Wielki Zderzacz Hadronów: wiadomości, teorie i wszystko, co musisz wiedzieć

Głęboko pod granicą Szwajcarii i Francji potężna instalacja w kształcie pierścienia wrzuca cząsteczki w siebie z niewiarygodną prędkością. Naukowcy obserwują te zderzenia, umożliwiając im obserwację niewiarygodnie małych cząstek – które zasadniczo tworzą strukturę rzeczywistości – przez nieskończenie krótki moment czasu. Ta ogromna struktura znana jest jako Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) i zapewniła fizykom niesamowity wgląd w budowę fizyczną naszego Wszechświata.

To powiedziawszy, wydaje się również, że każdy nagłówek dotyczący LHC grozi albo wywróceniem obecnego modelu fizyki, albo otwarciem kończącego się świata rozdarcia w międzywymiarowej czasoprzestrzeni. Biorąc pod uwagę, jakie informacje (i dezinformacje, jeśli o to chodzi) są dostępne na temat cząstki collider, przygotowaliśmy ten prosty, ale wyczerpujący przewodnik zawierający wszystko, co możesz chcieć wiedzieć o tym.

Co to jest Wielki Zderzacz Hadronów?

Wielki Zderzacz Hadronów został zbudowany w latach 1998–2008 i rozpoczął swój pierwszy rozruch operacyjny 20 listopada 2009 r., po roczne opóźnienie spowodowane incydentem, w wyniku którego awaria elektryczna spowodowała przedostanie się kilku ton płynu chłodzącego w postaci ciekłego helu do tunel. Budowa tego ogromnego projektu kosztowała oszałamiające 9 miliardów dolarów, co czyni go najdroższą maszyną, jaką kiedykolwiek zbudowano.

Jak sama nazwa wskazuje, LHC zderza ze sobą wiązki maleńkich cząstek, takich jak hadrony – czyli małe cząstki zbudowane z jeszcze mniejszych cząstek subatomowych zwanych kwarkami – z bardzo dużą prędkością. Te wiązki cząstek są wystrzeliwane z łączną energią około 13 teraelektronowoltów (TeV), w wyniku czego powstają niewiarygodnie gęste cząstki, które są około 1 000 000 razy gorętsze niż jądro Słońca. Jest to jeden z wielu powodów, dla których konstrukcja jest umieszczona pod ziemią i dlaczego jest chłodzona do 1,9 stopnia Kelvina, czyli prawie 1,9 stopnia powyżej zera absolutnego.

To jednak nie jedyne imponujące liczby związane z LHC.

Na całej 27-kilometrowej pętli około 1600 magnesów zakrzywia się i kieruje wiązki wokół ogromnego tunelu oraz jedna w drugą. Magnesy składają się z maleńkich pasm zwiniętego niobu i tytanu pokrytego miedzią, które – jeśli zostaną rozplątane – dotrzeć do Słońca i z powrotem pięć razy, pozostawiając wystarczająco dużo, aby owinąć Księżyc i z powrotem kilka razy Dobrze.

Cały ten materiał magnetyczny pomaga przyspieszyć wiązki cząstek do bardzo dużych prędkości, niewiele przekraczających prędkość światła. Kiedy zderzają się z taką prędkością, maleńkie cząstki eksplodują na cząstki subatomowe, rozbijając się i odbijając siebie nawzajem w środowisku wysokoenergetycznym, podobnym do warunków panujących we wszechświecie w czasach Wielkiego Huk. W ramach tych eksplozji badacze szukają nowych wskazówek na temat działania wszechświata.

Aby zebrać i przeanalizować ogromne ilości danych wytwarzanych przez LHC, globalna sieć 170 centrów obliczeniowych rozmieszczonych w 36 krajach co roku przetwarza dziesiątki petabajtów danych. Siatka sieciowa jest tak duża, że ​​obecnie znajduje się w Księdze Rekordów Guinnessa w kategorii największej rozproszonej sieci komputerowej na Ziemi.

Bozon Higgsa i inne odkrycia dokonane przez LHC

Obecnie używamy Modelu Standardowego Fizyki Cząstek, aby wyjaśnić, jak działa fizyka cząstek. Model Standardowy, formułowany w XX wieku przez różnych naukowców, pozostał do tej pory niezmienny konsekwentny w wyjaśnianiu części wszechświata, które możemy bezpośrednio obserwować – co stanowi tylko około 5 procent wszechświat. To sprawia, że ​​pozostałe 95 procent Wszechświata nie jest uwzględnione w SM, włączając w to ciemną materię i ciemną energię oraz wszelkie potencjalne siły lub interakcje, jakie wywierają.

Nawet te części, które my Móc obserwuj, że masz kilka pytań, na które nie ma jeszcze odpowiedzi. Model standardowy nie uwzględnia nawet grawitacji i jest niezgodny z teorią względności. To oczywiste, że musimy się jeszcze wiele nauczyć.

I tu z pomocą przychodzi LHC. Jak dotąd eksperymenty LHC potwierdziły istnienie bozonu Higgsa, zwanego także „boską cząstką”, który był ważnym teoretyczny aspekt Modelu Standardowego, którego nigdy nie zaobserwowano, dopóki nie zostało to potwierdzone testem w LHC 4 lipca, 2012. Bozon Higgsa to nieuchwytna cząstka o dużej masie, która nadaje masę całej materii we wszechświecie – w zasadzie pozwala rzeczom fizycznie istnieć.

Inne cząstki, takie jak egzotyczne hadrony X(3872), Z(4430), Zc (3900) i Y(4140), również zostały zbadane zaobserwowanych w testach LHC, a także szeregu innych potencjalnych cząstek elementarnych, które jeszcze nie powstały potwierdzony.

