Large Hadron Collider เปลี่ยนเป็น 10: นี่คือเหตุผลว่าทำไมมันถึงสำคัญกว่าที่เคย

สิบปี! สิบปีนับตั้งแต่เริ่มดำเนินการสำหรับ Large Hadron Collider (LHC) หนึ่งในเครื่องจักรที่ซับซ้อนที่สุดที่เคยสร้างมา LHC เป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลกฝังตัว 100 เมตรในเขตชนบทของฝรั่งเศสและสวิสด้วยระยะทาง 17 ไมล์

เมื่อวันที่ 10 กันยายน 2551 โปรตอนซึ่งเป็นศูนย์กลางของอะตอมไฮโดรเจนถูกหมุนเวียนไปรอบ ๆ คันเร่ง LHC เป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตามความตื่นเต้นมีอายุสั้นเนื่องจากในวันที่ 22 กันยายนมีเหตุการณ์เกิดขึ้นที่ทำให้เกิดความเสียหายมากกว่า 50 ของแม่เหล็ก LHC มากกว่า 6,000 แม่เหล็กซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเคลื่อนที่ของโปรตอนบนเส้นทางวงกลม การซ่อมแซมใช้เวลานานกว่าหนึ่งปี แต่ในเดือนมีนาคม 2010 LHC เริ่มชนกับโปรตอน LHC เป็นอัญมณีมงกุฎของ CERN ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อนุภาคแห่งยุโรปซึ่งก่อตั้งขึ้นภายหลังสงครามโลกครั้งที่สองเพื่อรวมตัวและสร้างวิทยาศาสตร์ในยุโรปที่ถูกสงคราม ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จากหกทวีปและ 100 ประเทศทำการทดลองที่นั่น

คุณอาจสงสัยว่า LHC ทำอะไรและทำไมจึงเป็นเรื่องใหญ่ สุดยอดคำถาม LHC ชนกับโปรตอนสองลำด้วยกันที่พลังงานสูงสุดเท่าที่เคยมีมาในห้องปฏิบัติการ การทดลองหกชุดที่อยู่รอบวงแหวน 17 ไมล์ศึกษาผลของการชนเหล่านี้ด้วยเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นในถ้ำใต้ดิน นั่นคือสิ่งที่ แต่ทำไม? เป้าหมายคือการเข้าใจธรรมชาติขององค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญที่สุดของจักรวาลและวิธีที่พวกเขามีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นี่คือวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่พื้นฐานที่สุด

LHC ไม่ได้ผิดหวังหนึ่งในการค้นพบที่ทำกับ LHC รวมถึง Higgs boson ซึ่งเป็นที่ต้องการมานานซึ่งทำนายไว้ในปี 1964 โดยนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเพื่อรวมทฤษฎีของสองพลังพื้นฐานของธรรมชาติ

ฉันทำงานหนึ่งในหกการทดลอง LHC - การทดลอง Compact Muon Solenoid ที่ออกแบบมาเพื่อค้นหา Higgs boson และค้นหาสัญญาณของอนุภาคหรือแรงที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ สถาบันของฉัน Florida State University เข้าร่วมการทำงานร่วมกันของ Compact Muon Solenoid ในปี 1994 เมื่อตอนที่ฉันยังเป็นนักเรียนระดับบัณฑิตศึกษาที่โรงเรียนอื่นที่ทำงานเกี่ยวกับการทดลองที่แตกต่างกัน การวางแผนสำหรับ LHC ย้อนกลับไปในปี 1984 LHC นั้นยากที่จะสร้างและมีราคาแพง - € 10 พันล้าน - และใช้เวลา 24 ปีกว่าจะบรรลุผล ตอนนี้เรากำลังฉลอง 10 ปีตั้งแต่ LHC เริ่มเปิดใช้งาน

การค้นพบจาก LHC

การค้นพบที่สำคัญที่สุดที่มาจาก LHC จนถึงขณะนี้คือการค้นพบ Higgs boson เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม 2012 การประกาศที่ CERN และสร้างความประทับใจแก่ผู้ชมทั่วโลก อันที่จริงแล้วภรรยาของฉันกับฉันดูผ่านเว็บคาสต์ทางทีวีจอใหญ่ในห้องนั่งเล่นของเรา ตั้งแต่การประกาศในเวลา 15.00 น. ตามเวลาฟลอริดาเราไปทานแพนเค้กที่ IHOP เพื่อฉลองหลังจากนั้น

Higgs boson เป็นชิ้นส่วนสุดท้ายที่เหลือของสิ่งที่เราเรียกว่าแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ทฤษฎีนี้ครอบคลุมอนุภาคพื้นฐานทั้งหมดที่รู้จัก - 17 ของพวกเขา - และสามในสี่ของพลังที่พวกเขาโต้ตอบแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะยังไม่รวม แบบจำลองมาตรฐานเป็นทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบมาอย่างดีมาก นักวิทยาศาสตร์สองในหกคนที่พัฒนาส่วนของแบบจำลองมาตรฐานที่ทำนายฮิกส์โบซอนได้รับรางวัลโนเบลในปี 2556

