Lielais hadronu paātrinātājs: ziņas, teorijas un viss, kas jums jāzina

Dziļi zem Šveices un Francijas robežas masīva gredzenveida instalācija neticamā ātrumā spridzina daļiņas vienu otrā. Zinātnieki novēro šīs sadursmes, ļaujot viņiem novērot neiespējami mazās daļiņas, kas būtībā veido pašu realitātes struktūru, bezgalīgi mazu laika brīdi. Šī milzīgā struktūra ir pazīstama kā lielais hadronu paātrinātājs (LHC), un tā ir sniegusi fiziķiem neticamu ieskatu mūsu Visuma fiziskajā struktūrā.

Tomēr šķiet, ka katrs virsraksts par LHC draud vai nu apgāzt pašreizējo fizikas modeli, vai atvērt pasaules beigu asaru starpdimensionālajā telpā-laikā. Ņemot vērā to, cik informācija (un šajā jautājumā dezinformācija) ir pieejama par daļiņu Collider, mēs esam izveidojuši šo vienkāršo, taču izsmeļošo rokasgrāmatu, kurā izklāstīts viss, ko jūs varētu vēlēties zināt par to.

Kas ir lielais hadronu paātrinātājs?

Lielais hadronu paātrinātājs tika uzbūvēts no 1998. gada līdz 2008. gadam, un tas pirmo reizi sāka darboties 2009. gada 20. novembrī pēc gadu ilga kavēšanās sakarā ar negadījumu, kad elektrības kļūmes rezultātā vairākas tonnas šķidrā hēlija dzesēšanas šķidruma tika izvadītas tunelis. Milzīgā projekta būvniecība izmaksāja satriecošus 9 miljardus dolāru, padarot to par visdārgāko jebkad uzbūvēto mašīnu.

Kā norāda nosaukums, LHC ļoti lielā ātrumā satriec sīku daļiņu, piemēram, hadronu, starus, t.i., mazas daļiņas, kas izgatavotas no vēl mazākām subatomiskām daļiņām, kas pazīstamas kā kvarki. Šie daļiņu stari tiek palaisti ar aptuveni 13 teraelektronvoltu (TeV) kombinēto enerģiju, kā rezultātā veidojas neticami blīvas daļiņas, kas ir aptuveni 1 000 000 reižu karstākas nekā Saules kodols. Tas ir viens no daudzajiem iemesliem, kāpēc struktūra atrodas pazemē un kāpēc tā ir atdzesēta līdz 1,9 grādiem pēc Kelvina vai gandrīz 1,9 grādiem virs absolūtās nulles.

Tomēr tie nav vienīgie iespaidīgie skaitļi, kas saistīti ar LHC.

Visā 17 jūdžu garajā cilpā aptuveni 1600 magnēti izliekas un virza starus ap masīvo tuneli un viens otrā. Magnēti ir izgatavoti no sīkām niobija-titāna, kas pārklātas ar varu, pavedieniem, kas, ja tos atšķetinātu, piecas reizes sasniedziet Sauli un atpakaļ, atstājot pietiekami daudz pāri, lai dažas reizes apgrieztos ap Mēnesi un atpakaļ labi.

Viss šis magnētiskais materiāls palīdz paātrināt daļiņu starus līdz īpaši lieliem ātrumiem, tikai izvairoties no gaismas ātruma. Kad tie saduras ar šādu ātrumu, sīkās daļiņas eksplodē subatomiskās daļiņās, saduroties un atlecot. viens otru augstas enerģijas vidē, kas ir līdzīga Visuma apstākļiem Lielā laikā Bang. Šajos sprādzienos pētnieki meklē jaunas norādes par to, kā Visums darbojas.

Lai savāktu un analizētu milzīgos LHC radītos datu apjomus, globālais tīkls, kurā ietilpst 170 skaitļošanas centri, kas izvietoti 36 valstīs, katru gadu izspiež desmitiem petabaitu datu. Tīkla režģis ir tik liels, ka šobrīd tam pieder Ginesa pasaules rekords par lielāko izplatīto datoru tīklu uz Zemes.

Higsa bozons un citi LHC atklājumi

Pašlaik mēs izmantojam daļiņu fizikas standarta modeli, lai izskaidrotu, kā darbojas daļiņu fizika. Standarta modelis, ko 20. gadsimta laikā formulēja dažādi zinātnieki, līdz šim ir saglabājies konsekventi izskaidrojot mums tieši novērojamās Visuma daļas, kas ir tikai aptuveni 5 procenti no Visums. Tādējādi SM netiek ņemti vērā atlikušie 95 procenti Visuma, tostarp tumšā matērija un tumšā enerģija, kā arī visi iespējamie spēki vai mijiedarbība, ko tie iedarbojas.

Pat tās daļas, kuras mēs var novērojiet, ka jums ir daži vēl neatbildēti jautājumi. Standarta modelis pat neņem vērā gravitāciju un nav savienojams ar relativitātes teoriju. Skaidrs, ka mums vēl daudz jāmācās.

Šeit parādās LHC. Līdz šim LHC eksperimenti apstiprināja Higsa bozona jeb “Dieva daļiņas” esamību, kas bija svarīga Standarta modeļa teorētiskais aspekts, kas nekad netika novērots, līdz to apstiprināja tests LHC 4. jūlijā, 2012. Higsa bozons ir nenotverama, lielas masas daļiņa, kas ir tā, kas piešķir masu visai matērijai Visumā — būtībā tā ļauj lietām fiziski eksistēt.

Citas daļiņas, piemēram, eksotiskie hadroni X(3872), Z(4430), Zc (3900) un Y(4140) novērotas LHC testos, kā arī vairākas citas potenciālas elementārdaļiņas, kuras vēl nav apstiprināja.

