Veliki hadronski sudarač i granica fizike

znanost fizike čestica promatra upravo gradivne materije - atome i čestice koje čine velik dio materijala u kozmosu. To je složena znanost koja zahtijeva naporna mjerenja čestica koje se kreću velikim brzinama. Ova je znanost dobila značajan poticaj kada je Veliki hadronski sudarač (LHC) počeo s radom u rujnu 2008. Ime mu zvuči vrlo "znanstveno-fantastično", ali riječ "sudarač" zapravo objašnjava upravo ono što čini: pošaljite dvije visokoenergetske zrake čestica brzinom svjetlosti gotovo 27 kilometara pod zemljom prsten. U pravo vrijeme grede su prisiljene na "sudaranje". Protoni u snopovima tada se međusobno razbijaju, a ako sve pođe dobro, manji komadići i komadići - nazvani subatomskim česticama - stvaraju se za kratke trenutke. Zabilježeni su njihovi postupci i postojanje. Iz te aktivnosti fizičari saznaju više o vrlo temeljnim sastojcima materije.

LHC je stvoren da odgovori na nevjerojatno važna pitanja iz fizike, istražujući odakle dolazi masa, zašto je kosmos sastavljen od materije umjesto

Znanost fizike čestica u osnovi je potraga vrlo osnovni blokovi materije. Znamo za atome i molekule koje čine sve što vidimo i osjećamo. Sami atomi su sačinjeni od manjih komponenti: jezgre i elektrona. Jezgro se sastoji od protona i neutrona. To ipak nije kraj crte. Neutroni se sastoje od subatomskih čestica koje nazivamo kvarkovima.

Postoje li manje čestice? Za to su stvoreni akceleratori čestica. Način na koji to čine jest stvaranje uvjeta sličnih onome što je izgledalo tek nakon Veliki prasak - događaj koji je započeo svemir. U tom je trenutku, prije otprilike 13,7 milijardi godina, svemir sačinjen samo od čestica. Oni su se slobodno raspršili kroz dječji kozmos i neprestano lutali. Tu spadaju mezoni, pioni, barioni i hadroni (po kojima je akcelerator nazvan).

Fizičari čestica (ljudi koji proučavaju ove čestice) sumnjaju da se materija sastoji od najmanje dvanaest vrsta osnovnih čestica. Podijeljeni su u kvarkove (spomenute gore) i leptone. Postoji šest od svake vrste. To samo čini neke od osnovnih čestica u prirodi. Ostalo se stvara u superenergetskim sudarima (bilo u Velikom prasku ili u akceleratorima kao što je LHC). Unutar tih sudara, fizičari čestica vrlo brzo dobivaju pogled na stanje kakvo je bilo u Velikom prasku, kada su temeljne čestice prvi put stvorene.

LHC je najveći akcelerator čestica na svijetu, velika sestra Fermilabu u Illinoisu i drugi manji akceleratori. LHC nalazi se u blizini Ženeve u Švicarskoj, izgradila ga je i upravljala Europska organizacija za nuklearna istraživanja, a koristi ga više od 10.000 znanstvenika iz cijelog svijeta. Duž njegovog prstena fizičari i tehničari ugradili su izuzetno jake superhlađene magnete koji kroz gredsku cijev vode i oblikuju zrake čestica). Nakon što se zrake kreću dovoljno brzo, specijalizirani magneti ih usmjeravaju u ispravne položaje u kojima se sudare događaju. Specijalizirani detektori bilježe tada sudare, čestice, temperature i druge uvjete sudara i akcija čestica u milijardama sekundi tokom kojih se odvijaju pretresi mjesto.

Kad su fizičari čestica planirali i izgradili LHC, jedna stvar kojoj su se nadali pronaći će dokaze Higgs Boson. To je čestica koja je dobila ime Peter Higgs, koji je predvidio njegovo postojanje. Konzorcij LHC je 2012. objavio da su pokusima otkrili postojanje bozona koji je udovoljavao očekivanim kriterijima za Higgsovog Bozona. Uz stalnu potragu za Higgsovim, znanstvenici koji koriste LHC stvorili su ono što se naziva "kvark-gluonska plazma", što je najgušća materija za koju se smatra da postoji izvan crne rupe. Ostali eksperimenti s česticama pomažu fizičarima da razumiju supersimetriju, to je prostorno-simetrijska struktura koja uključuje dvije povezane vrste čestica: bozone i fermione. Smatra se da svaka grupa čestica ima pridružene čestice superpartnera u drugoj. Razumijevanje takve supersimetrije omogućilo bi znanstvenicima daljnji uvid u ono što se naziva "standardni model". To je teorija koja objašnjava što je svijet, što drži njegovu materiju i uključene sile i čestice.

Operacije u LHC-u uključivale su dvije glavne vožnje "promatranja". Između svake se sustav obnavlja i nadograđuje radi poboljšanja instrumentacije i detektora. Sljedeća ažuriranja (planirana za 2018. i kasnije) uključivat će povećanje brzine sudara i priliku za povećanje svjetline stroja. To znači da će LHC moći vidjeti sve rjeđe i brzo odvijajuće se procese ubrzavanja i sudara čestica. Što se brže mogu dogoditi sudari, oslobađat će se više energije jer su u to uključene sve manje i teže otkrivajuće čestice. Ovo će fizičarima čestica pružiti još bolji pogled na same građevne materije koje čine zvijezde, galaksije, planete i život.