เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่: ข่าวสาร ทฤษฎี และทุกสิ่งที่คุณต้องรู้

ลึกลงไปใต้พรมแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส สิ่งปลูกสร้างรูปทรงวงแหวนขนาดมหึมาจะระเบิดอนุภาคเข้าหากันด้วยความเร็วอันน่าเหลือเชื่อ นักวิทยาศาสตร์สังเกตการชนเหล่านี้ ทำให้พวกเขาสังเกตอนุภาคขนาดเล็กที่เป็นไปไม่ได้ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างแห่งความเป็นจริง ในช่วงเวลาอันสั้น โครงสร้างขนาดมหึมานี้เรียกว่าเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) และช่วยให้นักฟิสิกส์ได้รับข้อมูลเชิงลึกอันน่าทึ่งเกี่ยวกับองค์ประกอบทางกายภาพของจักรวาลของเรา

ที่กล่าวว่าดูเหมือนว่าพาดหัวข่าวทุกรายการเกี่ยวกับ LHC ขู่ว่าจะคว่ำแบบจำลองฟิสิกส์ในปัจจุบันหรือเปิดการฉีกขาดของโลกในอวกาศ-เวลาระหว่างมิติ เมื่อพิจารณาว่าข้อมูล (และข้อมูลที่ผิดสำหรับเรื่องนั้น) มีข้อมูลเกี่ยวกับอนุภาคอย่างไร Collider เราได้รวบรวมคำแนะนำที่เรียบง่ายแต่ครบถ้วนสมบูรณ์โดยสรุปทุกสิ่งที่คุณอาจต้องการทราบ เกี่ยวกับมัน.

Large Hadron Collider คืออะไร?

เครื่องชนอนุภาคขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นระหว่างปี พ.ศ. 2541 ถึง พ.ศ. 2551 และเริ่มปฏิบัติการครั้งแรกเมื่อวันที่ 20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2552 หลังจาก ล่าช้านานเป็นปีจากเหตุไฟฟ้าขัดข้องส่งผลให้มีสารหล่อเย็นฮีเลียมเหลวจำนวนหลายตันถูกระบายเข้าใน อุโมงค์. โครงการขนาดใหญ่นี้ใช้เงินลงทุนสูงถึง 9 พันล้านดอลลาร์ในการก่อสร้าง ทำให้เป็นเครื่องจักรที่แพงที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา

เช่นเดียวกับชื่อที่แนะนำ LHC ทุบลำแสงของอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ฮาดรอน กล่าวคือ อนุภาคขนาดเล็กที่ทำจากอนุภาคย่อยของอะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่าควาร์ก เข้าหากันด้วยความเร็วสูงพิเศษ ลำแสงอนุภาคเหล่านี้ถูกปล่อยออกมาด้วยพลังงานรวมประมาณ 13 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ (TeV) ส่งผลให้เกิดอนุภาคที่มีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งร้อนกว่าแกนกลางดวงอาทิตย์ประมาณ 1,000,000 เท่า นี่เป็นหนึ่งในหลายเหตุผลที่ทำให้โครงสร้างนี้ตั้งอยู่ใต้ดิน และทำไมจึงมีอุณหภูมิเย็นลงถึง 1.9 องศาเคลวิน หรือสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์เกือบ 1.9 องศา

นี่ไม่ใช่ตัวเลขที่น่าประทับใจเพียงอย่างเดียวที่เกี่ยวข้องกับ LHC

ตลอดระยะทาง 17 ไมล์ แม่เหล็กจำนวน 1,600 ชิ้นจะโค้งงอและควบคุมลำแสงไปรอบๆ อุโมงค์ขนาดใหญ่และเข้าหากัน แม่เหล็กประกอบด้วยเส้นเล็กๆ ของไนโอเบียม-ไททาเนียมเคลือบทองแดง ซึ่งถ้าหลุดออกก็จะ ไปถึงดวงอาทิตย์และถอยหลังห้าครั้ง โดยเหลือมากพอที่จะพันรอบดวงจันทร์และย้อนกลับได้สองสามครั้ง ดี.

