Det videnskab om partikelfysik ser på selve byggestenene af materien - atomer og partikler, der udgør meget af materialet i kosmos. Det er en kompleks videnskab, der kræver omhyggelig måling af partikler, der bevæger sig i høje hastigheder. Denne videnskab fik et enormt løft, da Large Hadron Collider (LHC) startede sin drift i september 2008. Dets navn lyder meget "science-fictiony", men ordet "collider" forklarer faktisk nøjagtigt, hvad det gør: send to højenergi-partikelstråler med næsten lysets hastighed omkring en 27 kilometer lang undergrund ring. På det rigtige tidspunkt bliver bjælkerne tvunget til at "kollidere". Protoner i bjælker smadrer derefter sammen, og hvis alt går godt, oprettes mindre bits og stykker - kaldet subatomiske partikler - i korte øjeblikke. Deres handlinger og eksistens registreres. Fra denne aktivitet lærer fysikere mere om de meget grundlæggende bestanddele af materien.
LHC og partikelfysik
LHC blev bygget til at besvare nogle utroligt vigtige spørgsmål inden for fysik, dykke ned i, hvor masse kommer fra, hvorfor kosmos er lavet af stof i stedet for
det modsatte "ting" kaldet antimaterie, og hvad de mystiske "ting" kendt som mørk stof muligvis kunne være. Det kunne også give vigtige nye ledetråde om forhold i det meget tidlige univers, når tyngdekraften og elektromagnetiske kræfter blev alle kombineret med de svage og stærke kræfter til en altomfattende kraft. Det skete kun i kort tid i det tidlige univers, og fysikere vil vide, hvorfor og hvordan det ændrede sig.Videnskaben om partikelfysik er hovedsageligt søgningen efter de meget grundlæggende byggesten i materien. Vi ved om atomer og molekyler, der udgør alt, hvad vi ser og føler. Atomerne i sig selv består af mindre komponenter: kernen og elektroner. Kernen består i sig selv af protoner og neutroner. Det er imidlertid ikke slutningen på linjen. Neutronerne består af subatomære partikler kaldet kvarker.
Er der mindre partikler? Det er hvad partikelacceleratorer er designet til at finde ud af. Den måde, de gør dette på, er at skabe forhold, der ligner, hvordan det var lige efter Big Bang - begivenheden, der begyndte universet. På det tidspunkt, for ca. 13,7 milliarder år siden, var universet kun lavet af partikler. De blev spredt frit gennem spædbørnets kosmos og strejfede konstant. Disse inkluderer mesoner, pioner, baryoner og hadroner (som acceleratoren hedder).
Partikelfysikere (de mennesker, der studerer disse partikler), mistænker, at stof består af mindst tolv slags grundlæggende partikler. De er opdelt i kvarker (nævnt ovenfor) og leptoner. Der er seks af hver type. Det står kun for nogle af de grundlæggende partikler i naturen. Resten er skabt i superenergiske kollisioner (enten i Big Bang eller i acceleratorer som LHC). Inde i disse kollisioner får partikelfysikerne et meget hurtigt glimt af, hvordan forholdene var i Big Bang, da de grundlæggende partikler først blev oprettet.
Hvad er LHC?
LHC er den største partikelaccelerator i verden, en storesøster til Fermilab i Illinois og andre mindre acceleratorer. LHC er beliggende nær Genève, Schweiz, bygget og drevet af Den Europæiske Organisation for Nuklear Forskning og brugt af mere end 10.000 forskere fra hele verden. Langs dens ring har fysikere og teknikere installeret ekstremt stærke superkølede magneter, der leder og former bjælkerne af partikler gennem et strålerør). Når bjælkerne bevæger sig hurtigt nok, leder specialiserede magneter dem til de korrekte positioner, hvor kollisionerne finder sted. Specialiserede detektorer registrerer kollisioner, partikler, temperaturer og andre forhold på det tidspunkt af kollisionen og partikelhandlingerne i milliarddele af et sekund, hvor nedbruddene tager placere.
Hvad har LHC opdaget?
Da partikelfysikere planlagde og byggede LHC, var en ting de håbede på at finde bevis for Higgs Boson. Det er en partikel opkaldt efter Peter Higgs, der forudsagde dens eksistens. I 2012 meddelte LHC-konsortiet, at eksperimenter havde afsløret eksistensen af en boson, der svarede til de forventede kriterier for Higgs Boson. Ud over den fortsatte søgning efter Higgs har forskere, der bruger LHC, skabt det, der kaldes et "quark-gluon plasma", som er den tætteste stof, der menes at eksistere uden for et sort hul. Andre partikeleksperimenter hjælper fysikere med at forstå supersymmetri, som er en rumtidssymmetri, der involverer to relaterede typer partikler: bosoner og fermioner. Hver gruppe af partikler antages at have en tilknyttet superpartnerpartikel i den anden. At forstå sådan supersymmetri ville give forskerne yderligere indsigt i, hvad der kaldes "standardmodellen". Det er en teori, der forklarer, hvad verden er, hvad der holder sit stof sammen, og de kræfter og partikler, der er involveret.
LHC's fremtid
Operationer på LHC har inkluderet to større "observations" -kørsler. Mellem hinanden renoveres og opgraderes systemet for at forbedre dets instrumentering og detektorer. De næste opdateringer (planlagt til 2018 og videre) inkluderer en stigning i kollisionshastigheder og en chance for at øge maskinens lysstyrke. Hvad det betyder er, at LHC vil være i stand til at se stadig mere sjældne og hurtigt forekommende processer med partikelacceleration og kollision. Jo hurtigere kollisionerne kan forekomme, jo mere energi frigøres, når stadig mindre og sværere at detektere partikler er involveret. Dette vil give partikelfysikerne et endnu bedre kig på de meget byggesten af stof, der udgør stjerner, galakser, planeter og liv.