Suur hadronite põrkur: uudised, teooriad ja kõik, mida peate teadma

Sügaval Šveitsi ja Prantsusmaa piiri all paiskab massiivne rõngakujuline installatsioon uskumatu kiirusega osakesi üksteise sisse. Teadlased jälgivad neid kokkupõrkeid, võimaldades neil vaadelda võimatult väikseid osakesi – mis sisuliselt moodustavad reaalsuse struktuuri – lõpmata väikese aja. Seda tohutut struktuuri tuntakse suure hadronipõrgeti (LHC) nime all ja see on pakkunud füüsikutele uskumatuid teadmisi meie universumi füüsilisest ülesehitusest.

Sellegipoolest tundub, et iga LHC-ga seotud pealkiri ähvardab kas praeguse füüsikamudeli ümber lükata või avada maailmalõpu pisara mõõtmetevahelises aegruumis. Arvestades, kui palju teavet (ja valeinformatsiooni) osakese kohta on Collider, oleme koostanud selle lihtsa, kuid ammendava juhendi, mis kirjeldab kõike, mida võiksite teada sellest.

Mis on suur hadronite põrgataja?

Large Hadron Collider ehitati aastatel 1998–2008 ja see alustas oma esimest käitamist 20. novembril 2009 pärast aasta pikkune viivitus, mis oli tingitud intsidendist, kus elektririkke tagajärjel sattus mitu tonni vedelat heeliumi jahutusvedelikku tunnel. Massiivse projekti ehitamine läks maksma 9 miljardit dollarit, mis teeb sellest kõige kallima masina, mis eales ehitatud.

Nagu nimigi viitab, purustab LHC ülikiiretel kiirustel üksteise vastu pisikeste osakeste, näiteks hadronite, st väikesed osakesed, mis on valmistatud veelgi väiksematest subatomilistest osakestest, mida tuntakse kvarkidena. Need osakeste kiired käivitatakse umbes 13 teraelektronvolti (TeV) kombineeritud energiaga, mille tulemuseks on uskumatult tihedad osakesed, mis on umbes 1 000 000 korda kuumemad kui Päikese tuum. See on üks paljudest põhjustest, miks konstruktsioon asub maa all, ja miks see on jahutatud 1,9 kraadini Kelvini või peaaegu 1,9 kraadi võrra üle absoluutse nulli.

Need pole aga ainsad muljetavaldavad numbrid, mis on LHC-ga seotud.

Kogu 17-miilise ringi jooksul kaarduvad umbes 1600 magnetit ja suunavad kiired ümber massiivse tunneli ja üksteise sisse. Magnetid koosnevad pisikestest vasega kaetud nioobium-titaani kiududest, mis lahti harutades jõuda Päikese poole ja tagasi viis korda, nii et jääb piisavalt palju üle, et end ümber kuu ja paar korda tagasi keerata hästi.

Kogu see magnetiline materjal aitab kiirendada osakeste kiireid ülisuurtele kiirustele, mis on ainult valguse kiiruse piires. Kui nad sellisel kiirusel kokku põrkuvad, plahvatavad väikesed osakesed subatomaarseteks osakesteks, põrkuvad kokku ja põrkuvad. üksteist suure energiaga keskkonnas, mis on sarnane universumi tingimustega Suure ajal Pauk. Nende plahvatuste käigus otsivad teadlased uusi vihjeid universumi toimimise kohta.

LHC toodetud tohutute andmemahtude kogumiseks ja analüüsimiseks purustab 170 arvutuskeskusest koosnev ülemaailmne võrk, mis paikneb 36 riigis, igal aastal kümneid petabaite andmeid. Võrguvõrk on nii suur, et sellel on praegu Maa suurima hajutatud arvutivõrgu Guinnessi rekord.

Higgsi boson ja muud LHC tehtud avastused

Praegu kasutame osakeste füüsika toimimise selgitamiseks osakeste füüsika standardmudelit. Standardmudel, mille 20. sajandi jooksul koostasid erinevad teadlased, on siiani jäänud püsima järjekindel meile vahetult vaadeldavate universumi osade selgitamisel – mis on vaid umbes 5 protsenti universum. See jätab SM-is arvesse võtmata ülejäänud 95 protsenti universumist, sealhulgas tumeainest ja tumeenergiast ning kõigist nende poolt avaldatavatest potentsiaalsetest jõududest või vastasmõjudest.

Isegi meie osad saab jälgige, et teil on veel vastamata küsimusi. Standardmudel ei võta isegi gravitatsiooni arvesse ega ühildu relatiivsusteooriaga. On selge, et meil on veel palju õppida.

See on koht, kus LHC tuleb sisse. Seni on LHC katsed kinnitanud Higgsi bosoni ehk jumalaosakese olemasolu, mis oli oluline. standardmudeli teoreetiline aspekt, mida pole kunagi täheldatud enne, kui seda 4. juulil LHC testis kinnitati, 2012. Higgsi boson on tabamatu suure massiga osake, mis annab massi kogu universumi ainele – põhimõtteliselt võimaldab see asjadel füüsiliselt eksisteerida.

Samuti on leitud teisi osakesi, nagu eksootilised hadronid X(3872), Z(4430), Zc (3900) ja Y(4140). LHC-testides täheldatud, aga ka mitmed muud potentsiaalsed elementaarosakesed, mis alles peavad olema kinnitatud.