วัสดุแม่เหล็กทั้งหมดนั้นช่วยเร่งคานอนุภาคให้มีความเร็วสูงมากเพียงไม่ถึงความเร็วแสง เมื่อชนกันด้วยความเร็วดังกล่าว อนุภาคเล็กๆ จะระเบิดออกเป็นอนุภาคย่อยของอะตอม กระแทกและกระเด็นออกไป ซึ่งกันและกันในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูงซึ่งคล้ายกับสภาวะของจักรวาลในช่วงเวลาที่ยิ่งใหญ่ ปัง. ภายในการระเบิดเหล่านี้ นักวิจัยค้นหาเบาะแสใหม่เกี่ยวกับวิธีการทำงานของจักรวาล

เพื่อรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมหาศาลที่ผลิตโดย LHC เครือข่ายศูนย์คอมพิวเตอร์ 170 แห่งทั่วโลกที่กระจายอยู่ใน 36 ประเทศต้องย่อยข้อมูลหลายสิบเพตะไบต์ทุกปี ตารางเครือข่ายมีขนาดใหญ่มาก จนปัจจุบันได้รับการบันทึกสถิติโลกกินเนสส์ว่าเป็นตารางคอมพิวเตอร์แบบกระจายที่ใหญ่ที่สุดในโลก

ฮิกส์ โบสัน และการค้นพบอื่นๆ ที่จัดทำโดย LHC

ปัจจุบัน เราใช้แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคเพื่ออธิบายวิธีการทำงานของฟิสิกส์ของอนุภาค จนถึงขณะนี้แบบจำลองมาตรฐานซึ่งจัดทำขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงอยู่ สม่ำเสมอในการอธิบายส่วนต่าง ๆ ของเอกภพที่เราสังเกตได้โดยตรงซึ่งมีเพียงประมาณร้อยละ 5 เท่านั้น จักรวาล. สิ่งนี้ทำให้ส่วนที่เหลืออีก 95 เปอร์เซ็นต์ของจักรวาลไม่ถูกนับรวมอยู่ใน SM รวมถึงสสารมืดและพลังงานมืด และพลังหรือปฏิกิริยาใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นจากพวกมัน

แม้กระทั่งส่วนของเรา สามารถ สังเกตมีคำถามที่ยังไม่ได้ตอบ แบบจำลองมาตรฐานไม่ได้คำนึงถึงแรงโน้มถ่วงด้วยซ้ำและไม่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ เห็นได้ชัดว่าเรายังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้

นั่นคือสิ่งที่ LHC เข้ามา จนถึงขณะนี้ การทดลอง LHC ยืนยันการมีอยู่ของฮิกส์ โบซอน หรือที่รู้จักในชื่อ “อนุภาคพระเจ้า” ซึ่งมีความสำคัญ ด้านทฤษฎีของแบบจำลองมาตรฐานที่ไม่เคยสังเกตมาก่อนจนกระทั่งได้รับการยืนยันจากการทดสอบที่ LHC เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012. ฮิกส์โบซอนเป็นอนุภาคมวลสูงที่เข้าใจยาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ให้มวลแก่สสารทั้งหมดในจักรวาล โดยพื้นฐานแล้ว มันเป็นสิ่งที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ ดำรงอยู่ได้ทางกายภาพ

อนุภาคอื่นๆ เช่น ฮาดรอนเอ็กซ์โซติก X(3872), Z(4430), Zc (3900) และ Y(4140) ก็มีเช่นกัน สังเกตได้จากการทดสอบ LHC เช่นเดียวกับอนุภาคมูลฐานที่เป็นไปได้อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่ยังไม่มี ยืนยันแล้ว

