What If the Large Hadron Collider Made a Black Hole?
Inhoudsopgave:
Tien jaar! Tien jaar sinds de start van de operaties voor de Large Hadron Collider (LHC), een van de meest complexe machines ooit gemaakt. De LHC is 's werelds grootste deeltjesversneller, begraven op 100 meter onder het Franse en Zwitserse platteland met een omtrek van 17 mijl.
Op 10 september 2008 circuleerden protonen, het centrum van een waterstofatoom, voor het eerst rond de LHC-versneller. De opwinding was echter van korte duur omdat op 22 september een incident plaatsvond dat meer dan 50 van de meer dan 6000 magneten van de LHC beschadigde - die van cruciaal belang zijn om de protonen op hun cirkelvormige baan te houden. Reparaties duurden meer dan een jaar, maar in maart 2010 begon de LHC met het botsen van protonen. De LHC is het kroonjuweel van CERN, het Europese laboratorium voor deeltjesfysica dat na de Tweede Wereldoorlog werd opgericht als een manier om de wetenschap te herenigen en te herbouwen in het door oorlog verscheurde Europa. Nu voeren wetenschappers uit zes continenten en honderd landen daar experimenten uit.
Je vraagt je misschien af wat de LHC doet en waarom het een groot probleem is. Grote vragen. De LHC botst twee bundels protonen tegen elkaar op de hoogste energieën die ooit in een laboratorium zijn bereikt. Zes experimenten rond de 17-mijlsring bestuderen de resultaten van deze botsingen met massieve detectoren gebouwd in ondergrondse grotten. Dat is het wat, maar waarom? Het doel is om de aard van de meest elementaire bouwstenen van het universum te begrijpen en hoe ze met elkaar omgaan. Dit is fundamentele wetenschap op zijn eenvoudigst.
De LHC heeft niet teleurgesteld. Een van de ontdekkingen die met de LHC zijn gedaan, is het lang gezochte Higgs-deeltje, voorspeld in 1964 door wetenschappers die werken aan het combineren van theorieën over twee van de fundamentele krachten van de natuur.
Ik werk aan een van de zes LHC-experimenten - het Compact Muon Solenoid-experiment ontworpen om het Higgs-deeltje te ontdekken en naar tekenen van voorheen onbekende deeltjes of krachten te zoeken. Mijn instelling, de Florida State University, deed in 1994 mee aan de Compact Muon Solenoid-samenwerking toen ik een jonge afgestudeerde student was op een andere school die aan een ander experiment in een ander laboratorium werkte. De planning voor de LHC gaat terug tot 1984. De LHC was moeilijk te bouwen en duur - 10 miljard euro - en heeft 24 jaar nodig gehad om tot bloei te komen. Nu vieren we 10 jaar geleden dat de LHC begon te werken.
Ontdekkingen van de LHC
De belangrijkste ontdekking die tot nu toe van de LHC is gekomen, is de ontdekking van het Higgs-deeltje op 4 juli 2012. De aankondiging werd gedaan op CERN en betoverde een wereldwijd publiek. Mijn vrouw en ik keken het zelfs via webcast op onze grootbeeld-tv in onze woonkamer. Omdat de aankondiging om 15:00 uur in Florida was, zijn we bij IHOP gaan pannenkoeken om het daarna te vieren.
Het Higgs-deeltje was het laatst overgebleven stuk van wat we het standaardmodel van deeltjesfysica noemen. Deze theorie behandelt alle van de bekende fundamentele deeltjes - 17 van hen - en drie van de vier krachten waarmee ze een wisselwerking hebben, hoewel de zwaartekracht nog niet is opgenomen. Het standaardmodel is een ongelooflijk goed geteste theorie. Twee van de zes wetenschappers die het deel van het standaardmodel ontwikkelden dat het Higgs-deeltje voorspelt, hebben in 2013 de Nobelprijs gewonnen.
