Paul Sparks
0 
2564
752
În urmă cu zece ani, cel mai mare instrument științific din lume a fost pornit și a început începutul unei dinastii de cercetare.
La 10 septembrie 2008, un fascicul de protoni a fost împușcat pentru prima dată în jurul întregului inel de 27 de kilometri (27 kilometri) lung al colectorului de Hadroni Mari (LHC) - cel mai mare și mai mare atom de energie din lume construit vreodată. Situat la laboratorul CERN, chiar în afara Geneva, Elveția, LHC a fost construit pentru a sparge fascicule de protoni extrem de energici împreună la aproape viteza luminii. Scopul declarat a fost să creeze și să descopere bosonul Higgs, ultima piesă care lipsește din Modelul Standard, cea mai bună teorie a noastră pentru comportamentul materiei subatomice. Dar obiectivul era mai mare decât atât. Ceea ce am dorit să facem a fost să descoperim ceva complet neașteptat - atât de mare și atât de nou încât ar însemna că va trebui să rescriem manualele.
Și LHC nu s-a pornit în liniște. În săptămânile și lunile anterioare, presa a fost împachetată cu povești fără suflare de temeri că LHC va face o gaură neagră care ar distruge Pământul. Mass-media a făcut o treabă bună diseminând pretențiile îngrozitoare, dar povestea a fost pur și simplu prea bună pentru a nu tipări, chiar și printre cele mai responsabile magazine de tipărire, online și de difuzare.
Laboratorul CERN unde se află LHC a decis să invite presa să vadă fasciculul inaugural al LHC. Furiosul găurii negre a asigurat ca mass-media să apară într-un mod mare. BBC, CNN, Reuters și multe zeci de mass-media internaționale au fost acolo pentru festivități. Gurile negre deoparte, a fost o alegere periculoasă din punct de vedere al PR-ului: acceleratoarele noi sunt niște fiare fine, iar LHC a fost mai ales. Este format din mii de magneți și zeci de mii de surse de alimentare, electronice de monitorizare și multe altele. Cea mai mică greșeală ar fi putut amâna, zile sau săptămâni, prima circulație de succes a fasciculului. [Fotografii: Cel mai mare Smasher Atom din lume (LHC)
Au fost câteva momente tensionate în acea dimineață. Primele câteva încercări au eșuat din cauza unor surse rebele de energie. Cu toate acestea, doar timid de ora locală 10:30 a.m., operatorii acceleratorului au aruncat cu succes un fascicul de protoni de intensitate foarte mică prin întregul complex. Deoarece LHC este, în esență, două acceleratoare - pentru a găzdui grinzile care merg în direcții opuse - următorul pas a fost să ghideze un fascicul prin al doilea set de conducte de fascicul. Asta s-a întâmplat la scurt timp după primul succes. Mass-media mondială a anunțat realizarea tehnică, așa cum s-a întâmplat. Fizica particulelor primește rar acel tip de expunere la mediu.
În ciuda emoției la nivel mondial, ceea ce s-a realizat în acea zi a fost relativ modest. Au fost injectate în LHC energie mică, intensitate scăzută, fascicule de la acceleratoarele de alimentare. Grinzile circulau de două ori în jurul inelului, la o energie scăzută, ceea ce înseamnă că cea mai mică energie pentru care a fost proiectată LHC. Modul în care funcționează LHC este că acceptă un fascicul de particule de la acceleratoarele mai mici și apoi accelerează fasciculul până la o energie de 15 ori mai mare decât o primește. La această primă încercare, nu a existat niciodată intenția de a accelera fasciculul. Doar să-l învârt cu inelul cu succes a fost suficient.
În plus, intensitatea grinzilor a fost mai mică de zece milioane din intensitatea proiectării. În grinzile de particule, intensitatea este similară luminozității când se vorbește despre lumină. Grinzile pot fi făcute mai intense prin adăugarea mai multor protoni sau focalizarea fasciculului la o dimensiune mai mică. În acea zi, focalizarea era încă un obiectiv viitor și doar foarte puțini protoni au fost puși în accelerator. Și inițial, sincronizarea electronică a acceleratorului nu era tocmai potrivită. Deci, era clar un drum de urmat.
Dar nu conteaza. A fost interesant și, cu siguranță, a fost un pas important pe drumul către operațiuni complete. Au apărut plute. Șampania era beată. Spatele au fost pălmuite și au fost făcute poze. A fost o zi buna.
Nu am fost la CERN pentru prima fază. La urma urmei, interesul meu pentru programul LHC este să-l folosesc pentru a zdrobi particule cu energie mare și toată lumea știa că atunci nu se vor produce coliziuni. În schimb, am fost la Fermilab, laboratorul de accelerator de particule din America și cel mai de impact instituție de cercetare care lucrează la analiza datelor LHC, pe lângă CERN în sine. Cele două laboratoare au o relație de frați și ne bucurăm unul pentru celălalt atunci când se depășește un obstacol tehnic. La Fermilab, am decis să găzduim o petrecere de pijamale pentru oamenii de știință și comunitatea locală în noaptea de 10 septembrie. A fost extraordinar. Sute de localnici s-au prezentat la ora 2:00 și au așteptat circulația cu succes a fasciculului la ora locală 4:30. M-am plimbat, vorbind cu membrii publicului, reporteri care nu-i puteau convinge pe editorii să-i trimită în Europa și alți oameni de știință. Uralele din mulțime au fost destul de puternice încât îmi place să cred că le-ar putea auzi la CERN, la 4.400 de mile spre est.
