Време за четене: 5 минути
Организацията има за цел да разкрие от какво е направена Вселената и как работи.
Европейската организация за ядрени изследвания – известна с френския си акроним CERN – е най-голямата лаборатория по физика на частиците в света. Разположен точно извън Женева, Швейцария, той е създаден през 1954 г. като едно от първите съвместни предприятия в следвоенна Европа, с изричната цел да спре „изтичането на мозъци“ на талантливи учени, напускащи континента за Америка.
Днес повече от 10 000 учени от повече от 100 страни се оказват в CERN всяка година, за да използват неговите съоръжения, които включват някои от най-големите и най-сложни научни инструменти, създавани някога. Тяхната цел: да разберат от какво е изградена Вселената и законите на физиката, които диктуват нейното поведение.
Какви открития са направени в ЦЕРН?
Акцентите включват откритието през 1983 г. на двойка елементарни частици, наречени W и Z бозони, което по-късно беше удостоено с Нобелова награда за физика. Британският компютърен учен Тим Бърнърс-Лий помогна за изобретяването на World Wide Web в CERN през 1989 г., като разработи начин компютрите да общуват помежду си, наречен протокол за трансфер на хипертекст (HTTP).
През 1995 г. учените от ЦЕРН бяха първите, които създадоха атоми на антиматерията на водорода, антиводород. През 2000 г. те откриха ново състояние на материята: гореща, плътна супа от частици, наречена кварк-глуонна плазма. А бозонът на Хигс беше наблюдаван за първи път през 2012 г. в Големия адронен колайдер (LHC) на ЦЕРН, като откривателите му спечелиха Нобелова награда.
Какво представлява Големият адронен колайдер и как работи?
LHC е най-мощният ускорител на частици в света: гигантска машина, която физиците използват, за да разбиват малки субатомни частици заедно при изключително високи скорости, за да видят какво се случва.
Сблъсъците на частици пресъздават за части от секундата условията, които са съществували мигове след Големия взрив, когато се е родила Вселената. Чрез изучаване на отломките от тези сблъсъци физиците се опитват да решат мистерии като това от какво е направена материята и как частиците получават своята маса.
LHC, който беше завършен през 2008 г., беше построен основно, за да подложи на изпитание Стандартния модел на физиката на частиците. Тази изключително успешна теория от 70-те години описва взаимодействията между 17-те елементарни частици и три от четирите фундаментални сили на Вселената: електромагнетизъм, силна ядрена сила и слаба ядрена сила (гравитацията е четвъртата).
Стандартният модел отдавна прогнозира съществуването на невиждана досега елементарна частица, наречена Хигс бозон. След четири десетилетия търсене през юли 2012 г. физиците най-накрая го откриха с помощта на LHC. Откритието беше голяма победа за феновете на Стандартния модел, но теорията е непълна. Оставя отворени много въпроси, като например: какво е тъмна материя? Защо Вселената съдържа повече материя, отколкото антиматерия? LHC може да помогне да се отговори на тези въпроси.
Машината е заровена дълбоко под границата между Франция и Швейцария близо до Женева, в кръгъл тунел с дължина близо 27 километра. Той използва повече от 1000 35-тонни свръхпроводящи диполни магнита (охладени до температура от -271,3°C – по-студено от космическото пространство!), за да направляват два лъча частици (обикновено протони) в противоположни посоки около пръстена. Протоните се състезават около 27-километровия пръстен с почти скоростта на светлината, завършвайки над 11 000 обиколки в секунда.
В четири точки около ринга двата срещуположни лъча се насочват така, че да пресичат пътя си. Там, където лъчите се пресичат, протоните в тях се удрят един в друг и се разбиват на по-малки частици. Повечето от частиците, произведени при сблъсъци, са силно нестабилни и се разпадат в по-стабилни форми почти мигновено.
Седем огромни детектора – мислете за тях като цифрови фотоапарати с размер на катедрала – са изградени около четирите зони на сблъсък, за да улавят данни за тези невероятно редки частици, докато пламват за кратко в съществуването си.
Защо LHC беше изключен и работи ли отново?
LHC първоначално беше включен през септември 2008 г. с план да работи поне две десетилетия. Планът включва няколко дълги спирания, при които машината е изключена, така че учените да имат достъп до оборудването, да извършват ремонти и да правят надстройки, които му позволяват да работи на по-високи енергийни нива, което означава повече потенциални открития по време на следващия цикъл.
Последното дълго спиране (LS2) започна през 2019 г., а на 22 април 2022 г. LHC беше рестартиран след три години работа по поддръжка и надстройки, което позволи на протоните да се сблъскат отново.
Какво крие бъдещето за CERN?
Разговаряхме с д-р Моника Дънфорд, физикът, отговорен за координирането на изследванията върху стандартния модел в експеримента ATLAS (едно от двете международни сътрудничества, на които се дължи откриването на Хигс).
„С този следващ цикъл очакваме да получим приблизително двойно повече от общата осветеност, която имахме до края на цикъл 2“, казва Дънфорд. Светимостта е начинът, по който физиците описват интензитета на лъчите на частиците. Удвояването на осветеността удвоява вероятността от сблъсък на частици.
Миналото лято ATLAS обяви първото по рода си наблюдение на три W бозона, произвеждани едновременно, от набор от данни, взети между 2015 и 2018 г. В сравнение със създаването на Хигс бозон, „тройното W“ производство е около 60 пъти по-малко вероятно да се случи по време на протон сблъсъци.
„Това е толкова рядък процес, че ни прави уверени, че може би дори в серия 3 бихме могли да измерим самосвързването на Хигс“, казва Дънфорд. Хигс, съчетан с два други – „трилинеен Хигс“ – е около 2000 пъти по-малък от обикновения Хигс.
Нещата наистина могат да започнат да стават вълнуващи след следващото дълго спиране, което в момента е планирано за 2026-2028 г. През това време LHC ще бъде надграден толкова силно, че заслужава ново име: High-Luminosity LHC (HL-LHC). В продължение на повече от 20 години работа, машината ще работи до генериране на яркост, почти 30 пъти по-голяма от тази, произвеждана до момента, което позволява на физиците да прокарат стандартния модел до неговите граници.
И търсенето на нова физика не свършва дотук. Предложен нов колайдер – бъдещият кръгов колайдер (FCC) – ще засенчи LHC. „Това наистина е само концепция в момента, но в крайна сметка това ще бъде още по-мощен колайдер, който ще бъде на 100 километра наоколо“, казва Дънфорд. „Пръстенът на LHC ще бъде просто усилвателният пръстен за FCC!“
