En grafik som projiceras på en skärm visar spår av kollision av partiklar, under konferensen Large Hadron Collider på Museo della Scienza e della Tecnica (Milanos museum för vetenskap och teknik) den 20 december, 2011 i Milano, Italien. Foto av Pier Marco Tacca/Getty Images Som alla som har en skräplåda vet, att hålla reda på små bitar av efemera är svårt. Du svär att du hade tummar - de måste skjutas in där någonstans, höger? Tillsammans med limmet? Eller är de i den stora lådan med kontorsmaterial som också har några slumpmässiga bitar av gammal tv -utrustning, plus klipparen du använder för att klippa hunden varje sommar? Och, va - alla bilder från ditt bröllop finns också i den rutan. Kanske skulle du hålla bättre koll på dem om de var i skräplådan? I de går.
Att hantera all den slumpmässiga röra kan ge dig lite sympati för fysikerna vid Europeiska organisationen för kärnforskning. (Som förkortas till CERN, i en förvirrande vändning som har att göra med en fransk-till-engelsk översättning.) CERN-forskare är de smarta tjejerna och killarna som driver Large Hadron Collider-som vi förkortar till den mycket mer praktiska LHC. LHC är den stora partikelacceleratorn som ligger djupt under den schweiziska landsbygden, där fysiker bekräftade förekomsten av Higgs boson, en subatomär partikel som fick forskare att förstå mer om hur materia får massa i universum.
Nyckelordet här är "subatomärt". Att säga att forskare vid CERN tittar på saker i liten skala är en enorm underdrift. De ser inte bara att två protoner - själva subatomära partiklar - kolliderar med varandra, men de försöker också kartlägga det subatomära skräpet som försvinner när det händer. Till de oinvigde, det kan bara se ut som en skräp låda av teeny, mycket liten, snabbt rörliga partiklar ... som, förutom att vara så liten, förfalla nästan snabbare än du kan upptäcka dem.
Låt oss gå igenom hela processen med fling-fly-decay för att få en känsla av vad det är som forskare måste hålla reda på. På LHC, protoner springer runt ett cirkulärt spår med nästan ljusets hastighet. Och de är inte bara redo att bli zippade med ett ögonblick. Forskarna vid CERN måste leverera en stråle av protoner till LHC genom att strömma vätgas till en duoplasmatron, som tar bort elektronerna från väteatomerna, lämnar bara protoner [källa:O'Luanaigh].
Protonerna kommer in i LINAC 2, den första acceleratorn i LHC. LINAC 2 är en linjär accelerator, som använder elektromagnetiska fält för att skjuta och dra protoner, får dem att påskynda [källa:CERN]. Efter att ha gått igenom den första accelerationen, protonerna reser redan med 1/3 av ljusets hastighet.
Sedan går de in i Proton Synchrotron Booster, som består av fyra ringar. Separata grupper av protoner springer runt var och en - hela tiden påskyndas de med elektriska pulser och styrs med magneter. Vid denna tidpunkt, de går med 91,6 procent av ljusets hastighet, och varje protongrupp fastnar närmare varandra.
Till sist, de kastas ut i Proton Synchrotron - nu i en mer koncentrerad grupp [källa:CERN]. I Proton Synchrotron, protoner cirkulerar runt de 2, 028 fot (628 meter) ring vid cirka 1,2 sekunder ett varv, och de når över 99,9 procent av ljusets hastighet [källa:CERN]. Det är vid denna tidpunkt som de verkligen inte kan bli mycket snabbare; istället, protonerna börjar öka i massa och blir tyngre. De går in i den superlativt namngivna Super Proton Synchrotron, en 7 kilometer lång ring, där de accelereras ännu mer (vilket gör dem ännu tyngre) så att de är redo att skjutas in i strålrören på LHC.
Det finns två vakuumrör i LHC; en har protonstrålen som reser ett sätt, medan den andra har en stråle som kör motsatt väg. Dock, på fyra sidor av den 27,5 kilometer långa LHC, det finns en detektorkammare där strålar kan korsa varandra - och det är där magiken i partikelkollision sker. Den där, till sist, är vår låda med subatomärt rör.
"Roligt, "du kanske tänker." Det är en cool historia om partikelacceleration, bro. Men hur vet fysiker vart partiklarna går i acceleratorn? Och hur fan kan de hålla koll på skrotkollisionen för att studera det? "
Magneter, jo. Svaret är alltid magneter.
För att vara rättvis, det är faktiskt bara svaret på den första frågan. (Vi kommer till den andra om en sekund.) Men riktigt gigantisk, kalla magneter hindrar partiklarna från att gå åt fel håll. Magneterna blir supraledare när de hålls vid en mycket låg temperatur - vi pratar kallare än yttre rymden. Med supraledande magneter, ett starkt magnetfält skapas som styr partiklarna runt LHC - och så småningom, in i varandra [källa:Izlar].
Vilket för oss till vår nästa fråga. Hur håller forskare koll på partiklarna som orsakas av kollisionen? "Spår" blir faktiskt ett talande ord i vår förklaring. Som du kan föreställa dig, fysikerna tittar inte bara på en storbilds-tv, bläddra mellan en uppvisning av protonfyrverkerier och repriser av "Star Trek". När de observerar protonraser och kollisioner, forskare tittar mest på data. (Inte data.) Partiklarna som de "håller koll" efter kollisioner är faktiskt inte mer än spår av data som de kan analysera.
En av detektorerna kallas faktiskt en spårningsenhet, och det tillåter verkligen fysikerna att "se" den väg som partiklarna tog efter att ha kolliderat. Självklart, vad de ser är grafisk representation av partikelns spår. När partiklarna rör sig genom spårningsanordningen, elektriska signaler spelas in och översätts sedan till en datormodell. Kalorimeterdetektorer stannar också och absorberar en partikel för att mäta dess energi, och strålning används också för att ytterligare mäta dess energi och massa, på så sätt minskar en viss partikels identitet.
Väsentligen, det var så forskare kunde spåra och fånga partiklar under och efter accelerations- och kollisionsprocessen när LHC gjorde sin senaste körning. En fråga, dock, var att med så många kollisioner som inträffade per sekund - vi pratar miljarder - var inte alla protoner som krossade faktiskt så intressanta. Forskare behövde hitta ett sätt att sortera de användbara kollisionerna från de tråkiga. Det är där detektorerna kommer in:De upptäcker partiklar som ser intressanta ut, kör dem sedan genom en algoritm för att se om de förtjänar en närmare titt [källa:Phoboo]. Om de behöver närmare undersökning, vet forskare om det.
När LHC slås på igen 2015, det kommer att bli ännu fler kollisioner än tidigare (och dubbelt så mycket kollisionenergi) [källa:Charley]. När det händer, systemet som utlöser ett "hej, titta på den här "flaggan till fysikerna kommer att skryta med en uppgradering:Fler finjusterade val kommer att göras för att gå vidare efter den första etappen, och sedan kommer alla dessa händelser att analyseras fullständigt.
Så, håll ögonen öppna för att ta reda på mer om hur fysiker spårar partiklar i LHC; saker kan förändras där med nästan ljus hastighet.
Tack och lov protoner - till skillnad från möss eller råttor från andra vetenskapliga experiment - behöver inte matas och vattnas. Kommer miljarder kollisioner en sekund, partikelfysik får priset för de flesta data som samlats in med minsta mängd ost som belöning.
