Великий адронний колайдер (LHC) - це диво сучасної фізики частинок, що дало змогу дослідникам заглибити глибини реальності. Її витоки тягнуться аж до 1977 року, коли сер Джон Адамс, колишній директор Європейської організації ядерних досліджень (ЦЕРН), запропонував побудувати підземний тунель, який міг би вмістити прискорювач частинок, здатний досягати надзвичайно високих енергій. Довідник історії 2015 року фізика Томаса Шернера-Саденуса.
Проект був офіційно затверджений двадцять років потому, у 1997 році, і будівництво розпочалося на кільці довжиною 16 кілометрів (27 кілометрів), що проходило під французько-швейцарською кордоною, здатним прискорювати частинки до 99,99% швидкості світла і розбивати їх. разом. У межах кільця 9 300 магнітів направляють пакети заряджених частинок у двох протилежних напрямках зі швидкістю 11 245 разів на секунду, нарешті, зближуючи їх для лобового зіткнення. Споруда здатна створювати близько 600 мільйонів зіткнень щосекунди, випромінюючи неймовірну кількість енергії та, раз у раз, екзотичну та ніколи не бачену важку частинку. LHC працює з енергією в 6,5 разів вище, ніж попередній прискорювач часток, що утримує рекорди, Фермілаб вийшов з експлуатації Теватрон в США.
LHC коштував в цілому 8 мільярдів доларів на будівництво, 531 мільйонів доларів з яких надійшли зі США. У його експериментах співпрацюють понад 8000 вчених з 60 різних країн. Прискорювач вперше ввімкнув свої промені 10 вересня 2008 року, зіткнувшись з частинками лише на десять мільйонів своєї первісної проектної інтенсивності.
Перш ніж розпочати операції, деякі побоювалися, що нове атомне руйнування знищить Землю, можливо, створивши всепоглинаючу чорну діру. Але будь-який поважний фізик заявив би, що такі турботи необгрунтовані.
"LHC є безпечним, і будь-яке припущення про те, що він може становити небезпеку, є чистою вигадкою", - сказав генеральний директор CERN Роберт Еймар раніше в LiveScience.
Це не означає, що об'єкт не може бути шкідливим при неправильному використанні. Якби ви засунули руку в промінь, який фокусує енергію авіаносця в русі до ширини менше міліметра, це зробить отвір прямо через нього, і тоді випромінювання в тунелі вбило б вас.
Геодезичні дослідження
За останні 10 років LHC розтрощив атоми разом для двох своїх основних експериментів - ATLAS та CMS, які оперують та аналізують свої дані окремо. Це потрібно для того, щоб жодна співпраця не впливала на іншу, а кожен із них перевіряв експеримент своєї сестри. Інструменти створили понад 2000 наукових праць з багатьох областей фізики фундаментальних частинок.
4 липня 2012 року науковий світ спостерігав затамуваним диханням, коли дослідники LHC оголосили про відкриття бозона Хіггса, останнього фрагмента головоломки в теорії п'яти десятиліть під назвою Стандартна модель фізики. Стандартна модель намагається врахувати всі відомі частинки та сили (крім сили тяжіння) та їх взаємодії. Ще в 1964 році британський фізик Пітер Хіггс написав документ про частинку, яка тепер носить його ім'я, пояснивши, як маса виникає у Всесвіті.
Хіггс - це фактично поле, яке пронизує весь простір і тягне за собою кожну частинку, що рухається через нього. Деякі частинки повільніше просуваються через поле, і це відповідає їх більшій масі. Бозон Хіггса - це прояв цієї галузі, яку фізики переслідували протягом півстоліття. LHC явно побудований, щоб остаточно захопити цей невловимий кар'єр. Врешті-решт, виявивши, що у Хіггса була 125 разів більша маса протона, і Пітер Хіггс, і бельгійський фізик-теоретик Франсуа Енглерт в 2013 році отримали Нобелівську премію за передбачення його існування.
Навіть з Хіггсом у руці фізики не можуть відпочити, оскільки в стандартній моделі все ще є деякі отвори. По-перше, це не стосується сили тяжіння, яка здебільшого висвітлена теоріями відносності Ейнштейна. Це також не пояснює, чому Всесвіт складається з речовини, а не антиматерії, яка повинна була бути створена приблизно в рівних кількостях на початку часу. І він повністю мовчить про темну речовину та темну енергію, яку ще не вдалося виявити, коли вона була створена вперше.
Перед тим, як LHC включився, багато дослідників сказали б, що наступна велика теорія - відома як суперсиметрія, яка додає подібних, але набагато більш масивних партнерів-близнюків до всіх відомих частинок. Один або кілька з цих важких партнерів могли бути ідеальним кандидатом для частинок, що складають темну речовину. І суперсиметрія починає отримувати ручку тяжкості, пояснюючи, чому вона настільки слабша, ніж інші три основні сили. До відкриття Хіггса деякі вчені сподівались, що бозон виявиться дещо іншим, ніж те, що передбачала Стандартна модель, натякаючи на нову фізику.
Але коли Хіггс з'явився, це було неймовірно нормально, саме в масовому діапазоні, де Стандартна модель сказала, що це буде. Незважаючи на те, що це велике досягнення для Стандартної моделі, вона залишила фізиків без жодних добрих причин продовжувати. Деякі почали говорити про втрачені десятиліття, переслідуючи теорії, які звучали добре на папері, але, здається, не відповідають фактичним спостереженням. Багато хто сподівається, що наступний цикл прийому даних LHC допоможе прояснити частину цього безладу.
LHC вимкнули в грудні 2018 року, щоб пройти два роки оновлення та ремонту. Коли він повернеться в Інтернет, він зможе розбити атоми разом з невеликим збільшенням енергії, але вдвічі більше зіткнень за секунду. Що це потім знайде - це хтось здогадається. Вже йдеться про ще більш потужний прискорювач частинок, який замінить його, розташований у тому ж районі, але в чотири рази більший за розмір LHC. Величезна заміна може зайняти 20 років і 27 мільярдів доларів на будівництво.
