Large Hadron Collider: Nyheter, teorier og alt du trenger å vite

Dypt under grensen til Sveits og Frankrike, sprenger en massiv ringformet installasjon partikler inn i hverandre i utrolige hastigheter. Forskere observerer disse kollisjonene, og lar dem observere de umulig små partiklene - som i hovedsak utgjør selve virkelighetens struktur - i et uendelig lite øyeblikk. Denne enorme strukturen er kjent som Large Hadron Collider (LHC), og har gitt fysikere en utrolig innsikt i den fysiske sammensetningen av universet vårt.

Når det er sagt, ser det også ut til at hver overskrift angående LHC truer med å enten velte den nåværende fysikkmodellen, eller åpne en verdensende tåre i interdimensjonal rom-tid. Gitt akkurat hvordan informasjon (og feilinformasjon, for den saks skyld) er der ute om partikkelen collider, har vi satt sammen denne enkle, men uttømmende guiden som skisserer alt du kanskje vil vite om det.

Hva er Large Hadron Collider?

Large Hadron Collider ble konstruert mellom 1998 og 2008 og startet sitt første operative løp 20. november 2009, etter en år lang forsinkelse på grunn av en hendelse der en elektrisk feil førte til at flere tonn flytende heliumkjølevæske ble ventilert inn i tunnel. Det massive prosjektet kostet svimlende 9 milliarder dollar å bygge, noe som gjør det til den dyreste maskinen som noen gang er bygget.

Som navnet antyder, knuser LHC stråler av bittesmå partikler som hadroner - det vil si små partikler laget av enda mindre subatomære partikler kjent som kvarker - inn i hverandre med ekstremt høye hastigheter. Disse partikkelstrålene sendes ut med omtrent 13 teraelektronvolt (TeV) kombinert energi, noe som resulterer i utrolig tette partikler som er omtrent 1 000 000 ganger varmere enn Solens kjerne. Dette er en av mange grunner til at strukturen er plassert under jorden, og hvorfor den er avkjølt til 1,9 grader Kelvin, eller nesten 1,9 grader over absolutt null.

Dette er imidlertid ikke de eneste imponerende tallene knyttet til LHC.

Gjennom den 17 mil lange sløyfen buer rundt 1600 magneter og leder strålene rundt den massive tunnelen og inn i hverandre. Magnetene er bygd opp av små tråder av kveilet kobberbelagt niob-titan, som - hvis de ble løst opp - ville nå til solen og tilbake fem ganger, med nok til overs til å vikle rundt månen og tilbake noen ganger vi vil.

Alt det magnetiske materialet hjelper til med å akselerere partikkelstrålene til superhøye hastigheter, bare utenfor lysets hastighet. Når de kolliderer med slike hastigheter, eksploderer de små partiklene til subatomære partikler, krasjer og spretter av hverandre i et miljø med høy energi som ligner på forholdene i universet på tidspunktet for det store Bang. Innenfor disse eksplosjonene søker forskere etter nye ledetråder om hvordan universet fungerer.

For å samle inn og analysere de enorme datamengdene som produseres av LHC, knuser et globalt nettverk av 170 datasentre spredt over 36 land titalls petabyte med data hvert år. Nettverksnettet er så stort at det for tiden har Guinness verdensrekord for det største distribuerte datanettet på jorden.

Higgs-bosonet og andre funn gjort av LHC

For tiden bruker vi standardmodellen for partikkelfysikk for å forklare hvordan partikkelfysikk fungerer. Standardmodellen, som ble formulert i løpet av det 20. århundre av forskjellige forskere, har så langt bestått konsekvent i å forklare delene av universet som er direkte observerbare for oss - som bare er omtrent 5 prosent av univers. Dette gjør at de resterende 95 prosentene av universet ikke er gjort rede for i SM, inkludert mørk materie og mørk energi, og eventuelle potensielle krefter eller interaksjoner de utøver.

Selv delene vi kan observer har noen ennå ubesvarte spørsmål. Standardmodellen tar ikke engang hensyn til tyngdekraften og er uforenlig med relativitetsteorien. Det er klart at vi har mye igjen å lære.

Det er der LHC kommer inn. Så langt har LHC-eksperimenter bekreftet eksistensen av Higgs-bosonet, også kjent som "The God Particle", som var en viktig teoretisk aspekt ved Standardmodellen som aldri ble observert før den ble bekreftet av en test ved LHC 4. juli, 2012. Higgs-bosonet er en unnvikende partikkel med høy masse som er det som gir masse til all materie i universet – i utgangspunktet er det det som lar ting fysisk eksistere.

Andre partikler, som de eksotiske hadronene X(3872), Z(4430), Zc (3900) og Y(4140), har også blitt observert i LHC-tester, så vel som en rekke andre potensielle elementærpartikler som ennå ikke har vært bekreftet.

