The Large Hadron Collider and the Frontier of Physics

De vitenskap om partikkelfysikk ser på selve byggesteinene i materien - atomene og partiklene som utgjør mye av materialet i kosmos. Det er en kompleks vitenskap som krever nøye målinger av partikler som beveger seg i høye hastigheter. Denne vitenskapen fikk et enormt løft da Large Hadron Collider (LHC) startet sin virksomhet i september 2008. Navnet høres veldig "science-fictiony" ut, men ordet "collider" forklarer faktisk nøyaktig hva det gjør: send to høyenergi-partikkelstråler med nesten lysets hastighet rundt en 27 kilometer lang underjordisk ringe. Til rett tid blir bjelkene tvunget til å "kollidere". Protoner i bjelkene knuser deretter sammen, og hvis alt går bra, blir mindre biter og biter - kalt subatomære partikler - laget for korte øyeblikk i tid. Deres handlinger og eksistens blir registrert. Fra denne aktiviteten lærer fysikere mer om de grunnleggende bestanddelene i saken.

LHC ble bygget for å svare på noen utrolig viktige spørsmål innen fysikk, og fordypet hvor massen kommer fra, hvorfor kosmos er laget av materie i stedet for

Vitenskapen om partikkelfysikk er egentlig søket etter de helt grunnleggende byggesteinene i saken. Vi vet om atomer og molekyler som utgjør alt vi ser og føler. Atomene i seg selv består av mindre komponenter: kjernen og elektronene. Kjernen består i seg selv av protoner og nøytroner. Det er imidlertid ikke slutten av linjen. Nøytronene består av subatomære partikler som kalles kvarker.

Er det mindre partikler? Det er det som partikkelakseleratorer er designet for å finne ut av. Måten de gjør dette på er å skape forhold som ligner på hvordan det var like etter Big Bang - hendelsen som begynte universet. På det tidspunktet, for rundt 13,7 milliarder år siden, var universet bare laget av partikler. De ble spredt fritt gjennom spedbarns kosmos og streifet konstant. Disse inkluderer mesoner, pioner, baryoner og hasroner (som gasspedalen heter).

Partikkelfysikere (menneskene som studerer disse partiklene) mistenker at materie består av minst tolv typer grunnleggende partikler. De er delt inn i kvarker (nevnt over) og leptoner. Det er seks av hver type. Som bare står for noen av de grunnleggende partiklene i naturen. Resten er skapt i superenergiske kollisjoner (enten i Big Bang eller i akseleratorer som LHC). Inni disse kollisjonene får partikkelfysikere et veldig raskt glimt av hvordan forholdene var i Big Bang, da de grunnleggende partiklene først ble opprettet.

LHC er den største partikkelakseleratoren i verden, en storesøster til Fermilab i Illinois og andre mindre akseleratorer. LHC ligger i nærheten av Genève, Sveits, bygget og drevet av European Organization for Nuclear Research, og brukt av mer enn 10.000 forskere fra hele verden. Langs ringen har fysikere og teknikere installert ekstremt sterke superkjølte magneter som styrer og former bjelker av partikler gjennom et strålerør). Når bjelkene beveger seg raskt nok, leder spesialiserte magneter dem til de riktige stillingene der kollisjonene finner sted. Spesialiserte detektorer registrerer kollisjonene, partiklene, temperaturene og andre forhold på det tidspunktet av kollisjonen, og partikkelhandlingene i milliarddelene av et sekund som sammenbruddene tar plass.

Da partikkelfysikere planla og bygde LHC, var en ting de håpet på å finne bevis for Higgs Boson. Det er en partikkel oppkalt etter Peter Higgs, som spådde dens eksistens. I 2012 kunngjorde LHC-konsortiet at eksperimenter hadde avslørt eksistensen av en boson som samsvarte med de forventede kriteriene for Higgs Boson. I tillegg til det fortsatte søket etter Higgs, har forskere som bruker LHC laget det som kalles en "quark-gluon plasma", som er den tetteste saken som antas å eksistere utenfor et svart hull. Andre partikkeleksperimenter hjelper fysikere til å forstå supersymmetri, som er en symmetri i romtiden som involverer to beslektede typer partikler: bosoner og fermioner. Hver gruppe av partikler antas å ha en tilknyttet superpartnerpartikkel i den andre. Å forstå slik supersymmetri ville gi forskere ytterligere innsikt i det som kalles "standardmodellen". Det er en teori som forklarer hva verden er, hva som holder saken sin sammen, og kreftene og partiklene som er involvert.

Driften ved LHC har inkludert to store "observerende" løp. I mellom hver er systemet pusset opp og oppgradert for å forbedre instrumenteringen og detektorene. De neste oppdateringene (planlagt for 2018 og utover) vil omfatte en økning i kollisjonshastigheter og en sjanse til å øke maskinens lysstyrke. Det det betyr er at LHC vil kunne se stadig mer sjeldne og raskt forekommende prosesser med partikkelakselerasjon og kollisjon. Jo raskere kollisjonene kan oppstå, jo mer energi frigjøres når stadig mindre og vanskeligere å oppdage partikler er involvert. Dette vil gi partikkelfysikere et enda bedre blikk på selve byggesteinene i materien som utgjør stjernene, galakser, planeter og livet.