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10年！ラージハドロンコライダー（LHC）の操業開始から10年が経過した、これまでで最も複雑な機械の1つ。 LHCは世界最大の粒子加速器で、フランスとスイスの田園地帯の下100メートルに17マイルの円周で埋められています。
2008年9月10日、水素原子の中心である陽子が初めてLHC加速器の周りを循環しました。しかし、9月22日にLHCの50以上の6000以上の磁石を損傷する事件が発生したため、興奮は短命でした。修理には1年以上かかりましたが、2010年3月にLHCは陽子の衝突を始めました。 LHCは、第二次世界大戦後に戦争で荒廃したヨーロッパで科学を再結合し再構築する方法として設立されたCERN、ヨーロッパの素粒子物理学研究所の冠宝石です。現在、6大陸と100か国の科学者が実験を行っています。
あなたはLHCが何をしているのか、そしてなぜそれが大したことなのか疑問に思うかもしれません。素晴らしい質問です。 LHCは、これまで実験室で達成された最高のエネルギーで2本の陽子ビームを衝突させます。 17マイルの環の周りに位置する6つの実験は地下洞窟に建てられた大規模な探知機とのこれらの衝突の結果を研究します。それが何であるか、しかしなぜですか？目標は、宇宙の最も基本的な構成要素の性質とそれらがどのように相互作用するかを理解することです。これは最も基本的な基礎科学です。
LHCはがっかりしていません。LHCでなされた発見の1つは、1964年に2つの基本的な自然の力の理論を結合することに取り組んでいる科学者によって予測された長い間求められていたHiggsボソンを含みます。
私は6つのLHC実験のうちの1つに取り組んでいます - ヒッグス粒子を発見し、未知の粒子や力の兆候を探すために設計されたコンパクトミューオンソレノイド実験。私の教育機関であるフロリダ州立大学は、1994年に私が別の研究室で別の実験に取り組んでいる若い大学院生だったときに、Compact Muon Solenoidのコラボレーションに参加しました。 LHCの計画は1984年までさかのぼります。LHCは建設するのが難しく、高価でもありました - 100億ユーロ - そして実現するまでに24年かかりました。 LHCが営業を始めてから10年が経ちます。
LHCからの発見
LHCからこれまでに出てきた最も重要な発見は、2012年7月4日のHiggsボソンの発見です。発表はCERNで行われ、世界中の聴衆を魅了しました。実際、私の妻と私はリビングルームの大画面テレビでウェブキャストでそれを見ました。発表はフロリダの午前3時であったので、その後祝うためにIHOPのパンケーキに行きました。
Higgsボソンは、私たちが素粒子物理学の標準モデルと呼ぶものの最後の残りの部分でした。重力はまだ含まれていないが、この理論は既知の基本的な粒子すべて - それらのうちの17 - とそれらが相互作用する4つの力のうちの3つをカバーする。標準モデルは非常によくテストされた理論です。 Higgsボソンを予測する標準モデルの一部を開発した6人の科学者のうち2人が2013年にノーベル賞を受賞しました。
ヒッグス粒子をすでに発見したのであれば、なぜプロトンを衝突させながら実験を続けるのですか。そうではありませんか？まあ、まだ理解すべきことがたくさんあります。標準モデルでは答えられない質問がいくつかあります。例えば、宇宙における銀河や他の大規模構造の研究は、我々が観察するよりもずっと多くの問題がそこにあることを示しています。見えないので、私たちはこれをダークマターと呼んでいます。今日までの最も一般的な説明は、ダークマターは未知の粒子でできているということです。物理学者は、LHCがこのミステリー粒子を作り出し、それを研究することができるかもしれないことを望んでいます。それは素晴らしい発見です。
ちょうど先週、ATLASとCompact Muon Solenoidのコラボレーションは、Higgsボソンが崩壊し、崩壊してボトムクォークになった最初の観測を発表しました。ヒッグス粒子は、さまざまな方法で崩壊します。標準モデルでは、各種類の減衰が発生する頻度について予測を行います。モデルを完全にテストするには、予測された崩壊すべてを観察する必要があります。私たちの最近の観察は標準モデルと一致しています - もう一つの成功。
より多くの質問、Comeへのより多くの回答
宇宙には他にもたくさんのパズルがあり、そのような現象を説明するために新しい物理学理論が必要になるかもしれません。宇宙が反物質よりも物質が多い理由を説明する物質/反物質の非対称性、または理由を理解する階層問題重力は他の力よりもずっと弱い。
しかし、私にとって、新しい、原因不明のデータの探求は重要です。物理学者たちがそれをすべて理解したと考えるたびに、自然が私たちの世界のより深い理解につながる驚きを提供するからです。
LHCは素粒子物理学の標準モデルのテストを続けています。科学者は、理論がデータと一致するときには大好きです。しかし、そうでないときには、通常私たちはより多くを学びます。これは何が起こっているのかを完全に理解していないことを意味します。そしてそれは、私たちの多くにとって、LHCの将来の目標であり、私たちが理解していないことの証拠を見つけることです。我々が観察していない新しい物理学を予測する何千もの理論があります。どちらが正しいですか？どれが正しいのかを知るためには、発見が必要です。
CERNはLHCの運営を長期にわたって継続する予定です。私たちは2035年までそれを実行できるようにするために加速器と探知器へのアップグレードを計画しています。誰が最初に引退するのかはっきりしません、私またはLHC。 10年前、私たちは心配して陽子の最初のビームを待っていました。今、私たちは豊富なデータの研究に忙しく、新しい道を切り開く驚きを期待しています。これから20年間を楽しみにしています。
この記事は、もともとTodd AdamsによるThe Conversationに掲載されたものです。ここで元の記事を読んでください。