Higsa bozona atklāšana bija liels solis uz priekšu Visuma fizisko likumu izpratnē, taču tas arī radīja vēl vairāk jautājumu un problēmu. Patiesībā liela daļa no tā, ko LHC ir atklājis par daļiņu fiziku, rada vairāk jautājumu nekā atbilžu kopumā. Tāpēc pētnieki turpina izmantot LHC, lai kopā uzspridzinātu daļiņas, cerot atrast dažas atbildes.

LHC un daļiņu sadursmes drošība

Protams, saskaroties ar tik lielu enerģijas daudzumu un dārgu, jaudīgu aprīkojumu, rodas jautājums: vai tas viss ir droši? Īsā atbilde ir jā, taču tas nav atturējis cilvēkus izvirzīt hipotēzes par vairākiem pastardienas scenārijiem.

Tādi labi pazīstami zinātnieki kā Stīvens Hokings un Nīls Degrass Taisons ir ierosinājuši iespējamus katastrofālus notikumus, kas varētu notikt LHC izmantošana, ieskaitot mini melno caurumu veidošanos, Zemes iznīcināšanu un destruktīvu teorētisku daļiņas, kas pazīstamas kā "dīvaiņi". Hokings ir arī brīdinājis, ka Higsa bozons ir bīstams un potenciāli destruktīvs atklājums, un tas ir atstāts viens.

Tomēr divi Amerikas Fizikas biedrības apstiprinātie pārskati, ko pasūtījusi Eiropas Kodolpētījumu organizācija (CERN), ir atbrīvojuši LHC no jebkādām drošības problēmām. Patiesībā, kā norādīts ziņojumu ietvaros, daļiņu sadursmes, ko rada LHC, notiek pastāvīgi visā Visumā un atgādina sadursmes starp īpaši augstas enerģijas kosmiskajiem stariem un Zemi, kas notiek ar ātrumu, kas ir daudz lielāks nekā LHC paveic.

Saistīts:Viens mazs dzīvnieks acīmredzot ir viss, kas nepieciešams, lai izslēgtu lielo hadronu paātrinātāju

Šādas lielāko zinātnisko darbinieku bažas ir izraisījušas sazvērestības teoriju pārpilnību attiecībā uz LHC. Radošākas interneta teorijas apgalvo, ka CERN izmanto LHC, lai atvērtu portālus uz elli, novirzītu mūs uz alternatīvām realitātēm un sazinātos ar ļaunprātīgām būtnēm. Tomēr tie tikai saskrāpē virsmu. Fakts, ka pētnieki atklāti apspriež iespēju, ka LHC palīdz atklāt pierādījumus par vairākiem Visumiem vai citām dimensijām mūsu pašu ietvaros, tikai papildina sazvērestības uguni.

Daudzu šo sazvērestības teoriju ievērojams aspekts ir CERN saistība ar hinduistu radīšanas dievieti. un iznīcināšana, Šiva, kurš kalpo kā LHC talismans un kura ieejā ir uzcelta statuja. LHC. Daudzi apgalvo, ka tā ir smalka atziņa, ka CERN notiek kaut kas daudz citādāks. Patiesībā statujas klātbūtne ir viegli izskaidrojama; tā bija Indijas valdības dāvana par godu LHC pabeigšanai un CERN sajūtai Šivas kā radīšanas un iznīcināšanas dievietes statuss bija piemērota metafora LHC funkciju.

Kas notiks tālāk par LHC un daļiņu fiziku

Tagad, kad pētnieki ir izmantojuši LHC, lai atrastu Higsa bozonu, kas notiks tālāk ar superstruktūru? Higsa bozona atklāšana ir tikai sākums. Pētnieki cer atrast cita veida bozonus un citas elementārdaļiņas un izmantot LHC, lai sāktu testēt supersimetrijas teorija, kas paredz, ka katrai matērijas daļiņai ir cits, lielāks līdzinieks kaut kur citur Visums.

Plānots, ka LHC kādu laiku pēc 2022. gada saņems jauninājumu uz augstu spilgtumu, kas palielinās spektru, kurā ir redzami rezultāti. Vienkārši izsakoties, tas nozīmē, ka pētnieki varēs labāk novērot testus, jo tuneļi būs labāk apgaismoti.

Tas ir svarīgi acīmredzamu iemeslu dēļ, taču galvenās bažas rada tas, ka LHC var beigties iespējamie atklājumi, ņemot vērā tā pašreizējo spilgtumu. Kolidera darbības sākumā atklājumu skaits ir ievērojami lielāks nekā vēlāk, jo lietu skaits, ko var redzēt ar noteiktu spilgtumu, ir ierobežots. Vienīgais veids, kā palielināt potenciālo atklājumu skaitu, ir uzlabot objekta spilgtumu vai tā instrumentu stiprumu. Jaunināšanai vajadzētu ļaut izpētīt vēl mulsinošākus daļiņu fizikas aspektus.

Zinātnieki pat cer kādu dienu izmantot LHC, lai ielūkotos tumšās matērijas jomās un izpētītu potenciālās, slēptās Visuma dimensijas. Tas, protams, ir tāls sitiens, bet atkal apstiprinājums par Higsa bozona esamību kādreiz tika uzskatīts par sapni. Nav paredzēts kalambūrs.

Redaktoru ieteikumi

• Viss, kas jums jāzina par Boeing 737 Max 8 lidmašīnu
• Šeit ir viss, kas jums jāzina par Boring Company
• Kas ir mākslīgais neironu tīkls? Šeit ir viss, kas jums jāzina
• SpaceX BFR projekts: viss, kas jums jāzina, ieskaitot pirmos lidojumus
• CERN zinātnieki ir bijuši liecinieki Higsa bozona daļiņas sabrukšanai