En CERN -arbetare kryssar förbi en målad bild av LHC:s ATLAS -experiment den 13 december, 2011, i Genève, Schweiz. Harold Cunningham/Getty Images Om Albert Einstein levde den 4 juli, 2012, Jag skulle vilja tro att han skulle ha flinat när forskare extatiskt meddelade att de hade hittat vad de trodde var Higgs boson .
Mer än 40 år tidigare, Den brittiske teoretiska fysikern Peter Higgs och hans kollegor hade föreslagit att just denna elementära partikel och dess tillhörande fält var orsakerna till att materia har massa. När forskare bekräftade Higgs teori under 2000 -talet, det öppnade ett fönster om hur universum fungerar, som Einstein och många andra har ägnat sina liv åt att studera.
Upptäckten representerade en vetenskaplig triumf. Än, forskare gjorde fyndet inte genom att titta genom ett teleskop, analysera data som samlats in från en rymdfarkost eller till och med utföra ett av Einsteins berömda tankeexperiment. De hittade Higgs genom årtionden av noggrann forskning på kolliderare runt om i världen, framför allt CERN i Genève, Schweiz. CERN står för Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (eller European Center for Nuclear Research).
Deras forskning var noggrann eftersom livet för Higgs boson är oändligt kort. Det bryts till mindre partiklar i mycket kortare tid än det tar att blinka. Forskare måste vara på tå för att upptäcka Higgs. Genom försök och fel, eufori och förtvivlan, forskare vid CERN spenderade 10 miljarder dollar under årtiondena på att jaga den svårfångade partikeln [källa:Overbye].
Upptäckten satte CERN på förstasidan. Än, de flesta människor har fortfarande ingen aning om vad forskarna på CERN faktiskt gör. Vi kan hjälpa till med det.
Innehåll
CERN har funnits sedan 1950 -talet. Minns att i slutet av andra världskriget, Europa var en röra och dess vetenskapliga samhälle var i skam. Forskare i USA, som inkluderade många plockade från Europa, hade tagit ledningen inom fysiken. År 1949, Den franske kvantfysikern Louis de Broglie föreslog att Europa skulle försöka återta sin vetenskapliga ära genom att skapa ett multinationellt atomfysiklaboratorium.
Några år senare, CERN föddes och byggdes strax utanför Genève. De 12 grundstaterna inkluderade Belgien, Danmark, Frankrike, Västtyskland, Grekland, Italien, Nederländerna, Norge, Sverige, Schweiz, Storbritannien och Jugoslavien. Från och med januari 2014, 21 länder, inklusive Israel, Polen och Finland, är CERN -medlemmar, och var och en får två platser i CERN -rådet, det beslutande organet, men en enda omröstning om sådana beslut. CERN:s generaldirektör, Rolf Heuer 2014, fungerar i huvudsak som ledare.
USA är inte medlem utan en observatörsstat , det är, en som kan delta i möten och få information men inte rösta om CERN -frågor [källa:CERN]. (På tal om USA, det bidrog med 531 miljoner dollar för byggandet av flera LHC -komponenter.)
CERNs jobb var att ta reda på hur universum fungerade. Ingen stor grej, höger? Forskare bestämde att det bästa sättet att utföra denna monumentala uppgift var att bygga gigantiska maskiner som slog in subatomära partiklar i varandra. Förhoppningen var att dessa så kallade atomkrossare skulle ge forskarna en glimt tillbaka till tiden strax efter att universum kom till. Följaktligen, CERN började bygga sin allra första accelerator 1957, Synchrocyclotron, som kraschade och krossade sig mot 33 års tjänst. CERN driver nu flera acceleratorer och en retardator i ett byggnadskomplex som gränsar till den schweiziska och franska gränsen. Kostnaden för experimenten sprids över medlemsstaterna [källor:Exploratorium, CERN].
År 2014, 2, 400 heltidsanställda och 1, 500 deltidsarbetare, arbetade på CERN, medan mer än 600 institut och universitet fick använda sina faciliteter för att börja upptäcka en mängd olika mysterier, som antimateria, svarta hål, och händelserna som inträffade en splitsekund efter Big Bang. Dessutom, 10, 000 forskare från 113 länder - hälften av alla partikelfysiker på planeten - stannar varje år till CERN för forskning. Och det är inte bara forskare heller. Människor arbetar på en mängd olika jobb, inklusive ingenjörer, experimentella fysiker och till och med revisorer. Forskare från medlemsländerna får första sprickan på en position, även om seniorforskare från andra länder alltid betraktas [källor:Exploratorium, CERN].
Ansluter världen1989, Tim Berners-Lee, en brittisk vetenskapsman, hjälpte till att uppfinna World Wide Web genom att utveckla protokoll för hypertextöverföring, eller http. Berners-Lee var angelägen om att skapa ett nätverk av interaktiva datorer så att forskare över hela världen kunde dela data [källa:CERN].