ฉันถูกถามบ่อย ๆ ว่าทำไมเรายังคงทำการทดลองต่อยโปรตอนด้วยกันหากเราค้นพบฮิกส์โบซอนแล้ว เราไม่ทำเหรอ ยังมีอีกมากที่ต้องเข้าใจ มีคำถามจำนวนหนึ่งที่แบบจำลองมาตรฐานไม่ตอบ ตัวอย่างเช่นการศึกษากาแลคซีและโครงสร้างขนาดใหญ่อื่น ๆ ในเอกภพบ่งชี้ว่ามีสิ่งที่สำคัญมากกว่าที่เราสังเกต เราเรียกสสารมืดนี้เพราะเรามองไม่เห็น คำอธิบายที่พบบ่อยที่สุดในปัจจุบันคือสสารมืดทำจากอนุภาคที่ไม่รู้จัก นักฟิสิกส์หวังว่า LHC อาจจะสามารถผลิตอนุภาคลึกลับนี้และศึกษามันได้ นั่นจะเป็นการค้นพบที่น่าอัศจรรย์

เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ATLAS และ Compact Muon Solenoid ร่วมมือกันประกาศการสังเกตการณ์ครั้งแรกของการสลายตัวของ Higgs boson หรือแตกสลายเป็นควาร์กด้านล่าง Higgs boson สลายตัวในรูปแบบที่แตกต่างกัน - หายากบางชนิดพบได้ทั่วไป แบบจำลองมาตรฐานทำให้การคาดการณ์เกี่ยวกับความถี่ของการเสื่อมสลายแต่ละประเภทเกิดขึ้น ในการทดสอบแบบจำลองอย่างสมบูรณ์เราต้องสังเกตการสลายตัวที่คาดการณ์ไว้ทั้งหมด การสังเกตล่าสุดของเราสอดคล้องกับโมเดลมาตรฐานซึ่งเป็นความสำเร็จอีกประการหนึ่ง

คำถามเพิ่มเติมคำตอบเพิ่มเติมที่จะมา

มีปริศนาอื่น ๆ อีกมากมายในจักรวาลและเราอาจต้องการทฤษฎีใหม่ของฟิสิกส์เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าว - เช่นความไม่สมดุลของสสาร / ต่อต้านสสารเพื่ออธิบายว่าทำไมจักรวาลถึงมีสสารมากกว่าเรื่องต่อต้านหรือปัญหาลำดับชั้นเพื่อเข้าใจว่าทำไม แรงโน้มถ่วงอ่อนแอกว่าพลังอื่นมาก

แต่สำหรับฉันแล้วการแสวงหาข้อมูลใหม่ที่ไม่ได้อธิบายนั้นมีความสำคัญเพราะทุกครั้งที่นักฟิสิกส์คิดว่าเราเข้าใจหมดแล้วธรรมชาติจะสร้างความประหลาดใจให้กับโลกของเรา

LHC ยังคงทำการทดสอบแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค นักวิทยาศาสตร์ชอบเมื่อทฤษฎีตรงกับข้อมูล แต่เรามักจะเรียนรู้เพิ่มเติมเมื่อพวกเขาไม่ ซึ่งหมายความว่าเราไม่เข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้น และสำหรับพวกเราหลายคนนั้นคือเป้าหมายในอนาคตของ LHC: เพื่อค้นหาหลักฐานของสิ่งที่เราไม่เข้าใจ มีหลายพันทฤษฎีที่ทำนายฟิสิกส์ใหม่ที่เราไม่ได้สังเกต อะไรถูก เราต้องการการค้นพบเพื่อเรียนรู้ว่าสิ่งใดถูกต้อง

CERN วางแผนที่จะดำเนินการ LHC ต่อไปเป็นเวลานาน เราวางแผนที่จะอัพเกรดตัวเร่งความเร็วและเครื่องตรวจจับเพื่อให้สามารถทำงานได้จนถึงปี 2035 ยังไม่ชัดเจนว่าใครจะเกษียณก่อนใครคือฉันหรือ LHC เมื่อสิบปีที่แล้วพวกเรารอคอยลำแสงแรกของโปรตอนอย่างใจจดใจจ่อ ตอนนี้เรากำลังยุ่งกับการศึกษาข้อมูลจำนวนมากและหวังว่าจะเกิดความประหลาดใจที่นำเราสู่เส้นทางใหม่ นี่คือการรอคอยที่จะ 20 ปีถัดไป

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Todd Adams อ่านบทความต้นฉบับที่นี่