Higgsi bosoni avastamine oli suur samm edasi universumi füüsikaseaduste mõistmisel, kuid see tekitas ka veelgi rohkem küsimusi ja probleeme. Tegelikult tekitab suur osa sellest, mida LHC on osakeste füüsika kohta avastanud, rohkem küsimusi kui vastuseid üldiselt. Seega jätkavad teadlased LHC kasutamist osakeste koos puhumiseks, lootes leida vastuseid.

LHC ja osakeste kokkupõrke ohutus

Muidugi tekib nii suurte energiakoguste ja kallite võimsate seadmetega tegelemisel küsimus: kas see kõik on ohutu? Lühike vastus on jaatav, kuid see ei ole takistanud inimesi püstitamast mitmeid viimsepäeva stsenaariume.

Tuntud teadlased, nagu Stephen Hawking ja Neil Degrasse Tyson, on pakkunud välja võimalikud katastroofilised sündmused, mis võivad aset leida LHC kasutamine, sealhulgas minimustade aukude teke, Maa hävitamine ja hävitavate teoreetiliste materjalide tootmine. osakesed, mida tuntakse kui "võõraid". Hawking on ka hoiatanud, et Higgsi boson on ohtlik ja potentsiaalselt hävitav avastus ning see peaks olema üksi jäetud.

Kaks American Physical Society poolt heaks kiidetud ülevaadet, mille tellis Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon (CERN), on aga vabastanud LHC kõigist ohutusprobleemidest. Tegelikult, nagu märgitud aruannete sees, toimuvad LHC tekitatud osakeste kokkupõrked pidevalt kogu universumis ja sarnanevad kokkupõrked ülikõrge energiaga kosmiliste kiirte ja Maa vahel, mis toimuvad palju suurematel kiirustel kui LHC saavutab.

Seotud:Suure hadronite põrkeseadme väljalülitamiseks piisab ilmselt ühest väikesest loomast

Sellised suuremate teadustegelaste mured on viinud LHC-ga seotud vandenõuteooriate ülekülluseni. Internetis levivad loomingulisemad teooriad väidavad, et CERN kasutab LHC-d põrguportaalide avamiseks, meie transportimiseks alternatiivsetesse reaalsustesse ja pahatahtlike olenditega suhtlemiseks. Need aga ainult kriibivad pinda. Asjaolu, et teadlased arutavad avalikult võimalust, et LHC aitab avastada tõendeid mitme universumi või muude mõõtmete kohta meie endi sees, lisab vaid õli vandenõu tulele.

Paljude nende vandenõuteooriate silmapaistev aspekt on CERNi seos Hindu loomise jumalannaga ja hävitamine, Shiva, kes on LHC maskott ja kelle sissepääsu sisse on püstitatud ausammas. LHC. Paljud väidavad, et see on peen tõdemus, et CERNis toimub midagi palju muust maailmast. Tegelikkuses on kuju olemasolu kergesti seletatav; see oli kingitus India valitsuselt LHC valmimise ja CERNi vildi tähistamiseks Shiva staatus loomise ja hävitamise jumalannana oli LHC-de jaoks sobiv metafoor funktsiooni.

Mis saab LHC-st ja osakeste füüsikast edasi

Nüüd, kui teadlased on Higgsi bosoni leidmiseks kasutanud LHC-d, mis saab superstruktuurist edasi? Higgsi bosoni avastamine on alles algus. Teadlased loodavad leida teist tüüpi bosoneid ja muid elementaarosakesi ning kasutada LHC-d testimise alustamiseks. supersümmeetriateooria, mis eeldab, et igal aineosakel on teine, suurem vaste kusagil mujal universum.

LHC on kavas ka pärast 2022. aastat uuendada suure heledusega, mis suurendab spektrit, milles tulemused on nähtavad. Lihtsamalt öeldes tähendab see, et teadlased saavad katseid paremini jälgida, kuna tunnelid on paremini valgustatud.

See on arusaadavatel põhjustel oluline, kuid peamine probleem on see, et LHC-l võivad potentsiaalsed avastused selle praeguse heleduse tõttu otsa saada. Põrkaja alguses on avastuste arv tunduvalt suurem kui hiljem, kuna antud heledusega nähtavate asjade arv on piiratud. Ainus viis potentsiaalsete avastuste arvu suurendamiseks on parandada rajatise heledust või selle instrumentide tugevust. Uuendus peaks võimaldama osakeste füüsika veelgi mõistatuslikumate aspektide uurimist.

Teadlased loodavad isegi ühel päeval kasutada LHC-d tumeaine sfääridesse piilumiseks ja universumi potentsiaalsete varjatud mõõtmete uurimiseks. See on muidugi kaugel, kuid jällegi peeti Higgsi bosoni olemasolu kinnitamist kunagi unistuseks. Pole mõeldud sõnamängu.

Toimetajate soovitused

• Kõik, mida pead teadma Boeing 737 Max 8 lennukite kohta
• Siin on kõik, mida peate igava ettevõtte kohta teadma
• Mis on kunstlik närvivõrk? Siin on kõik, mida peate teadma
• SpaceX BFR projekt: kõik, mida pead teadma, sealhulgas esimesed lennud
• CERNi teadlased on olnud tunnistajaks Higgsi bosoniosakese lagunemisele