dalelių fizikos mokslas žvelgia į pačius materijos blokus - atomus ir daleles, kurios didžiąją dalį sudaro medžiagos kosmose. Tai sudėtingas mokslas, reikalaujantis kruopštaus matavimų dalelėmis, judančiomis dideliu greičiu. Šis mokslas įgavo didžiulį postūmį, kai 2008 m. Rugsėjo mėn. Pradėjo veikti „Large Hadron Collider“ (LHC). Jos pavadinimas skamba labai „išgalvotai“, tačiau žodis „susidūrėjas“ iš tikrųjų paaiškina, ką jis daro: išsiųskite dvi didelės energijos dalelių pluoštas beveik šviesos greičiu aplink 27 km ilgio požemį žiedas. Tinkamu laiku sijos yra priverstos „susidurti“. Tada spinduliai protonai sutrinka ir, jei viskas klostosi gerai, trumpomis akimirkomis sukuriamos mažesnės bitės ir gabalėliai, vadinami subatominėmis dalelėmis. Užrašomi jų veiksmai ir egzistavimas. Dirbdami iš šios veiklos, fizikai sužino daugiau apie pagrindines materijos sudedamąsias dalis.
LHC ir dalelių fizika
LHC buvo sukurtas atsakyti į neįtikėtinai svarbius fizikos klausimus, sužinoti apie tai, iš kur kyla masė, kodėl kosmosas yra sudarytas iš materijos, o ne iš materijos
jos priešingi „daiktai“, vadinami antimaterija, ir kokie galėtų būti paslaptingieji „daiktai“, žinomi kaip tamsiosios medžiagos. Tai taip pat galėtų pateikti svarbių naujų užuominų apie sąlygas ankstyvojoje visatoje, kai gravitacija ir elektromagnetinės jėgos buvo sujungtos su silpnomis ir stipriomis jėgomis į visa apimančią jėgą jėga. Ankstyvojoje visatoje tai įvyko tik trumpą laiką, ir fizikai nori žinoti, kodėl ir kaip tai pasikeitė.Dalelių fizikos mokslas iš esmės yra ieškojimas patys pagrindiniai materijos elementai. Mes žinome apie atomus ir molekules, kurios sudaro viską, ką matome ir jaučiame. Patys atomai yra sudaryti iš mažesnių komponentų: branduolio ir elektronų. Pats branduolys yra sudarytas iš protonų ir neutronų. Tačiau tai dar ne pabaiga. Neutronus sudaro subatominės dalelės, vadinamos kvarkais.
Ar yra mažesnių dalelių? Būtent tai yra sukurti dalelių greitintuvai. Tai, kaip jie tai daro, yra sudaryti tokias pačias sąlygas, kokios buvo prieš tai didysis sprogimas - įvykis, nuo kurio prasidėjo visata. Tuo metu, maždaug prieš 13,7 milijardo metų, Visata buvo sudaryta tik iš dalelių. Jie buvo laisvai išsibarstę po kūdikio kosmosą ir nuolat klajojo. Tai apima mezonus, pionus, baronus ir hadronus (kuriems pavadintas greitintuvas).
Dalelių fizikai (žmonės, tiriantys šias daleles) įtaria, kad materiją sudaro mažiausiai dvylika rūšių pagrindinių dalelių. Jie yra suskirstyti į kvarkus (minėta aukščiau) ir leptonus. Iš jų yra šeši. Tai paaiškina tik kai kurias esmines gamtos daleles. Likusios dalys sukuriamos superenergetiniuose susidūrimuose (arba per Didįjį sprogimą, arba greitintuvuose, tokiuose kaip LHC). Šių susidūrimų metu dalelių fizikai labai greitai suvokia, kokios sąlygos buvo Didžiajame sprogime, kai pirmą kartą buvo sukurtos pagrindinės dalelės.
Kas yra LHC?
LHC yra didžiausias dalelių greitintuvas pasaulyje, didžioji sesuo Fermilab Ilinojuje ir kiti mažesni akceleratoriai. LHC yra netoli Ženevos, Šveicarijoje, pastatytas ir eksploatuojamas Europos branduolinių tyrimų organizacijos, juo naudojasi daugiau nei 10 000 mokslininkų iš viso pasaulio. Prie savo žiedo fizikai ir technikai sumontavo ypač stiprius super aušinamus magnetus, kurie nukreipia ir formuoja dalelių pluoštus pro sijos vamzdį). Kai sijos juda pakankamai greitai, specializuoti magnetai nukreipia juos į tinkamas vietas, kur vyksta susidūrimai. Specializuoti detektoriai užfiksuoja tuo metu įvykusį susidūrimą, daleles, temperatūrą ir kitas sąlygas susidūrimo, ir dalelių veiksmai per sekundės milijardus, per kuriuos įvyksta triuškinamas smūgis vieta.
Ką atrado LHC?
Kai dalelių fizikai planavo ir statė LHC, tikimasi rasti įrodymų Higso Bosonas. Tai dalelė, vardu Peteris Higgsas, kuris numatė jo egzistavimą. 2012 m. LHC konsorciumas paskelbė, kad eksperimentai atskleidė bosono egzistavimą, kuris atitiko numatomus Higso Bosono kriterijus. Be nuolatinių Higso paieškų, LHC naudojantys mokslininkai sukūrė tai, kas vadinama „kvarko-gluono plazma“, kuri yra tankiausia medžiaga, kuri, manoma, egzistuoja už juodosios skylės. Kiti dalelių eksperimentai padeda fizikams suprasti supersimetriją, kuri yra erdvės laiko simetrija, apimanti du susijusius dalelių tipus: bozonus ir fermionus. Manoma, kad kiekviena dalelių grupė turi asocijuotą superdalinę dalelę kitoje. Suprasdami tokią supersimetriją, mokslininkai gautų papildomos informacijos apie tai, kas vadinama „standartiniu modeliu“. Tai teorija, paaiškinanti, kas yra pasaulis, kas turi jo materiją kartu ir jėgas bei daleles.
LHC ateitis
Operacijos LHC apėmė du pagrindinius „stebėjimo“ važiavimus. Tarp jų sistema atnaujinta ir patobulinta, siekiant patobulinti jos prietaisus ir detektorius. Kitame atnaujinime (kuris bus parengtas 2018 m. Ir vėlesniems laikotarpiams) bus padidintas susidūrimo greitis ir galimybė padidinti mašinos šviesumą. Ką tai reiškia, kad LHC galės pamatyti vis retesnius ir sparčiau vykstančius dalelių pagreičio ir susidūrimo procesus. Kuo greičiau įvyks susidūrimai, tuo daugiau energijos bus išleista, nes juose dalyvauja vis mažesnės ir sunkiau aptinkamos dalelės. Tai dalelių fizikams suteiks dar geresnį žvilgsnį į pačius statybinius materijos blokus, kurie sudaro žvaigždes, galaktikas, planetas ir gyvybę.