Protonu sagraušana Zinātnes katedrālēs

Gleznainā Francijas un Šveices pierobeža starp Alpiem un Jura kalniem jau sen ir aicinājusi slēpotājus un pārgājienus no visas pasaules. Bet 30. martā fiziķi un žurnālisti pulcējās šajā ielejā netālu no Ženēvas, vēloties redzēt, kā vēsture tiek veidota 100 metrus zem virsmas.

būvniecības stadijā Markuss Klute sniedza ekskursiju citiem MIT mācībspēkiem CMS būvniecības laikā (no kreisās: Daniels Frīdmens, Klute, Kristofs Pauss un Edvards Fari).

Apmeklētāji atrada ceļu uz Compact Muon Solenoid (CMS) vadības telpu, ierīci, kas atrodas vienā no Lielā hadronu paātrinātāja četrām milzīgajām pazemes alām (fiziķiem patīk tās saukt par zinātnes katedrālēm), kuras savieno 27 kilometri gari tuneļi. . CMS, kura diametrs bija 15 metri, garums 22 metri un svēra 12 500 tonnas — vairāk nekā Eifeļa tornis, CMS bija gatava raidīt simtiem miljardu protonu, kas traucās viens pret otru pa mazām vakuuma caurulēm ar ātrumu, kas tuvojās gaismas ātrumam. Kad tie ietriecās, ierīce pirmo reizi mēra precīzu šādu sadursmju radīto daļiņu stāvokli un enerģiju, sniedzot fiziķiem pirmo ieskatu pamatā esošajā fizikā.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2010. gada septembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Līdz pusdienlaikam CMS vadības centrs bija pārpildīts. 12:58 ātruma monitori, kas izseko darbību CMS detektorā, strauji palielinājās, atklājot pirmās protonu-protonu sadursmes. Pēc dažām sekundēm ekrānos iedegās pirmie protonu mijiedarbības attēli un to radītās jaunās daļiņas. Rekonstruētās lādētās daļiņas parādījās kā spilgti dzelteni punktiņi ar zeltainiem taustekļiem; enerģijas nogulsnes tika norādītas ar dažāda izmēra sarkaniem un ziliem taisnstūriem. Atskanēja mežonīgi aplausi un gaviles, kas turpinājās vairākas minūtes. Telpu pārņēma jūtama atvieglojuma sajūta. Divdesmit piecus gadus pēc tam, kad CERN tika radīta ideja par lielo hadronu paātrinātāju, un 12 gadus pēc būvniecības sākuma LHC bija sasniegusi visu laiku augstākās enerģijas protonu un protonu sadursmes, aizsākot jaunu ēru daļiņu fizikā.

Tajā vakarā CERN galvenajā mītnē LHC uzņēmējas laboratorijas restorāni rosījās diskusijās par dienas notikumiem. Tāpat kā parastās dzīvīgās sarunas par sniega kvalitāti Alpos, Pasaules kausu futbolā un jaunākajiem sasniegumiem fizikā, skaitļošanā un inženierzinātnēs, arī šīs apmaiņas notika angļu valodā dažādos zināšanu līmeņos, lai gan varētu būt arī ducis citu valodu. dzirdēts. Pirmo sadursmju pavērsiena sasniegšana pie septiņiem teraelektronvoltiem bija iemesls svinībām. Neveiksme tajā dienā mūsu laukumam būtu bijusi ļoti slikta.

Kopš marta LHC ir darbojies labi, radot daudzas sadursmes. Tiek apspriesti pirmie W un Z bozonu notikumu novērojumi LHC eksperimentos; jo mēs jau bijām izmērījuši bozonu īpašības ar ļoti augstu precizitāti mazākos detektoros, tie kalpo kā standarta sveces LHC izlīdzināšanai un kalibrēšanai. Paredzams, ka drīzumā parādīsies pirmie top kvarki, vissmagākās zināmās elementārdaļiņas. Zinātnieki ir zinājuši par šīm daļiņām daudzus gadus, taču fizikas kopiena ir ļoti sajūsmā par iespēju redzēt pierādījumus par tām LHC. Un šis uztraukums tikai pastiprināsies, ja mēs redzēsim patiesi jaunas parādības.

Var paiet gadi, līdz mēs atradīsim atbildes uz tik lieliem jautājumiem, piemēram, no kurienes nāk elementārdaļiņu masa, no kā sastāv galaktikās novērotā tumšā viela un vai tiešām pastāv supersimetrija un stīgu teorijas piedāvātās papildu dimensijas. Taču mēs tuvojamies tagad, kad varam radīt jaunas masīvas daļiņas un zondēt vielu ļoti mazos mērogos. LHC eksperimentu rezultāti noteiks nākamo daļiņu fiziķu paaudžu darba kārtību.

Manas komandas MIT mērķis ir atrast ilgi meklēto Higsa bozonu, kura atklājums sniegtu informāciju par to, kā daļiņas iegūst masu. Lai gan Higsa bozons teorētiskajā ainavā ienāca pirms 40 gadiem, tas joprojām ir nenotverams, jo tas tiek ražots reti un sabrūk uzreiz. Eksperimentālais izaicinājums ir noteikt tā sabrukšanas produktu parakstu — uzdevumu, ko sarežģī citi procesi ar līdzīgiem parakstiem. Izaicinājumu var salīdzināt ar nevis adatas atrašanu siena kaudzē, bet gan viena atsevišķa siena gabala atrašanu. Es sāku strādāt pie tā kā bakalaura students gandrīz pirms 12 gadiem, un tagad zinātnieku aprindām beidzot ir pieejami rīki, lai padarītu atklājumu iespējamu. Šis ir aizraujošs laiks būt daļiņu fiziķim — un vienreizēja iespēja strādāt šīs aizraušanās centrā.

Markuss Klute ir fizikas docents un vada MIT komandu, kas meklē Higsa bozonu LHC. Lai skatītu attēlus no 30. marta SPS eksperimenta, apmeklējiet vietni technologyreview.com/LHC.

paslēpties