Er wordt mij vaak gevraagd, waarom blijven we experimenten uitvoeren, protonen tegen elkaar slaan, als we het Higgs-deeltje al hebben ontdekt? Zijn we niet klaar? Welnu, er valt nog veel te begrijpen. Er zijn een aantal vragen die het standaardmodel niet beantwoordt. Studies van sterrenstelsels en andere grootschalige structuren in het universum tonen bijvoorbeeld aan dat er veel meer materie is dan we waarnemen. We noemen dit donkere materie omdat we het niet kunnen zien. De meest gebruikelijke verklaring tot nu toe is dat donkere materie is gemaakt van een onbekend deeltje. Natuurkundigen hopen dat de LHC dit mysteriedeeltje kan produceren en bestuderen. Dat zou een geweldige ontdekking zijn.
Vorige week kondigden de ATLAS en Compact Muon Solenoid-samenwerkingen de eerste waarneming aan van het Higgs-deeltje dat vergaat, of uit elkaar valt, in onderste quarks. Het Higgs-deeltje vervalt op veel verschillende manieren - sommige zeldzaam, sommige gewoon. Het standaardmodel maakt voorspellingen over hoe vaak elk type verval optreedt. Om het model volledig te testen, moeten we alle voorspelde verval volgen. Onze recente waarneming is in overeenstemming met het standaardmodel - nog een succes.
Meer vragen, meer antwoorden om te komen
Er zijn veel andere puzzels in het universum en we hebben misschien nieuwe theorieën over de fysica nodig om zulke verschijnselen te verklaren - zoals materie / antimaterie-asymmetrie om uit te leggen waarom het universum meer materie heeft dan antimaterie, of het hiërarchische probleem om te begrijpen waarom de zwaartekracht is zoveel zwakker dan de andere krachten.
Maar voor mij is de zoektocht naar nieuwe, onverklaarde data belangrijk, want elke keer dat natuurkundigen denken dat we alles hebben bedacht, biedt de natuur een verrassing die leidt tot een dieper inzicht in onze wereld.
De LHC blijft het standaardmodel van deeltjesfysica testen. Wetenschappers zijn dol op wanneer theorie overeenkomt met gegevens. Maar meestal leren we meer wanneer dat niet het geval is. Dit betekent dat we niet volledig begrijpen wat er gebeurt. En dat is voor veel van ons het toekomstige doel van de LHC: om bewijs te vinden van iets dat we niet begrijpen. Er zijn duizenden theorieën die nieuwe fysica voorspellen die we niet hebben waargenomen. Wat klopt er? We hebben een ontdekking nodig om te weten te komen of er iets klopt.
CERN is van plan om de LHC-activiteiten nog lang voort te zetten. We plannen upgrades voor het gaspedaal en de detectoren om het door 2035 te laten lopen. Het is niet duidelijk wie als eerste met pensioen gaat, ikzelf of de LHC. Tien jaar geleden wachtten we met spanning op de eerste protonenbundels. Nu zijn we druk bezig met het bestuderen van een schat aan gegevens en hopen op een verrassing die ons een nieuw pad inslaat. Hier is om vooruit te kijken naar de komende 20 jaar.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Todd Adams. Lees hier het originele artikel.
CERN, thuishaven van de Large Hadron Collider, nu een broeinest van homofobisch schandaal
Als Europa's befaamde laboratorium voor deeltjesfysica en geboorteplaats van het Higgs-deeltje, is CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) cruciaal geweest voor het ontwikkelen van verenigende theorieën over het bekende universum. Het maakt het vooral ironisch, in het licht van zijn wetenschappelijke successen, dat het laboratorium ook de thuisbasis is van een oorlog ...
CERN's Large Hadron Collider in Zwitserland wordt afgesloten door een wezel
'S Werelds krachtigste en duurste wetenschappelijke testsite, die onderzoek doet naar het voortbestaan van ons universum, werd net afgesloten door een wezel. CERN, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, werd gedwongen om de werking van zijn 7 miljard dollar deeltjesgenerator die 17 mijl in omtrek strekt uit te schakelen tegen meer ...
Waarom moerassen belangrijker zijn voor het klimaat dan ooit tevoren
"Giet het moeras af" is al lang bedoeld om iets onaangenaams te verwijderen. Maar eigenlijk heeft de wereld meer moerassen nodig - naast moerassen, vennen, moerassen en alle andere soorten wetlands. In een nieuw artikel beargumenteren klimaatwetenschappers waarom wetlands onze bescherming nodig hebben.