Wunschtraum. Kein Wortspiel beabsichtigt.
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