osakestefüüsika teadus vaatleb ainest väga olulisi ehitusplokke - aatomeid ja osakesi, mis moodustavad suure osa kosmoses sisalduvast materjalist. See on keeruline teadus, mis nõuab suurel kiirusel liikuvate osakeste vaeva nägemist. See teadus sai tohutu tõuke, kui suur hadronite põrkumismasin (LHC) alustas tegevust 2008. aasta septembris. Selle nimi kõlab väga "ulme", kuid sõna "põrkaja" seletab tegelikult seda, mida see teeb: saata kaks kõrge energiaga osakeste tala peaaegu valguse kiirusel ümber 27 kilomeetri pikkuse maa-aluse pinna rõngas. Õigel ajal on talad sunnitud "kokku põrkama". Seejärel talades olevad prootonid purunevad kokku ja kui kõik hästi läheb, luuakse väiksemateks bittideks ja tükkideks - subatomaalseteks osakesteks - lühikeseks hetkeks. Nende tegevus ja olemasolu registreeritakse. Sellest tegevusest saavad füüsikud rohkem teada mateeria põhiliste koostisosade kohta.
LHC ja osakeste füüsika
LHC loodi selleks, et vastata mõnedele uskumatult olulistele küsimustele füüsikas, uurides, kust mass tuleb, miks kosmos on tehtud mateeria asemel
selle vastand "kraam", mida nimetatakse antimaterjaliks, ja milline võiks olla salapärane tumeainena tuntud kraam. See võib anda ka olulisi uusi vihjeid varajase universumi tingimuste kohta, kui raskusjõud ja kõik elektromagnetilised jõud ühendati nõrkade ja tugevate jõududega üheks kõikehõlmavaks jõud. See juhtus varases universumis vaid lühikest aega ja füüsikud tahavad teada, miks ja kuidas see muutus.Osakestefüüsika teadus on sisuliselt otsing mateeria kõige põhilisemad ehitusplokid. Me teame aatomitest ja molekulidest, mis moodustavad kõik, mida näeme ja tunneme. Aatomid ise koosnevad väiksematest komponentidest: tuumast ja elektronidest. Tuum koosneb ise prootonitest ja neutronitest. See ei ole siiski rea lõpp. Neutronid koosnevad subatomilistest osakestest, mida nimetatakse kvarkideks.
Kas on väiksemaid osakesi? Just see on osakeste kiirendite väljatöötamiseks välja töötatud. Viis, kuidas nad seda teevad, on luua tingimused, mis sarnaneksid sellega, mis oli just pärast seda Suur Pauk - sündmus, millest sai alguse universum. Sel hetkel, umbes 13,7 miljardit aastat tagasi, tehti universum ainult osakestest. Nad olid imiku kosmose kaudu laiali ja laiali. Nende hulka kuuluvad mesonid, pioonid, baryonid ja hadronid (mille jaoks kiirendi on nimetatud).
Osakestefüüsikud (inimesed, kes neid osakesi uurivad) arvavad, et aine koosneb vähemalt kaheteistkümnest põhiosakesest. Need jagunevad kvarkideks (eespool mainitud) ja leptoniteks. Igat tüüpi on kuus. See moodustab ainult osa looduse osakestest. Ülejäänud luuakse ülienergeetilistes kokkupõrgetes (kas Suure Paugu või kiirendite, näiteks LHC korral). Nendes kokkupõrgetes saavad osakestefüüsikud väga kiire ülevaate sellest, millised olid suured pais, kui põhilised osakesed esmakordselt loodi.
Mis on LHC?
LHC on suurim osakeste kiirendi maailmas, Illinoisi Fermilabi ja teiste väiksemate kiirendite suur õde. LHC asub Šveitsis Genfi lähedal, ehitas ja haldas Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon ning seda kasutab enam kui 10 000 teadlast kogu maailmast. Füüsikud ja tehnikud on oma rõnga äärde paigaldanud ülitugevad jahutatud magnetid, mis juhivad ja kujundavad osakeste talasid läbi talatoru). Kui talad liiguvad piisavalt kiiresti, suunavad spetsialiseeritud magnetid need õigetesse kohtadesse, kus kokkupõrked toimuvad. Spetsiaalsed detektorid registreerivad kokkupõrked, osakesed, temperatuurid ja muud tingimused sel ajal kokkupõrkest ja osakeste toimingutest sekundi miljardites sekundites, mille jooksul purunemised toimuvad koht.
Mida on LHC avastanud?
Kui osakeste füüsikud LHC-d kavandasid ja ehitasid, lootsid nad tõendusmaterjali leida Higgsi boson. See on osake, mis on oma nime saanud Peter Higgs, kes ennustas selle olemasolu. 2012. aastal teatas LHC konsortsium, et katsed on näidanud bosoni olemasolu, mis vastas Higgsi Bosoni eeldatavatele kriteeriumidele. Lisaks jätkuvatele Higgsi otsingutele on LHC-d kasutavad teadlased loonud nn kvarglükoosiplasma, mis on kõige tihedam aine, mida arvatakse olevat väljaspool musta auku. Muud osakeste eksperimendid aitavad füüsikutel mõista supersümmeetriat, mis on kosmose sümmeetria, mis hõlmab kahte tüüpi osakesi: bosone ja fermioone. Arvatakse, et igal osakeste rühmal on teises osaline osake. Sellise supersümmeetria mõistmine annaks teadlastele täiendava ülevaate nn standardmudelist. See on teooria, mis selgitab, mis on maailm, mis hoiab tema asja koos ning kaasatud jõud ja osakesed.
LHC tulevik
Operatsioonid LHC-s on hõlmanud kaht suurt vaatlusjooksu. Mõlema vahel on süsteemi uuendatud ja täiustatud, et täiustada selle mõõteriistu ja detektoreid. Järgmised värskendused (koostatud 2018. aastaks ja pärast seda) hõlmavad kokkupõrkekiiruse suurendamist ja võimalust suurendada masina heledust. See tähendab, et LHC näeb üha harvem ja kiiremini esinevaid osakeste kiirenduse ja kokkupõrke protsesse. Mida kiiremini kokkupõrked võivad toimuda, seda rohkem energiat vabaneb, kuna tegemist on üha väiksemate ja raskemini tuvastatavate osakestega. See annab osakeste füüsikutele veelgi parema ülevaate mateeria olulistest ehitusplokkidest, mis moodustavad tähed, galaktikad, planeedid ja elu.