Büyük Hadron Çarpıştırıcısı 10 Dönüyor: İşte Neden Her Zaman Daha Önemli?

On yıl! Şimdiye kadar oluşturulan en karmaşık makinelerden biri olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) için operasyonların başlamasından bu yana on yıl geçti. LHC, 17 mil çevresi ile Fransız ve İsviçre kırsalının 100 metre altına gömülmüş, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısıdır.

10 Eylül 2008'de, bir hidrojen atomunun merkezi olan protonlar, ilk kez LHC hızlandırıcısı etrafında dolaştırıldı. Ancak, heyecan kısa sürdü, çünkü 22 Eylül’de, LHC’nin 50’den fazlasının 6.000 mıknatıstan daha fazlasına zarar veren bir olay meydana geldi - protonları dairesel yollarında ilerletmek için kritikti. Tamirler bir yıldan fazla sürdü, ancak Mart 2010'da LHC protonları çarpıştırmaya başladı. LHC, II. Dünya Savaşı'ndan sonra savaşla yıkılmış Avrupa'daki bilimi yeniden birleştirmenin ve yeniden inşa etmenin bir yolu olarak kurulan Avrupa parçacık fiziği laboratuarı olan CERN'in ana mücevheridir. Şimdi altı kıtadan ve 100 ülkeden bilim adamları orada deneyler yapıyorlar.

LHC'nin ne yaptığını ve neden önemli olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Harika sorular LHC, iki proton ışınını bir laboratuvarda elde edilen en yüksek enerjilerde bir araya getirir. 17 kilometrelik halka etrafında bulunan altı deney, bu çarpışmaların sonuçlarını yeraltı mağaralarında yerleşik devasa dedektörlerle inceliyor. Bu ne, peki neden? Amaç, evrenin en temel yapı taşlarının doğasını ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiklerini anlamaktır. Bu en temelinde temel bilimdir.

LHC hayal kırıklığına uğratmadı. LHC ile yapılan keşiflerden biri, 1964 yılında doğanın iki temel kuvvetinin teorilerini birleştirmeye çalışan bilim adamları tarafından tahmin edilen uzun süredir aranan Higgs bozonunu içeriyor.

Altı LHC denemesinden biri üzerinde çalışıyorum - Higgs bozonunu keşfetmek ve daha önce bilinmeyen parçacıkların veya kuvvetlerin belirtilerini bulmak için tasarlanan Compact Muon Solenoid deneyi. Kurumum Florida Eyalet Üniversitesi, 1994 yılında Compact Muon Solenoid işbirliğine katıldı; ben başka bir okulda, farklı bir laboratuvarda farklı bir deneyde çalışan genç bir yüksek lisans öğrencisiydim. LHC'nin planlaması 1984'e dayanıyor. LHC'nin yapımı zor ve pahalıydı - 10 milyar avro - ve meyve vermeye gelmesi 24 yılını aldı. Şimdi LHC'nin çalışmaya başlamasından bu yana 10 yılını kutluyoruz.

LHC'den Keşifler

Bugüne kadar LHC'den gelen en önemli keşif, 4 Temmuz 2012 tarihinde Higgs bozonunun keşfidir. Duyuru, CERN'de yapıldı ve dünya çapında bir izleyici kitlesine büyüledi. Aslında, eşim ve ben web salonumuzda büyük ekran televizyonumuzda web yayını izledik. Duyuru öğleden sonra saat 3'de Florida'da olduğundan, daha sonra kutlamak için IHOP'ta kreplere gittik.

Higgs bozonu, standart parçacık fiziği modeli dediğimiz şeyin kalan son parçasıydı. Bu teori, yerçekimi henüz dahil edilmemiş olmasına rağmen, bilinen tüm temel parçacıkları (17 tanesi) ve etkileşime girdikleri dört kuvvetin üçünü kapsar. Standart model inanılmaz derecede iyi test edilmiş bir teoridir. Higgs bozonunu öngören standart modelin bir parçasını geliştiren altı bilim insanından ikisi, 2013'te Nobel Ödülü'nü kazandı.

Sık sık bana sorulur, eğer Higgs bozonunu daha önce keşfedebilsek, neden protonları bir araya getirip deneyler yapmaya devam ediyoruz? Yapmadık mı? Hala anlaşılması gereken çok şey var. Standart modelin cevaplamadığı birkaç soru var. Örneğin, galaksilerin ve evrendeki diğer büyük ölçekli yapıların çalışmaları, gözlemlediğimizden çok daha fazla maddenin olduğunu gösteriyor. Göremediğimiz için bu karanlık maddeye diyoruz. Bugüne kadarki en yaygın açıklama, karanlık maddenin bilinmeyen bir parçacıktan yapıldığıdır. Fizikçiler, LHC'nin bu gizemli parçacığı üretebileceğini ve çalışabileceğini umuyorlar. Bu inanılmaz bir keşif olurdu.

Daha geçen hafta, ATLAS ve Compact Muon Solenoid işbirlikleri, Higgs bozonunun çürüyen veya parçalara ayrılarak ilk kuarklara ayrıldığı ilk gözlemini açıkladı. Higgs bozonu birçok farklı şekilde çürüyor - bazıları nadir, bazıları yaygın. Standart model, her bir bozulma türünün ne sıklıkta gerçekleştiği konusunda tahminlerde bulunur. Modeli tamamen test etmek için, öngörülen tüm bozulmaları gözlemlememiz gerekir. Son gözlemimiz, standart modelle - başka bir başarıyla uyuşuyor.

Daha Fazla Soru, Gelecek Daha Fazla Cevap

Evrende pek çok başka bulmaca var ve bu fenomeni açıklamak için yeni fizik teorileri isteyebiliriz - evrenin neden anti madde'den daha fazla maddeye sahip olduğunu açıklayan madde / anti-madde asimetrisi veya nedenini anlamak için hiyerarşi problemi gibi yerçekimi diğer kuvvetlerden çok daha zayıf.

Fakat benim için yeni, açıklanamayan veriler arayışı önemlidir, çünkü fizikçilerin her şeyi düşündüğümüzü düşündüğü her zaman, doğa, dünyamızı daha derin bir anlayışa götüren bir sürpriz sağlar.

LHC standart parçacık fiziği modelini test etmeye devam ediyor. Bilim adamları, teoriyle veri eşleştiğinde onu severler. Ama genellikle öğrenemediklerinde daha fazlasını öğreniriz. Bu, ne olduğunu tam olarak anlamadığımız anlamına gelir. Ve bu, çoğumuz için, LHC'nin gelecekteki hedefidir: anlamadığımız bir şeyin kanıtını bulmak. Gözlemlemediğimiz yeni fiziği öngören binlerce teori var. Hangileri doğru? Doğru olup olmadığını öğrenmek için bir keşfe ihtiyacımız var.

CERN, LHC operasyonlarına uzun süre devam etmeyi planlıyor. Hızlandırıcı ve dedektörlerde 2035 yılına kadar çalışmasına izin verecek iyileştirmeler yapmayı planlıyoruz. İlk önce kimin, benim ya da LHC'nin emekli olacağı belli değil. On yıl önce, protonların ilk ışınlarını endişeyle bekliyorduk. Şimdi, bizi yeni bir yola sürükleyen bir sürpriz için bol miktarda veri ve umut araştırmakla meşgulüz. Gelecek 20 yıl için sabırsızlanıyorum.

Bu makale, ilk olarak Todd Adams tarafından The Conversation'da yayımlandı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.