Odkrycie bozonu Higgsa było ważnym krokiem w kierunku zrozumienia praw fizycznych rządzących wszechświatem, ale spowodowało także jeszcze więcej pytań i problemów. W rzeczywistości większość odkryć LHC na temat fizyki cząstek prowadzi do większej liczby pytań niż ogólnie odpowiedzi. Dlatego badacze nadal wykorzystują LHC do wysadzania cząstek w nadziei znalezienia odpowiedzi.

Bezpieczeństwo zderzenia LHC i cząstek

Oczywiście, mając do czynienia z tak dużymi ilościami energii i drogim, mocnym sprzętem, pojawia się pytanie: czy to wszystko jest bezpieczne? Krótka odpowiedź brzmi „tak”, ale nie powstrzymuje to ludzi od stawiania hipotez dotyczących dowolnej liczby scenariuszy końca świata.

Znani naukowcy, tacy jak Stephen Hawking i Neil Degrasse Tyson, zaproponowali możliwe katastrofalne zdarzenia, które mogłyby nastąpić w wyniku wykorzystania LHC, w tym tworzenia mini czarnych dziur, niszczenia Ziemi i wytwarzania niszczycielskich zjawisk teoretycznych cząstki znane jako „strangelets”. Hawking ostrzegł również, że bozon Higgsa jest niebezpiecznym i potencjalnie niszczycielskim odkryciem i tak powinno być pozostawiony sam.

Jednakże dwie recenzje zatwierdzone przez Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne zlecone przez Europejską Organizację Badań Jądrowych (CERN) rozwiały LHC pod względem bezpieczeństwa. Faktycznie, jak wskazano w raportach, rodzaje zderzeń cząstek wytwarzanych przez LHC zachodzą stale w całym wszechświecie i przypominają zderzenia cząstek zderzenia ultrawysokoenergetycznych promieni kosmicznych z Ziemią, do których dochodzi przy prędkościach znacznie większych niż prędkość LHC osiąga.

Powiązany:Najwyraźniej jedno małe zwierzę wystarczy, aby wyłączyć Wielki Zderzacz Hadronów

Takie obawy czołowych osobistości naukowych doprowadziły do ​​​​natłoku teorii spiskowych dotyczących LHC. Bardziej kreatywne teorie w Internecie twierdzą, że CERN wykorzystuje LHC do otwierania portali do piekła, przenoszenia nas do alternatywnych rzeczywistości i komunikowania się ze złośliwymi istotami. Jednakże rysują one jedynie powierzchnię. Fakt, że badacze otwarcie dyskutują o możliwości, że LHC pomaga odkryć dowody na istnienie wielu wszechświatów lub innych wymiarów w naszym własnym, tylko dodaje oliwy do konspiracyjnego ognia.

Ważnym aspektem wielu z tych teorii spiskowych jest powiązanie CERN-u z hinduską boginią stworzenia i zniszczenia, Śiwa, który służy jako maskotka LHC i którego pomnik wzniesiono przy wejściu do LHC. Wielu twierdzi, że jest to subtelne przyznanie, że w CERN dzieje się coś znacznie bardziej nieziemskiego. W rzeczywistości obecność posągu można łatwo wyjaśnić; był to prezent od rządu Indii z okazji ukończenia LHC i odczuł to CERN Status Śiwy jako bogini stworzenia i zniszczenia był odpowiednią metaforą dla LHC funkcjonować.

Co dalej z LHC i fizyką cząstek

Zatem teraz, gdy badacze wykorzystali LHC do znalezienia bozonu Higgsa, co dalej z superstrukturą? Odkrycie bozonu Higgsa to dopiero początek. Naukowcy mają nadzieję znaleźć inne typy bozonów i innych cząstek elementarnych oraz wykorzystać LHC do rozpoczęcia testów teoria supersymetrii, która zakłada, że ​​każda cząstka materii ma inny, większy odpowiednik gdzieś indziej wszechświat.

Planuje się również, że LHC zostanie ulepszony do wysokiej jasności jakiś czas po 2022 roku, co zwiększy widmo, w którym widoczne będą wyniki. Krótko mówiąc, oznacza to, że badacze będą mogli lepiej obserwować testy, ponieważ tunele będą lepiej oświetlone.

Jest to ważne z oczywistych powodów, ale główną obawą jest to, że w LHC mogą kończyć się potencjalne odkrycia, biorąc pod uwagę jego obecną jasność. Na początku życia zderzacza liczba odkryć jest znacznie większa niż później, ponieważ liczba rzeczy, które można zobaczyć przy danej jasności, jest skończona. Jedynym sposobem na zwiększenie liczby potencjalnych odkryć jest zwiększenie jasności obiektu lub mocy jego instrumentów. Ulepszenie powinno pozwolić na zbadanie jeszcze bardziej zagadkowych aspektów fizyki cząstek elementarnych.

Naukowcy mają nawet nadzieję, że pewnego dnia wykorzystają LHC do zaglądania w sferę ciemnej materii i przeszukiwania potencjalnych, ukrytych wymiarów Wszechświata. To jasne, ale z drugiej strony potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa było kiedyś uważane za mrzonkę. Nie zamierzona gra słów.

Zalecenia redaktorów

• Wszystko, co musisz wiedzieć o samolocie Boeing 737 Max 8
• Oto wszystko, co musisz wiedzieć o Boring Company
• Co to jest sztuczna sieć neuronowa? Oto wszystko, co musisz wiedzieć
• Projekt SpaceX BFR: wszystko, co musisz wiedzieć, łącznie z pierwszymi lotami
• Naukowcy z CERN byli świadkami rozpadu cząstki bozonu Higgsa