daļiņu fizikas zinātne aplūko pašus matērijas veidojošos elementus - atomus un daļiņas, kas veido lielu daļu materiāla kosmosā. Tā ir sarežģīta zinātne, kas prasa rūpīgus daļiņu, kas pārvietojas ar lielu ātrumu, mērījumus. Šī zinātne guva milzīgu stimulu, kad lielais hadronu sadursme (LHC) sāka darbību 2008. gada septembrī. Tās nosaukums izklausās ļoti "fantastiski fantastisks", bet vārds "sadursme" faktiski izskaidro tieši to, ko tas dara: ap 27 kilometru garu pazemi nosūta divas augstas enerģijas daļiņu gaismas gandrīz gaismas ātrumā gredzens. Īstajā laikā sijas ir spiestas "sadurties". Pēc tam staros esošie protoni sadala kopā un, ja viss norit labi, īsiem laika periodiem tiek izveidoti mazāki biti un gabali - saukti par subatomiskajām daļiņām. Viņu rīcība un esamība tiek reģistrēta. Pēc šīs aktivitātes fiziķi uzzina vairāk par matērijas galvenajām sastāvdaļām.
LHC un daļiņu fizika
LHC tika izveidots, lai atbildētu uz dažiem neticami svarīgiem jautājumiem fizikā, izpētot, no kurienes nāk masa, kāpēc kosmoss ir veidots no matērijas, nevis
tā pretējie "sīkumi", ko sauc par antimatēriju, un kādi varētu būt noslēpumaini “sīkumi”, kas pazīstami kā tumšā matērija. Tas varētu arī sniegt jaunus svarīgus norādījumus par apstākļiem pašā agrīnajā Visumā, kad notiek gravitācija un elektromagnētiskie spēki tika apvienoti ar vājiem un spēcīgiem spēkiem vienā visaptverošā spēks. Tas notika tikai īsu laiku agrīnajā Visumā, un fiziķi vēlas uzzināt, kāpēc un kā tas mainījās.Daļiņu fizikas zinātne būtībā ir meklēšana matērijas pamata elementi. Mēs zinām par atomiem un molekulām, kas veido visu, ko redzam un jūtam. Paši atomi sastāv no mazākām sastāvdaļām: kodola un elektroniem. Kodolu pats veido protoni un neitroni. Tomēr tas vēl nav līnijas gals. Neitronus veido subatomiskās daļiņas, ko sauc par kvarkiem.
Vai ir mazākas daļiņas? Tas ir paredzēts daļiņu paātrinātāju izstrādei. Veids, kā viņi to dara, ir radīt apstākļus, kas līdzīgi tam, kāds tas bija, piemēram, tieši pēc tam lielais sprādziens - notikums, kas aizsāka Visumu. Tajā brīdī pirms aptuveni 13,7 miljardiem gadu Visumu veidoja tikai no daļiņām. Viņi tika brīvi izkliedēti caur zīdaino kosmosu un nepārtraukti klīst. Tie ietver mezonus, pionus, baronus un hadronus (par kuriem nosaukts paātrinātājs).
Daļiņu fiziķiem (cilvēkiem, kuri pēta šīs daļiņas) ir aizdomas, ka matēriju veido vismaz divpadsmit pamatdaļiņu veidi. Tos sadala kvarkos (minēts iepriekš) un leptonos. Katram tipam ir seši. Tas attiecas tikai uz dažām dabā esošajām pamata daļiņām. Pārējie tiek veidoti superenerģiskās sadursmēs (vai nu Lielajā sprādzienā, vai paātrinātājos, piemēram, LHC). Šajās sadursmēs daļiņu fiziķi ļoti ātri iegūst ieskatu, kādi apstākļi bija Lielā sprādziena laikā, kad pamatdaļiņas tika izveidotas pirmo reizi.
Kas ir LHC?
LHC ir lielākais daļiņu paātrinātājs pasaulē, Ilinoisas Fermilab un citu mazāku paātrinātāju lielā māsa. LHC atrodas netālu no Ženēvas, Šveicē, to uzbūvēja un vada Eiropas Kodolpētījumu organizācija, un to izmanto vairāk nekā 10 000 zinātnieku no visas pasaules. Gar savu gredzenu fiziķi un tehniķi ir uzstādījuši īpaši spēcīgus superdzesētus magnētus, kas caur staru cauruli virza un veido daļiņu starus). Kad sijas pārvietojas pietiekami ātri, specializēti magnēti tos virza pareizajās vietās, kur notiek sadursmes. Specializētie detektori reģistrē sadursmes, daļiņas, temperatūru un citus apstākļus tajā laikā sadursmes un daļiņu darbības sekundes miljardās daļās, kuru laikā notiek sagraušana vieta.
Ko ir atklājis LHC?
Kad daļiņu fiziķi plānoja un uzcēla LHC, viena lieta, par kuru viņi cerēja atrast pierādījumus, ir Higsa bosons. Tā ir daļiņa, kas nosaukta pēc Pīters Higss, kurš paredzēja tā pastāvēšanu. 2012. gadā LHC konsorcijs paziņoja, ka eksperimenti atklāja bozona esamību, kas atbilda gaidāmajiem Higsa Bosona kritērijiem. Papildus pastāvīgajiem Higsa meklējumiem, zinātnieki, izmantojot LHC, ir izveidojuši tā dēvēto “kvarka-glikona plazmu”, kas ir blīvākā viela, kas, domājams, pastāv ārpus melnā cauruma. Citi daļiņu eksperimenti palīdz fiziķiem izprast supersimetriju, kas ir kosmosa laika simetrija, kas ietver divus saistītus daļiņu veidus: bozonus un fermionus. Tiek uzskatīts, ka katrai daļiņu grupai ir saistīta superpartneru daļiņa otrā. Izpratne par šādu supersimetriju dotu zinātniekiem papildu ieskatu tā dēvētajā “standarta modelī”. Tā ir teorija, kas izskaidro to, kas ir pasaule, kas to satur kopā, kā arī iesaistītos spēkus un daļiņas.
LHC nākotne
Operācijas LHC ir ietvērušas divus galvenos "novērojošos" braucienus. Starp katru sistēmu sistēma tiek atjaunota un modernizēta, lai uzlabotu tās instrumentus un detektorus. Nākamajos atjauninājumos (kas sagatavoti 2018. gadam un vēlāk) būs sadursmes ātruma palielināšanās un iespēja palielināt mašīnas gaišumu. Tas nozīmē, ka LHC varēs redzēt arvien retāk sastopamus un strauji notiekošus daļiņu paātrināšanās un sadursmes procesus. Jo ātrāk var notikt sadursmes, jo vairāk enerģijas tiks atbrīvots, jo būs iesaistītas arvien mazākas un grūtāk pamanāmas daļiņas. Tas daļiņu fiziķiem ļaus vēl labāk apskatīt pašus matērijas veidojošos elementus, kas veido zvaigznes, galaktikas, planētas un dzīvību.