Vill du trycka på de knapparna lika illa som vi gör? © Denis Balibouse/Reuters/Corbis I hjärtat av CERN är världens största och mest kraftfulla partikelaccelerator, en atomkrossare kallad Large Hadron Collider (LHC). (Den är så stor att den har sin egen artikel.) LHC är gjord av en 27 mils (27 kilometer) ring av supraledande magneter och en serie acceleratorer som skjuter högenergipartiklar genom apparaten som en kula genom en pistol . Ligger 100 meter under marken, kollideraren spränger en stråle av protoner i en riktning, medan en annan stråle färdas i motsatt riktning.
Kaboom ! Kablam ! Splat !
Använd vilket utrop du vill. I toppfart, partiklarna slår in i var och en vid 99,99999991 procent ljusets hastighet [källa:CERN]. Varje gång protonerna slår in i varandra, det skapar en komplex spray av andra partiklar. Många av dessa partiklar håller i mindre än en sekund men lämnar ett spår av subatomära brödsmulor som forskare kan följa. För att följa det spåret, forskare förlitar sig på två mycket komplexa detektorer, som gör att de kan se de grundläggande byggstenarna i vårt universum.
En av dessa detektorer är ATLAS. Maskinen, som är cirka 45 meter lång och 25 meter hög, hjälpte till att hitta Higgs boson. ATLAS är hälften så stor som Notre Dame (katedralen, inte universitetet) och väger lika mycket som Eiffeltornet (den i Paris, inte Las Vegas). CERN -forskare använder ATLAS och de andra detektorerna (ALICE, CMS, LHCb, LHCf) för att studera saker du bara läser om i sci-fi-böcker, till exempel om det finns andra dimensioner; vilken typ av enande kraft kan vara i universum; och om det finns tecken på mörk materia. Endast två detektorer, ATLAS och CMS, ägnade sig åt att lösa Higgs bosonmysterium. Alla experiment på LHC är distinkta och drivs av ett globalt samarbetande team av forskare [källor:ATLAS, CERN].
Att krossa partiklar med nästan ljusets hastighet är en sak; att tolka data från dessa kollisioner är en annan. Partiklar kolliderar i LHC nästan 600 miljoner gånger i sekunden [källa:Sakai]. Informationen som sprutas ut från dessa kraschar kan berätta volymer om atomens inre funktion och krafterna som håller atomen ihop, men vi kan verkligen inte spela in all information från detektorerna. Om CERN gjorde det, ATLAS, till exempel, kan fylla 100, 000 CD -skivor med data varje sekund. Istället, ATLAS, som de andra detektorerna, kan bara spela in en "smidgen" av information, ungefär tillräckligt för att sätta på 27 CD -skivor per minut [källa:ATLAS].
Även om detta nummer bara är en del av tillgänglig information, det är fortfarande en överväldigande mängd. Detektorerna överför det de hittar till CERN Data Center, där tekniker och forskare använder datorer för att digitalt rekonstruera varje kollision. Under rekonstruktionen, forskare testar sina teorier om hur partiklar beter sig. De jämför datorsimulerade kollisioner med de faktiska kollisionerna. En skillnad mellan de två kan innebära ny vetenskap, något som hade gått oförklarligt [källa:Sakai].
Varje dag, datacenteret behandlar en petabyte information. Det skulle ta 223, 000 DVD -skivor för att hålla all information i en petabyte [källa:McKenna]. För att göra saker svårare, forskare porer genom 30 petabyte varje år, vilket gör ny vetenskap otroligt svår att hitta [källor:CERN, McKenna].
Med tanke på de svindlande siffrorna, CERNs datahub kan inte knäcka sådana nummer helt själv. Istället, forskare förlitar sig på planetens största datanätverk, Worldwide LHC Computing Grid, en sammanslutning av 170 datacenter i 40 länder. Rutnätet betecknas som det "mest sofistikerade datatagnings- och analyssystem som någonsin byggts för vetenskap." Den kör mer än 2 miljoner jobb om dagen och kan överföra 10 gigabyte data från sina servrar varje sekund. Utan nätet, Higgs boson kan ha gått oupptäckt [källa:WLCG].
När det gäller Einstein, han skulle gunga i graven om han visste vad som hände på CERN - det vill säga om hans vänner inte hade spridit sin aska på Delaware River 1955.
Atomic semesterOm du någonsin semestrar i Genève, du kan turnera CERN gratis, men var noga med att besöka webbplatsen först och skicka en begäran. Glöm inte ditt pass eller identitetskort. Också, lämna dina barn under 13 (för gruppresor) hemma, tillsammans med högklackade skor, sandaler och flip -flops. Du kan inte röka heller [källa:CERN].
Jag hänvisar till Einstein inte för att jag förstår en del av vad han har lärt världen, men för att dagens forskare i stort sett försöker bygga vidare på Einsteins arbete. En av de saker Einstein ägnade mycket tid åt att studera var hur atomer och ljus betedde sig. Hans teorier ledde slutligen till existensen och upptäckten av Higgs boson.