Oppdagelsen av Higgs-bosonet var et stort skritt fremover for å forstå universets fysiske lover, men det ga også opphav til enda flere spørsmål og problemer. Faktisk fører mye av det LHC har avdekket om partikkelfysikk til flere spørsmål enn svar generelt. Så forskere fortsetter å bruke LHC til å sprenge partikler sammen i håp om å finne noen svar.

Sikkerheten til LHC og partikkelkollisjon

Selvfølgelig, når du arbeider med så store mengder energi og dyrt, kraftig utstyr, blir spørsmålet: er alt dette trygt? Det korte svaret er ja, men det har ikke stoppet folk fra å anta en rekke dommedagsscenarier.

Kjente forskere som Stephen Hawking og Neil Degrasse Tyson har foreslått mulige katastrofale hendelser som kan oppstå som følge av LHCs bruk, inkludert dannelsen av mini sorte hull, utsletting av jorden og produksjon av destruktive teoretiske partikler kjent som "strangelets". Hawking har også advart Higgs Boson er en farlig og potensielt ødeleggende oppdagelse, og burde være det forlatt.

Imidlertid har to anmeldelser godkjent av American Physical Society bestilt av European Organization of Nuclear Research (CERN) renset LHC for sikkerhetsproblemer. Faktisk, som påpekt i rapportene, de typene partikkelkollisjoner som LHC produserer skjer konstant i hele universet og ligner kollisjoner mellom ultrahøyenergiske kosmiske stråler og jorden, som skjer med hastigheter som er langt høyere enn LHC oppnår.

I slekt:Ett lite dyr er tilsynelatende alt som skal til for å stenge Large Hadron Collider

Slike bekymringer fra store vitenskapelige personer har ført til en mengde konspirasjonsteorier angående LHC. De mer kreative teoriene rundt internett hevder at CERN bruker LHC for å åpne portaler til helvete, for å transportere oss til alternative virkeligheter og for å kommunisere med ondsinnede vesener. Disse skraper imidlertid bare overflaten. Det faktum at forskere åpent diskuterer muligheten for at LHC hjelper til med å oppdage bevis på flere universer eller andre dimensjoner i våre egne, legger bare drivstoff til den konspiratoriske brannen.

Et fremtredende aspekt ved mange av disse konspirasjonsteoriene er CERNs forbindelse til den hinduistiske skapergudinnen og ødeleggelse, Shiva, som fungerer som maskot for LHC og har en statue reist i inngangen til LHC. Mange hevder at dette er en subtil innrømmelse at det er noe langt mer verdensomspennende som skjer på CERN. I virkeligheten er statuens tilstedeværelse lett forklart; det var en gave fra regjeringen i India for å feire LHCs ferdigstillelse og CERN følte Shivas status som gudinne for skapelse og ødeleggelse var en passende metafor for LHCs funksjon.

Hva er det neste for LHC og partikkelfysikk

Så nå som forskere har brukt LHC for å finne Higgs-bosonet, hva er det neste for superstrukturen? Oppdagelsen av Higgs-bosonet er bare begynnelsen. Forskere håper å finne andre typer bosoner og andre elementærpartikler og å bruke LHC til å begynne å teste teori om supersymmetri, som antyder at hver partikkel av materie har en annen, større motpart et annet sted i univers.

LHC er også planlagt å motta en oppgradering til høy lysstyrke en gang etter 2022, noe som vil øke spekteret innenfor hvilke resultater er synlige. Enkelt sagt betyr dette at forskere vil kunne observere tester bedre, ettersom tunnelene blir bedre opplyst.

Dette er viktig av åpenbare grunner, men den største bekymringen er at LHC kan gå tom for potensielle funn gitt dens nåværende lysstyrke. I det tidlige livet til en kolliderer er antallet funn mye større enn senere, ettersom antallet ting som kan sees ved en gitt lysstyrke er begrenset. Den eneste måten å øke antallet potensielle funn på er å oppgradere anleggets lysstyrke eller styrken til instrumentene. Oppgraderingen bør gjøre det mulig å undersøke enda mer forvirrende aspekter ved partikkelfysikk.

Forskere håper til og med å en dag bruke LHC til å kikke inn i rikene av mørk materie og gjennomsøke potensiale, skjulte dimensjoner av universet. Det er et langt skudd, men så igjen, å bekrefte eksistensen av Higgs-bosonet ble en gang ansett som en drøm. Beklager ordspillet.

Redaktørenes anbefalinger

• Alt du trenger å vite om Boeing 737 Max 8-flyet
• Her er alt du trenger å vite om Boring Company
• Hva er et kunstig nevralt nettverk? Her er alt du trenger å vite
• SpaceX BFR-prosjektet: Alt du trenger å vite, inkludert første flyvninger
• CERN-forskere har vært vitne til forfallet av Higgs bosonpartikkel