การค้นพบฮิกส์โบซอนเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจกฎฟิสิกส์ของจักรวาล แต่ยังทำให้เกิดคำถามและปัญหาเพิ่มมากขึ้นอีกด้วย ในความเป็นจริง สิ่งที่ LHC ได้ค้นพบเกี่ยวกับฟิสิกส์ของอนุภาคส่วนใหญ่ทำให้เกิดคำถามมากกว่าคำตอบโดยทั่วไป ดังนั้น นักวิจัยยังคงใช้ LHC เพื่อระเบิดอนุภาคด้วยกันโดยหวังว่าจะพบคำตอบ

ความปลอดภัยของ LHC และการชนกันของอนุภาค

แน่นอนว่า เมื่อต้องรับมือกับพลังงานปริมาณมากและอุปกรณ์ทรงพลังราคาแพง คำถามก็เกิดขึ้น: ทั้งหมดนี้ปลอดภัยหรือไม่ คำตอบสั้นๆ คือใช่ แต่นั่นไม่ได้หยุดผู้คนจากการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับสถานการณ์วันโลกาวินาศใดๆ

นักวิทยาศาสตร์ชื่อดังอย่าง Stephen Hawking และ Neil Degrasse Tyson ได้เสนอเหตุการณ์ภัยพิบัติที่อาจเกิดขึ้นอันเนื่องมาจาก การใช้งานของ LHC รวมถึงการก่อตัวของหลุมดำขนาดเล็ก การทำลายล้างของโลก และการผลิตทฤษฎีการทำลายล้าง อนุภาคที่เรียกว่า "strangelets" ฮอว์คิงยังเตือนด้วยว่าฮิกส์โบสันเป็นการค้นพบที่อันตรายและอาจทำลายล้างได้ และควรจะเป็นเช่นนั้น เหลืออยู่คนเดียว

อย่างไรก็ตาม การทบทวนที่ได้รับการรับรองจากสมาคมกายภาพแห่งอเมริกา (American Physical Society) สองรายการซึ่งได้รับมอบหมายจากองค์การวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ได้ชี้แจง LHC ในเรื่องข้อกังวลด้านความปลอดภัยทั้งหมดแล้ว จริงดังที่กล่าวมา ภายในรายงานประเภทของการชนกันของอนุภาคที่ LHC สร้างขึ้นเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วทั้งจักรวาลและมีลักษณะคล้ายคลึงกับ การชนกันระหว่างรังสีคอสมิกพลังงานสูงพิเศษกับโลก ซึ่งเกิดขึ้นที่ความเร็วมากกว่าที่ LHC มาก สำเร็จ

ที่เกี่ยวข้อง:เห็นได้ชัดว่าสัตว์ตัวเล็กเพียงตัวเดียวก็สามารถปิดเครื่อง Large Hadron Collider ได้

ข้อกังวลดังกล่าวจากบุคคลสำคัญทางวิทยาศาสตร์ได้นำไปสู่ทฤษฎีสมคบคิดเกี่ยวกับ LHC มากมาย ทฤษฎีที่สร้างสรรค์มากมายในอินเทอร์เน็ตอ้างว่า CERN กำลังใช้ LHC เพื่อเปิดประตูสู่นรก เพื่อนำเราไปสู่ความเป็นจริงทางเลือก และเพื่อสื่อสารกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นอันตราย อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงรอยขีดข่วนบนพื้นผิวเท่านั้น ข้อเท็จจริงที่นักวิจัยพูดคุยอย่างเปิดเผยถึงความเป็นไปได้ที่ LHC ช่วยค้นพบข้อพิสูจน์ของจักรวาลที่หลากหลายหรือมิติอื่นๆ ภายในของเราเอง เพียงแต่เติมเชื้อเพลิงให้กับกองเพลิงสมรู้ร่วมคิดเท่านั้น

