Stor Hadron Collider Drejer 10: Her er hvorfor dens vigtigere end nogensinde

Ti år! Ti år siden starten af ​​operationer til Large Hadron Collider (LHC), en af ​​de mest komplekse maskiner nogensinde skabt. LHC er verdens største partikelaccelerator, begravet 100 meter under det franske og schweiziske landskab med en 17-mile omkreds.

Den 10. september 2008 blev protoner, centrum af et hydrogenatom, cirkuleret omkring LHC-acceleratoren for første gang. Spændingen var imidlertid kortvarig, fordi der opstod en hændelse den 22. september, der skadede mere end 50 af LHC's mere end 6.000 magneter - hvilket er afgørende for at holde protonerne på deres cirkulære vej. Reparationer tog mere end et år, men i marts 2010 begyndte LHC at kollidere protoner. LHC er kronjuvelen i CERN, det europæiske partikelfysiklaboratorium, der blev grundlagt efter Anden Verdenskrig som en måde at genforene og genopbygge videnskab i krigshærdet Europa. Nu udfører forskere fra seks kontinenter og 100 lande eksperimenter der.

Du kan måske undre sig over, hvad LHC gør, og hvorfor det er en big deal. Store spørgsmål. LHC kolliderer to stråler af protoner sammen på de højeste energier, der nogensinde er opnået i et laboratorium. Seks eksperimenter placeret omkring 17-mile ringen undersøger resultaterne af disse kollisioner med massive detektorer bygget i underjordiske huler. Det er hvad, men hvorfor? Målet er at forstå karakteren af ​​de mest grundlæggende byggesten i universet og hvordan de interagerer med hinanden. Dette er grundlæggende videnskab på sit mest grundlæggende.

LHC har ikke skuffet.En af de opdagelser, der er lavet med LHC, omfatter den eftertragtede Higgs boson, forudsagt i 1964 af forskere, der arbejder for at kombinere teorier om to af de grundlæggende kræfter i naturen.

Jeg arbejder på et af de seks LHC eksperimenter - Compact Muon Solenoid eksperimentet designet til at opdage Higgs boson og søge efter tegn på tidligere ukendte partikler eller kræfter. Min institution, Florida State University, sluttede sig til Compact Muon Solenoid samarbejde i 1994, da jeg var en ung kandidatstuderende på en anden skole, der arbejder på et andet eksperiment på et andet laboratorium. Planlægningen for LHC dateres tilbage til 1984. LHC var svært at bygge og dyrere - 10 mia. Euro - og tog 24 år at komme til at virke. Nu fejrer vi 10 år siden LHC begyndte at fungere.

Opdagelser fra LHC

Den mest betydningsfulde opdagelse, der kommer fra LHC hidtil, er opdagelsen af ​​Higgs boson den 4. juli 2012. Meddelelsen blev lavet hos CERN og fascineret et verdensomspændende publikum. Faktisk så min kone og jeg det via webcast på vores storskærms-tv i vores stue. Siden meddelelsen var kl. 3 om Florida, gik vi til pandekager på IHOP for at fejre bagefter.

Higgs boson var det sidste resterende stykke af det, vi kalder standardmodellen for partikelfysik. Denne teori dækker alle de kendte grundpartikler - 17 af dem - og tre af de fire kræfter, som de interagerer med, selv om tyngdekraften endnu ikke er medtaget. Standardmodellen er en utrolig velprøvet teori. To af de seks forskere, der udviklede den del af standardmodellen, der forudsiger Higgs boson, vandt Nobelprisen i 2013.

Jeg bliver ofte spurgt, hvorfor fortsætter vi med at køre eksperimenter, knuse sammen protoner, hvis vi allerede har opdaget Higgs boson? Er vi ikke færdige? Nå er der stadig meget at forstå. Der er en række spørgsmål, som standardmodellen ikke svarer på. For eksempel viser undersøgelser af galakser og andre storskala strukturer i universet, at der er meget mere noget derude end vi observerer. Vi kalder dette mørke stof, da vi ikke kan se det. Den mest almindelige forklaring til dato er, at mørkt stof er lavet af en ukendt partikel. Fysikere håber, at LHC kan være i stand til at producere denne mystiske partikel og studere den. Det ville være en fantastisk opdagelse.

Bare i sidste uge annoncerede ATLAS- og Compact Muon Solenoid-samarbejder den første observation af Higgs bosonernes forfald eller splittelse i bundkvarker. Higgs bosonen falder på mange forskellige måder - nogle sjældne, nogle almindelige. Standardmodellen giver forudsigelser om, hvor ofte hver form for forfald sker. For fuldt ud at teste modellen skal vi overholde alle de forudsagte nedfald. Vores seneste observation er i overensstemmelse med standardmodellen - en anden succes.

Flere spørgsmål, flere svar at komme

Der er mange andre puslespil i universet, og vi kan kræve, at nye teorier om fysik forklarer sådanne fænomener - som materie / anti-asymmetri for at forklare, hvorfor universet har mere betydning end anti-materiel eller hierarki-problemet at forstå hvorfor tyngdekraften er så meget svagere end de andre kræfter.

Men for mig er søgen efter nye uforklarlige data vigtig, fordi naturen hver gang fysikere tror, ​​at vi alle har fundet ud af det, giver en overraskelse, der fører til en dybere forståelse for vores verden.

LHC fortsætter med at teste standardmodellen for partikelfysik. Forskere elsker, når teori matcher data. Men vi lærer normalt mere, når de ikke gør det. Det betyder, at vi ikke forstår fuldt ud, hvad der sker. Og det er for mange af os det fremtidige mål for LHC: at opdage bevis for noget, vi ikke forstår. Der er tusindvis af teorier, der forudsiger ny fysik, som vi ikke har observeret. Hvad er rigtigt? Vi har brug for en opdagelse for at lære om nogen er korrekte.

CERN planlægger at fortsætte LHC operationer i lang tid. Vi planlægger opgraderinger til acceleratoren og detektorer for at gøre det muligt at løbe gennem 2035. Det er ikke klart, hvem der vil træde tilbage først, mig eller LHC. For ti år siden ventede vi ængsteligt på de første bjælker af protoner. Nu er vi optaget af at studere et væld af data og håber på en overraskelse, der fører os ned på en ny vej. Her ser vi frem til de næste 20 år.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Todd Adams. Læs den oprindelige artikel her.