Protonų daužymas mokslo katedrose

Vaizdinga Prancūzijos ir Šveicarijos siena tarp Alpių ir Juros kalnų jau seniai viliojo slidininkus ir keliautojus iš viso pasaulio. Tačiau kovo 30 d. fizikai ir žurnalistai susibūrė šiame slėnyje, netoli Ženevos, trokšdami pamatyti istoriją, kuri 100 metrų po paviršiumi.

statomas Markusas Klute'as kolegoms MIT dėstytojams surengė ekskursiją kuriant TVS (iš kairės: Danielis Freedmanas, Klute'as, Christophas Pausas ir Edwardas Farhi).

Lankytojai pateko į kompaktinio miuono solenoido (CMS) valdymo kambarį, įrenginį, esantį viename iš keturių didžiulių požeminių didžiojo hadronų greitintuvo urvų (fizikai mėgsta jas vadinti mokslo katedromis), kurias jungia 27 kilometrai tunelių. . 15 metrų skersmens, 22 metrų ilgio ir 12 500 tonų svorio (daugiau nei Eifelio bokštas) CMS buvo pasiruošęs pasiųsti šimtus milijardų protonų, besislenkančių vienas į kitą per mažus vakuuminius vamzdžius greičiu, artėjančiu prie šviesos greičio. Kai jie sudužo, prietaisas pirmą kartą išmatuodavo tikslią tokių susidūrimų metu susidarančių dalelių padėtį ir energiją, todėl fizikai pirmą kartą galėjo pažvelgti į pagrindinę fiziką.

Ši istorija buvo mūsų 2010 m. rugsėjo mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Iki pietų TVS valdymo centras buvo sausakimšas. 12.58 val. spartos monitoriai, stebintys aktyvumą CMS detektoriuje, šoktelėjo ir atskleidė pirmuosius protonų ir protonų susidūrimus. Po kelių sekundžių ekranus nušvietė pirmieji protonų sąveikos vaizdai ir jų sukurtos naujos dalelės. Rekonstruotos įkrautos dalelės pasirodė kaip ryškiai geltoni taškai su auksiniais čiuptuvais; energijos nuosėdos buvo nurodytos skirtingo dydžio raudonais ir mėlynais stačiakampiais. Laukiniai plojimai ir šūksniai nuaidėjo ir tęsėsi kelias minutes. Kambarį užliejo apčiuopiamas palengvėjimo jausmas. Praėjus dvidešimt penkeriems metams po to, kai CERN buvo pradėta statyti Didžiojo hadronų greitintuvo idėja, ir praėjus 12 metų nuo statybų pradžios, LHC pasiekė didžiausios energijos protonų ir protonų susidūrimus, kurie pradėjo naują dalelių fizikos erą.

Tą vakarą CERN būstinėje LHC priimančiosios laboratorijos restoranai šurmuliavo nuo diskusijų apie dienos įvykius. Kaip ir įprasti gyvi pokalbiai apie sniego kokybę Alpėse, Pasaulio futbolo čempionatą ir naujausius fizikos, skaičiavimo ir inžinerijos pasiekimus, šie mainai vyko anglų kalba įvairiais mokėjimo lygiais, nors taip pat buvo galima kalbėti keliolika kitų kalbų. išgirdo. Pasiekus pirmųjų susidūrimų septynių teraelektronvoltų etapą buvo priežastis džiaugtis. Tą dieną įvykusi nesėkmė mūsų aikštei būtų buvusi tikrai bloga.

Nuo kovo mėnesio LHC veikė gerai ir sukėlė daugybę susidūrimų. Aptariami pirmieji W ir Z bozonų įvykių stebėjimai LHC eksperimentuose; Kadangi bozonų savybes jau išmatavome labai tiksliai mažesniuose detektoriuose, jie naudojami kaip standartinės žvakės LHC lygiavimui ir kalibravimui. Tikimasi, kad netrukus pasirodys pirmieji viršutiniai kvarkai – sunkiausios žinomos elementarios dalelės. Mokslininkai apie šias daleles žinojo daugelį metų, tačiau fizikų bendruomenė labai džiaugiasi, kad LHC išvys jų įrodymus. Ir tas jaudulys tik sustiprės, jei pamatysime tikrai naujus reiškinius.

Gali prireikti metų, kol rasime atsakymus į tokius didelius klausimus, kaip iš kur atsiranda elementariųjų dalelių masė, iš ko susideda galaktikose stebima tamsioji materija ir ar tikrai egzistuoja supersimetrija ir stygų teorijos siūlomi papildomi matmenys. Tačiau mes artėjame, nes galime sukurti naujas masyvias daleles ir tirti medžiagą labai mažu mastu. LHC eksperimentų rezultatai sudarys darbotvarkę būsimoms dalelių fizikų kartoms.

Mano komandos MIT tikslas yra rasti ilgai ieškotą Higgso bozoną, kurio atradimas suteiktų informacijos apie tai, kaip dalelės įgyja masę. Nors Higgso bozonas į teorinį kraštovaizdį pateko prieš 40 metų, jis lieka nepastebimas, nes susidaro retai ir akimirksniu suyra. Eksperimentinis iššūkis yra nustatyti jo skilimo produktų požymius – tai užduotis, kurią apsunkina kiti procesai su panašiais ženklais. Iššūkį galima palyginti su ne adatos radimu šieno kupetoje, o vieno atskiro šieno gabalo paieška. Prieš beveik 12 metų pradėjau dirbti su šiuo bakalauro laipsniu, o dabar mokslo bendruomenė pagaliau turi įrankius, kad šis atradimas būtų įmanomas. Tai įdomus metas būti dalelių fiziku ir vieną kartą gyvenime pasitaikanti galimybė dirbti šio įspūdžio centre.

Markus Klute yra fizikos docentas ir vadovauja MIT komandai, ieškančiai Higso bozono LHC. Norėdami pamatyti vaizdus iš kovo 30 d. TVS eksperimento, eikite į technologyreview.com/LHC.

paslėpti