наука физики элементарных частиц смотрит на самые строительные блоки материи - атомы и частицы, которые составляют большую часть материала в космосе. Это сложная наука, которая требует кропотливых измерений частиц, движущихся на высоких скоростях. Эта наука получила огромный импульс, когда Большой адронный коллайдер (LHC) начал работу в сентябре 2008 года. Его название звучит очень «научно-фантастически», но слово «коллайдер» фактически объясняет, что именно он делает: отправить два пучка частиц высокой энергии почти со скоростью света вокруг 27-километрового метрополитена кольцо. В нужное время балки вынуждены «сталкиваться». Протоны в пучках затем разбиваются вместе, и, если все идет хорошо, меньшие кусочки - так называемые субатомные частицы - создаются на короткие моменты времени. Их действия и существование записываются. Из этой деятельности физики узнают больше об очень фундаментальных составляющих материи.
БАК и физика элементарных частиц
БАК был построен для того, чтобы ответить на некоторые невероятно важные вопросы физики, разобраться, откуда взялась масса, почему космос сделан из материи, а не из
его противоположный «материал», называемый антивеществом, и каким может быть таинственное «вещество», известное как темная материя. Это также может дать важные новые подсказки об условиях в самой ранней Вселенной, когда гравитация и электромагнитные силы были объединены со слабыми и сильными силами в одно всеобъемлющее сила. Это произошло в течение короткого времени в ранней вселенной, и физики хотят знать, почему и как это изменилось.Наука физики элементарных частиц - это, по сути, поиск самые основные строительные блоки материи. Мы знаем об атомах и молекулах, из которых состоит все, что мы видим и чувствуем. Сами атомы состоят из более мелких компонентов: ядра и электронов. Само ядро состоит из протонов и нейтронов. Это не конец линии, однако. Нейтроны состоят из субатомных частиц, называемых кварками.
Есть ли более мелкие частицы? Это то, для чего предназначены ускорители частиц. То, как они это делают, - это создать условия, подобные тем, что были после Большой взрыв - событие, с которого началась вселенная. В тот момент, около 13,7 миллиардов лет назад, Вселенная состояла только из частиц. Они свободно рассеялись по детскому космосу и постоянно бродили. К ним относятся мезоны, пионы, барионы и адроны (для которых назван ускоритель).
Физики элементарных частиц (люди, которые изучают эти частицы) подозревают, что материя состоит как минимум из двенадцати видов фундаментальных частиц. Они делятся на кварки (упомянутые выше) и лептоны. Есть шесть каждого типа. Это только некоторые фундаментальные частицы в природе. Остальные создаются в сверхэнергетических столкновениях (либо в Большом взрыве, либо в ускорителях, таких как LHC). Внутри этих столкновений физики элементарных частиц очень быстро получают представление о том, каковы были условия Большого взрыва, когда фундаментальные частицы были впервые созданы.
Что такое LHC?
LHC - крупнейший ускоритель частиц в мире, старшая сестра Фермилаба в Иллинойсе и других более мелких ускорителей. LHC расположен недалеко от Женевы, Швейцария, построен и эксплуатируется Европейской организацией ядерных исследований и используется более 10 000 ученых со всего мира. Вдоль его кольца физики и техники установили чрезвычайно прочные переохлажденные магниты, которые направляют и формируют пучки частиц через трубку пучка). Как только лучи движутся достаточно быстро, специализированные магниты направляют их в правильные положения, где происходят столкновения. Специализированные детекторы регистрируют столкновения, частицы, температуры и другие условия во время столкновения и действия частиц в миллиардных долях секунды, в течение которых происходят столкновения место.
Что обнаружил LHC?
Когда физики элементарных частиц планировали и строили БАК, они надеялись найти доказательства того, что бозон Хиггса. Это частица имени Питер Хиггс, который предсказал его существование. В 2012 году консорциум LHC объявил, что эксперименты выявили существование бозона, который соответствовал ожидаемым критериям для бозона Хиггса. В дополнение к продолжению поиска Хиггса, ученые, использующие LHC, создали так называемую «кварк-глюонную плазму», которая является самой плотной материей, существующей вне черной дыры. Другие эксперименты с частицами помогают физикам понять суперсимметрию, симметрию пространства-времени, которая включает в себя два связанных типа частиц: бозоны и фермионы. Считается, что каждая группа частиц имеет связанную суперпартнерскую частицу в другой. Понимание такой суперсимметрии даст ученым дополнительное понимание того, что называют «стандартной моделью». Это теория, которая объясняет, что такое мир, что удерживает его материю вместе, и какие силы и частицы вовлечены.
Будущее LHC
Операции на LHC включали два основных "наблюдательных" прогона. В промежутке между ними система обновляется и модернизируется для улучшения ее приборов и детекторов. Следующие обновления (запланированные на 2018 и последующие годы) будут включать увеличение скорости столкновений и возможность увеличить светимость машины. Это означает, что LHC сможет видеть все более редкие и быстро происходящие процессы ускорения и столкновения частиц. Чем быстрее могут происходить столкновения, тем больше энергии будет высвобождаться, поскольку участвуют все более мелкие частицы, которые трудно обнаружить. Это позволит физикам частиц еще лучше взглянуть на те самые строительные блоки материи, из которых состоят звезды, галактики, планеты и жизнь.