ลักษณะเด่นของทฤษฎีสมคบคิดเหล่านี้คือความเชื่อมโยงของ CERN กับเทพีแห่งการสร้างสรรค์ของชาวฮินดู และการทำลายล้าง พระอิศวร ซึ่งทำหน้าที่เป็นมาสคอตของ LHC และมีรูปปั้นตั้งตรงทางเข้า แอลเอชซี. หลายคนอ้างว่านี่เป็นการยอมรับอย่างละเอียดอ่อน มีบางอย่างที่ยิ่งกว่านั้นเกิดขึ้นที่ CERN ในความเป็นจริง การมีอยู่ของรูปปั้นนั้นอธิบายได้ง่าย มันเป็นของขวัญจากรัฐบาลอินเดียเพื่อเฉลิมฉลองความสำเร็จของ LHC และ CERN รู้สึกได้ สถานะของพระศิวะในฐานะเทพีแห่งการสร้างสรรค์และการทำลายล้างถือเป็นอุปมาที่เหมาะสมสำหรับ LHC การทำงาน.

อะไรต่อไปสำหรับ LHC และฟิสิกส์ของอนุภาค

ตอนนี้นักวิจัยได้ใช้ LHC เพื่อค้นหาฮิกส์โบซอนแล้ว อะไรจะเกิดขึ้นต่อไปสำหรับโครงสร้างซุปเปอร์นี้ การค้นพบฮิกส์โบซอนเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น นักวิจัยหวังว่าจะพบโบซอนและอนุภาคมูลฐานประเภทอื่นๆ และใช้ LHC เพื่อเริ่มการทดสอบ ทฤษฎีสมมาตรยิ่งยวด ซึ่งตั้งสมมติฐานว่าทุกอนุภาคของสสารจะมีอนุภาคที่ใหญ่กว่าอีกอันหนึ่งอยู่ที่อื่นในนั้น จักรวาล.

นอกจากนี้ LHC ยังมีกำหนดจะได้รับการอัปเกรดให้มีความสว่างสูงในช่วงหลังปี 2565 ซึ่งจะเพิ่มสเปกตรัมที่สามารถมองเห็นผลลัพธ์ได้ กล่าวง่ายๆ ก็คือ นักวิจัยจะสามารถสังเกตการทดสอบได้ดีขึ้น เนื่องจากอุโมงค์จะมีแสงสว่างมากขึ้น

นี่เป็นสิ่งสำคัญด้วยเหตุผลที่ชัดเจน แต่ข้อกังวลหลักคือ LHC อาจจะหมดการค้นพบที่อาจเกิดขึ้นเมื่อพิจารณาถึงความส่องสว่างในปัจจุบัน ในช่วงแรกของชีวิตของผู้ชนกัน จำนวนการค้นพบมีมากกว่าในภายหลังอย่างมาก เนื่องจากจำนวนของสิ่งต่าง ๆ ที่สามารถมองเห็นได้ในความส่องสว่างที่กำหนดนั้นมีจำกัด วิธีเดียวที่จะเพิ่มจำนวนการค้นพบที่อาจเกิดขึ้นได้คือการอัพเกรดความส่องสว่างของสถานที่หรือความแข็งแกร่งของเครื่องมือ การอัพเกรดนี้น่าจะช่วยให้สามารถตรวจสอบแง่มุมที่น่าสงสัยของฟิสิกส์ของอนุภาคได้มากขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ยังหวังว่าสักวันหนึ่งจะใช้ LHC เพื่อมองเข้าไปในอาณาจักรแห่งสสารมืดและค้นหาศักยภาพในมิติที่ซ่อนอยู่ของจักรวาล แน่นอนว่ามันใช้เวลานาน แต่ในทางกลับกัน การยืนยันการมีอยู่ของฮิกส์โบซอนนั้นครั้งหนึ่งเคยถือเป็นความฝันที่ไพเราะ ไม่มีเจตนาเล่นสำนวน

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับเครื่องบินโบอิ้ง 737 Max 8
• นี่คือทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับ Boring Company
• โครงข่ายประสาทเทียมคืออะไร? นี่คือทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้
• โครงการ SpaceX BFR: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้รวมถึงเที่ยวบินแรกด้วย
• นักวิทยาศาสตร์ของ CERN ได้เห็นการสลายตัวของอนุภาคฮิกส์โบซอน