En forskare pusslar över en karta över åtkomstförhållanden vid Large Hadron Collider bara några dagar innan det massiva underjordiska laboratoriet startade först i september 2008. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Stephen Hawking påpekade en gång att om vi ville hoppa genom tiden, det skulle hjälpa om vi hade en maskin som LHC som kunde accelerera oss till nästan ljusets hastighet. Ja herre, LHC är tillräckligt imponerande för att Hawking ska se det som ett alternativ för transport i tid. Och det fick förvisso inte sitt rykte för ingenting:Den partikelaccelerator som tjafsade fick sina ränder när den gav oss bevis för Higgs -bosonen 2012 och 2013. Att hitta Higgs i LHC bekräftade i grunden fysikens standardmodell, som beskriver de grundläggande partiklarna och krafterna i universum. Ingen liten bedrift.
Naturligtvis är "liten" inte en term som vi vanligtvis förknippar med LHC, eller Europeiska organisationen för kärnforskning (CERN) för den delen. Tänk på acceleratorkomplexet vid CERN, vilket är mycket mer än bara LHC. Om du bara skulle dumpa protoner i LHC utan några inledande steg, det skulle inte vara mycket experiment att tala om:Du måste inte bara påskynda protonerna innan de kommer in i LHC, men koncentrera dem också i täta balkar. För att kunna göra det, det finns några steg som måste tas innan de susar till deras våldsamma öde i LHC [källor:LHC -fakta, CERN]:
Och nu är vi här:i den stora Large Hadron Collider. Det ser ut som en vacker kristallgrotta. (Skojar bara, det ser ut som ett starkt upplyst, tvångsmässigt rena tunnelbanetunneln med ett gigantiskt rör som rinner genom den.) Varför behöver sådana bitar av knappt materia så stort utrymme att vandra?
Det första svaret är lite antiklimaktiskt:Vi började använda LHC eftersom det redan var där. CERN hade en tidigare accelerator (Large Electron-Positron Collider) som ursprungligen upptog utrymmet, och det var så stort att rymma kollisioner av (du gissade det!) elektroner och positroner. Så varför var LEP den storleken eller ens byggd 100 meter under jorden?
Det byggdes under jorden av en ganska grundläggande anledning:Det visade sig vara billigare att helt enkelt gräva en tunnel än att köpa mark och mildra miljöpåverkan [källa:CERN]. (Den behövde också ha lite lutning för att minimera kostnaderna för placering av vertikala axlar.) Men anledningen till att LEP hade en så stor omkrets kommer till hjärtat av varför LHC behöver en bred kaj, också:Damen behövde en fin uppsättning kurvor.
De rundade böjarna i LHC är nödvändiga för den acceleration som är så viktig för våra partiklar. Allt börjar med Newtons rörelselagar, som säger att en partikel (eller något, för den delen - ingen ordlek avsedd) kommer att resa med konstant hastighet om den inte påverkas av en kraft. Vad betyder det här? Den partikeln kommer att färdas i en rak linje med samma hastighet om det inte används något för att accelerera dem.
Och att "något" är kurvan för den cirkulära acceleratorn. Till skillnad från en linjär accelerator - där partiklarna rör sig i en rak linje - tillåter en cirkulär accelerator partiklar att få energi varje gång runt [källa:The Particle Adventure]. (De enorma magneterna som styr protonerna lägger inte till energi, men det elektriska fältet ökar accelerationen.) En cirkulär accelerator låter protonerna gå runt och runt, får energi, samtidigt som det tillåter flera punkter för partiklarna att kollidera - en linjär accelerator, självklart, skulle bara ha en kollisionspunkt, i slutet.
Att svara på varför LHC är cirkulärt verkar inte ha något att göra med dess storlek, men det hänger ihop. En mindre tävlingsbana för protonerna skulle innebära att de skulle behöva accelerera mer för att rymma de skarpare kurvorna, och skulle förlora mer energi - och därmed skulle kollisionen inte vara lika stark [källa:Butterworth]. Så en stor radie behövs för att få partiklarnas energi tillräckligt hög för att både accelerera och skapa kollisioner.
Och tro inte att alla forskare är nöjda med storleken på den nuvarande LHC. Det finns allvarliga överväganden som görs för att bygga ett spår på 100 kilometer (100 kilometer) som kommer att ge en ännu mer energisk kurs för partikelkollisioner [källa:Pease]. Tänk på att ju högre energi som uppnås, ju mer massiva partiklarna kan hittas - ett viktigt sätt att identifiera nya svårfångade, tunga partiklar [källa:Reich].
Säker, det är typ av off-topic, men jag tror att vi alla vill veta:Vad skulle hända om vi snubblade in i LHC medan protonstrålarna arbetade med sin magi? Ingen är helt säker, men det är en ganska bra gissning att du skulle få ett hål sprängt genom kroppen, och kanske en kon av proton-exploderande påverkan, också.