Desigur, succesele din dimineața zilei de 10 septembrie 2008 au fost foarte importante, dar au fost doar un pas către rezultatul dorit, care a fost să pună în funcțiune cel mai puternic accelerator de particule de pe planetă. Pentru a face acest lucru, cei 1.232 de magneți uriași din jurul LHC trebuiau să fie trecuți în pas și să fie testați la curent electric complet. Deci, personalul acceleratorului CERN și-a îndreptat atenția asupra finalizării. Și de aici lucrurile s-au înțeles. Pe 22 septembrie, operatorii zdruncinau ultimul set de magneți, când o îmbinare de vândere defectuoasă a determinat o supraîncălzire a unei bare de cupru, determinând să se topească, apoi să se arc, apoi să pună sticla cu termos care ținea heliul lichid care permitea magneți pentru a rezista celor zece mii de amperi de curent care au făcut posibile câmpurile magnetice puternice. [Galerie: Căutați Bosonul Higgs la LHC]
Cu această puncție, heliul a fost eliberat la presiune ridicată ... formând un jet suficient de puternic pentru a împinge un magnet de 35 de tone în lateral cu 18 inci și a trage suporturile de montare din beton solid. Heliul a fost la minus 450 Fahrenheit și s-a răcit în tunelul LHC timp de un kilometru care a înconjurat pagubele. Repararea pagubelor și adăugarea de echipamente suplimentare de protecție împotriva erorilor au durat peste un an.
La 27 februarie 2010, personalul acceleratorului LHC era gata să încerce din nou. Și, pe parcursul a aproximativ o oră și un sfert, au repetat exercițiul, iarăși circulând fascicule în direcții opuse. De această dată, efortul a fost încercat fără să anunțe mai întâi mass-media. Și pe 19 martie personalul a accelerat în cele din urmă fasciculul până la o energie de 3,5 ori mai mare decât acceleratorul record mondial anterior, Fermilab Tevatron. S-a întâmplat să fiu la CERN în acea zi, iar realizarea s-a realizat în ultimele ore, chiar înainte de zori. Am urmărit monitoarele cu colegii și, atunci când s-a declarat fascicul stabil, șampania, palmele din spate și urale s-au întâmplat din nou, de data aceasta fără camere de televiziune.
Începând cu acea zi, LHC a fost pur și simplu un fenom științific ... care a furnizat fascicule extraordinare la patru detectoare amplasate în jurul inelului. Producția științifică până în prezent a fost prodigioasă, cele două experimente mai mari publicând fiecare peste 800 de lucrări și întregul program de cercetare publicând peste 2.000.
Cea mai impactantă descoperire din ultimul deceniu a fost bosonul Higgs, ultima piesă lipsă a modelului standard de fizică a particulelor. Acesta a fost anunțat pe 4 iulie 2012, din nou pentru o audiență mondială, cu acoperire pe peste o mie de posturi de televiziune la un miliard de spectatori. Din nou, lumea a împărtășit emoția descoperirii. [6 Implicații de găsire a unei particule Boson Higgs]
Iar viitorul LHC este într-adevăr luminos. Deși am funcționat cu succes instalația de acum un deceniu, intenția este să continuăm să folosim acceleratorul pentru a face descoperiri. În prezent, planul este să continue operațiunile cel puțin în următoarele două decenii. De fapt, la sfârșitul anului 2018, se estimează că experimentele de la LHC vor fi colectat doar 3 la sută din datele care vor fi înregistrate de-a lungul vieții instalației. La sfârșitul anului 2018, LHC va întrerupe operațiunile timp de doi ani pentru renovare și modernizări. În primăvara anului 2021, va relua operațiunile cu detectoare mult îmbunătățite. Nu este posibil să știm ce adevăruri științifice vom descoperi folosind LHC. Acesta este lucrul despre a face știință ... dacă am ști ce vom descoperi, nu s-ar numi cercetare. Dar LHC este, fără îndoială, o bijuterie intelectuală și tehnologică - o realizare la care cercetătorii de altădată nu puteau decât să viseze. LHC poate sonda cele mai mici scale de distanță, cele mai mari energii și să recreeze condițiile de ultimă oră comune în univers la doar o zecime de miliarde de secunde după Big Bang. Este un instrument de explorare și descoperire. Și abia începem. Va fi glorios.
La mulți ani, LHC.
Don Lincoln este cercetător în fizică la Fermilab. El este autorul „The Big Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind” (Johns Hopkins University Press, 2014) și produce o serie de videoclipuri despre educația științifică.. Urmărește-l pe Facebook. Opiniile exprimate în acest comentariu sunt ale sale.
Don Lincoln a contribuit cu acest articol la Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights.