211service.com
Krossande protoner i vetenskapens katedraler
Det pittoreska fransk-schweiziska gränslandet mellan Alperna och Jurabergen har länge lockat skidåkare och vandrare från hela världen. Men den 30 mars samlades fysiker och journalister i den här dalen, nära Genève, ivriga att se historien skapas 100 meter under ytan
under konstruktion Markus Klute gav andra MIT-fakultetsmedlemmar en rundtur under konstruktionen av CMS (från vänster: Daniel Freedman, Klute, Christoph Paus och Edward Farhi).
Besökarna hittade vägen till kontrollrummet för Compact Muon Solenoid (CMS), en enhet inrymd i en av Large Hadron Colliders fyra enorma underjordiska grottor (fysiker kallar dem gärna vetenskapens katedraler) som är förbundna med 27 kilometer tunnlar. . Med en diameter på 15 meter och 22 meter lång och vägde 12 500 ton – mer än Eiffeltornet – stod CMS redo att skicka hundratals miljarder protoner som slungade mot varandra genom små vakuumrör med hastigheter som närmade sig ljusets hastighet. När de kraschade, skulle enheten för första gången mäta den exakta positionen och energin hos de partiklar som produceras av sådana kollisioner, vilket ger fysiker sin första glimt av den underliggande fysiken.
Den här historien var en del av vårt septembernummer 2010
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Vid lunchtid var CMS kontrollcentralen fullsatt. Klockan 12:58 övervakar hastigheten som spårar aktivitet inuti CMS-detektorn med spets, vilket avslöjar närvaron av de första proton-proton-kollisioner. Sekunder senare lyste de första bilderna av protoninteraktioner och de nya partiklarna de producerade upp skärmarna. Rekonstruerade laddade partiklar uppträdde som ljusgula prickar med gyllene tentakler; energiavsättningar indikerades med röda och blåa rektanglar av olika storlekar. Vilda applåder och jubel utbröt och pågick i minuter. En påtaglig känsla av lättnad översvämmade rummet. Tjugofem år efter att idén om en Large Hadron Collider vid CERN först utarbetades, och 12 år efter att konstruktionen började, hade LHC uppnått de högsta energiproton-protonkollisioner någonsin, vilket inledde en ny era inom partikelfysik.
På CERNs högkvarter den kvällen surrade LHC-värdlabbets restauranger av diskussioner om dagens händelser. Liksom de vanliga livliga samtalen om snökvalitet i Alperna, fotbolls-VM och den senaste utvecklingen inom fysik, datorer och teknik, genomfördes dessa utbyten på engelska på olika nivåer av kunskaper, även om ett dussin andra språk också kunde vara hört. Att nå milstolpen för de första kollisionerna vid sju teraelektronvolt var anledning att fira. Ett misslyckande den dagen skulle ha varit riktigt dåligt för vårt fält.
Sedan mars har LHC presterat bra och orsakat många kollisioner. De första observationerna av W- och Z-bosonhändelser i LHC-experiment diskuteras; eftersom vi redan hade mätt bosonernas egenskaper med mycket hög precision i mindre detektorer, fungerar de som standardljus för inriktning och kalibrering av LHC. De första toppkvarkarna, de tyngsta kända elementarpartiklarna, förväntas dyka upp snart. Forskare har känt till dessa partiklar i många år, men fysikgemenskapen är mycket upphetsad över möjligheten att se bevis på dem från första hand vid LHC. Och den spänningen kommer bara att intensifieras om vi ser riktigt nya fenomen.
Det kan ta år innan vi hittar svar på så stora frågor som var massan av elementarpartiklar kommer ifrån, vad den mörka materia som observeras i galaxer består av och om supersymmetri och de extra dimensioner som strängteorin föreslår verkligen existerar. Men vi närmar oss nu när vi kan skapa nya massiva partiklar och probmaterial i mycket liten skala. Resultaten av LHC-experimenten kommer att sätta agendan för framtida generationer av partikelfysiker.
Målet för mitt team på MIT är att hitta den länge eftertraktade Higgs-bosonen, vars upptäckt skulle ge information om hur partiklar får massa. Även om Higgs-bosonen kom in i det teoretiska landskapet för 40 år sedan, förblir den svårfångad eftersom den sällan produceras och förfaller omedelbart. Den experimentella utmaningen är att identifiera signaturen för dess sönderfallsprodukter – en uppgift som kompliceras av att det finns andra processer med liknande signaturer. Utmaningen kan jämföras med att inte hitta en nål i en höstack utan snarare en distinkt höbit. Jag började arbeta med detta som student för nästan 12 år sedan, och nu har vetenskapssamfundet äntligen verktygen i handen för att göra upptäckten möjlig. Det är en spännande tid att vara partikelfysiker – och en gång-i-livet-möjlighet att arbeta i centrum för denna spänning.
Markus Klute är biträdande professor i fysik och leder MIT-teamet som söker efter Higgs-bosonen vid LHC. För att se bilder från CMS-experimentet den 30 mars, gå till technologyreview.com/LHC.