Veľký Hadron Collider a hranica fyziky

veda o časticovej fyzike pozerá sa na samotné stavebné prvky hmoty - atómy a častice, ktoré tvoria veľkú časť materiálu vo vesmíre. Je to zložitá veda, ktorá vyžaduje starostlivé merania častíc pohybujúcich sa pri vysokých rýchlostiach. Táto veda sa výrazne zvýšila, keď v septembri 2008 začal prevádzku veľký hadrónový urýchľovač (LHC). Jeho názov znie veľmi „science-fiction“, ale slovo „collider“ v skutočnosti presne vysvetľuje, čo robí: poslať dva vysokoenergetické časticové lúče takmer rýchlosťou svetla okolo 27 kilometrov dlhého metra ring. V pravý čas sú lúče nútené „sa zraziť“. Protóny v lúčoch sa potom rozbijú spolu, a ak všetko pôjde dobre, na krátke časové obdobie sa vytvoria menšie kúsky a kúsky - nazývané subatomárne častice. Ich akcie a existencia sa zaznamenávajú. Z tejto činnosti sa fyzici dozvedajú viac o veľmi základných zložkách hmoty.

LHC bol postavený tak, aby odpovedal na niektoré neuveriteľne dôležité otázky vo fyzike, ponoril sa do toho, odkiaľ pochádza hmota, prečo je vesmír namiesto hmoty vyrobený z hmoty.

Veda časticovej fyziky je v podstate hľadaním veľmi základné stavebné prvky hmoty. Vieme o atómoch a molekulách, ktoré tvoria všetko, čo vidíme a cítime. Atómy samotné sa skladajú z menších komponentov: jadra a elektrónov. Jadro samo o sebe pozostáva z protónov a neutrónov. To však nie je koniec riadku. Neutróny sú tvorené subatomickými časticami nazývanými kvarky.

Existujú menšie častice? To je to, čo urýchľovače častíc sú navrhnuté, aby to zistili. Spôsob, akým to robia, je vytvoriť podmienky podobné tým, aké to bolo hneď potom Veľký tresk - udalosť, ktorá začala vesmír. V tom čase, asi pred 13,7 miliardami rokov, bol vesmír vyrobený iba z častíc. Voľne sa rozptýlili detským kozmom a neustále sa potulovali. Patria sem mezóny, pióny, baryóny a hadróny (pre ktoré je pomenovaný urýchľovač).

Fyzici častíc (ľudia, ktorí študujú tieto častice) majú podozrenie, že hmota pozostáva z najmenej dvanástich druhov základných častíc. Rozdeľujú sa na kvarky (uvedené vyššie) a leptóny. Každý z nich má šesť. Toto zodpovedá iba za niektoré zo základných častíc v prírode. Zvyšok sa vytvára v superenergetických zrážkach (buď vo Veľkom tresku alebo v urýchľovačoch, ako je LHC). Vo vnútri týchto kolízií fyzici častíc získajú veľmi rýchly pohľad na to, aké boli podmienky vo Veľkom tresku, keď boli základné častice prvýkrát vytvorené.

LHC je najväčší urýchľovač častíc na svete, veľká sestra pre spoločnosť Fermilab v Illinois a ďalšie menšie urýchľovače. LHC sa nachádza neďaleko Ženevy, Švajčiarska, postavená a prevádzkovaná Európskou organizáciou pre jadrový výskum a používa ju viac ako 10 000 vedcov z celého sveta. Fyzici a technici umiestnili pozdĺž svojho prstenca extrémne silné superchladené magnety, ktoré vedú a tvarujú lúče častíc cez lúčovú trubicu). Keď sa lúče pohybujú dostatočne rýchlo, špeciálne magnety ich vedú do správnych polôh, kde dochádza ku kolízii. Špecializované detektory zaznamenávajú zrážky, častice, teploty a ďalšie podmienky v tom čase kolízie a pôsobenia častíc v milióninách sekundy, počas ktorých sa rozbijú miesto.

Keď fyzici častíc naplánovali a postavili LHC, dúfali, že nájdu dôkazy Higgsov boson. Je to častica pomenovaná po Peter Higgs, ktorý predpovedal jeho existenciu. V roku 2012 konzorcium LHC oznámilo, že experimenty odhalili existenciu bozónu, ktorý zodpovedal očakávaným kritériám pre Higgsov boson. Vedci používajúci LHC okrem pokračujúceho hľadania Higgsovcov vytvorili aj takzvanú „kvark-gluónovú plazmu“, čo je najhustejšia hmota, o ktorej sa predpokladá, že existuje mimo čiernej diery. Ďalšie experimenty s časticami pomáhajú fyzikom pochopiť supersymetriu, čo je symetria priestoročasu, ktorá zahŕňa dva súvisiace typy častíc: bozóny a fermióny. Predpokladá sa, že každá skupina častíc má pridruženú superpartnerskú časticu v druhej. Pochopenie takejto supersymetrie by vedcom umožnilo hlbší pohľad na to, čo sa nazýva „štandardný model“. Je to teória, ktorá vysvetľuje, čo je svet, čo drží svoju záležitosť pohromade a zapojené sily a častice.

Operácie na LHC zahŕňali dva hlavné „pozorovacie“ jazdy. Medzi nimi je systém renovovaný a modernizovaný, aby sa zlepšilo jeho vybavenie a detektory. Ďalšie aktualizácie (naplánované na rok 2018 a ďalšie roky) budú zahŕňať zvýšenie kolíznych rýchlostí a šancu na zvýšenie jasu stroja. To znamená, že LHC bude môcť vidieť stále zriedkavejšie a rýchlo sa vyskytujúce procesy zrýchlenia a zrážky častíc. Čím rýchlejšie môžu dôjsť ku kolíziám, tým viac energie sa uvoľní, pretože sa jedná o stále menšie a ťažko detekovateľné častice. To umožní fyzikom častíc ešte lepší pohľad na samotné stavebné kamene hmoty, ktoré tvoria hviezdy, galaxie, planéty a život.