Peter Tucker
0 
1227
23
For ti år siden ble verdens største vitenskapelige instrument slått på og starten på et forskningsdynasti begynte.
10. september 2008 ble en første stråle av protoner skutt for første gang rundt hele den 16,5 kilometer lange (27 kilometer) ringen til Large Hadron Collider (LHC) - verdens største og høyeste energit atomknusher som noen gang er konstruert. Ligger ved CERN-laboratoriet, rett utenfor Genève, Sveits, ble LHC konstruert for å knuse svært energiske stråler av protoner sammen med nær lysets hastighet. Det uttalte målet var å lage og oppdage Higgs boson, det siste manglende stykket av standardmodellen, vår beste teori for oppførsel av subatomisk materie. Men målet var større enn det. Det vi ønsket å gjøre var å oppdage noe helt uventet - så stort og så nytt at det ville bety at vi måtte skrive om lærebøkene.
Og LHC slo ikke på stille. I ukene og månedene før var pressen fullpakket med pustende historier om frykt for at LHC ville lage et svart hull som ville ødelegge jorden. Media gjorde en god jobb med å fjerne de luride påstandene, men historien var rett og slett for god til å ikke trykke, selv blant de mest ansvarlige utskrifts-, nett- og kringkastingsstedene.
CERN-laboratoriet der LHC holder til, bestemte seg for å invitere pressen til å se innvielsesstrålen til LHC. Det vanlige svarthullet sørget for at media dukket opp på en stor måte. BBC, CNN, Reuters og mange dusin internasjonale medier var der for festlighetene. Svarte hull til side, det var et farlig valg fra et PR-synspunkt: Helt nye akseleratorer er stikkende dyr, og LHC var det spesielt. Den består av tusenvis av magneter og titusenvis av strømforsyninger, overvåking av elektronikk og mer. Det minste uhellet kunne ha forsinket den første vellykkede sirkulasjonen av bjelke i dager eller uker. [Bilder: Verdens største Atom Smasher (LHC)
Det var noen anspente øyeblikk den morgenen. De første forsøkene mislyktes på grunn av noen opprørske strømforsyninger. Imidlertid bare klokka 10:30 lokal tid, trådte gasspedaloperatørene vellykket en meget lav intensitetsstråle av protoner gjennom hele komplekset. Fordi LHC egentlig er to akseleratorer - for å imøtekomme bjelker som går i motsatte retninger - var neste trinn å lede en bjelke gjennom det andre settet med bjelkerør. Det skjedde kort tid etter den første suksessen. Verdens medier kunngjorde den tekniske gjennomføringen bokstavelig talt som det skjedde. Partikkelfysikk får sjelden den slags medieeksponering.
Til tross for den verdensomspennende spenningen, var det som ble oppnådd den dagen relativt beskjedent. Lav energi, lav intensitet, bjelker fra mate-akseleratorer hadde blitt injisert i LHC. Bjelkene hadde syklet rundt ringen et par ganger, med lav energi, noe som betyr at den laveste energien LHC var designet for. Slik LHC fungerer er at den tar imot en partikkelstråle fra mindre akseleratorer og deretter akselererer strålen til en energi som er over 15 ganger høyere enn den mottar. Ved dette første forsøket var det aldri noen intensjon om å akselerere bjelken. Bare det å få det rundt ringen var vellykket.
I tillegg var intensiteten til bjelkene mindre enn en ti milliondel av designintensiteten. I partikkelstråler er intensiteten lik lysstyrke når man snakker om lys. Bjelkene kan gjøres mer intense ved å legge til flere protoner eller fokusere bjelken til en mindre størrelse. Den dagen var fokus fremdeles et fremtidig mål, og bare noen få protoner ble satt i gasspedalen. Og til å begynne med var ikke tidspunktet for selve gasselektronikken helt riktig. Så det var helt klart en vei å gå.
Men uansett. Det var spennende, og det var absolutt et viktig springbrett på vei til full drift. Korkene ble poppet. Champagne var full. Ryggene ble klappet og bilder ble tatt. Det var en god dag.
Jeg var ikke på CERN for første stråle. Tross alt er min interesse for LHC-programmet å bruke det til å knuse høyenergipartikler, og alle visste at ingen kollisjoner ville oppstå da. I stedet var jeg på Fermilab, USAs flaggskip-partikkelakseleratorlaboratorium og den mest effektive forskningsinstitusjonen som arbeidet med LHC-dataanalyse, foruten CERN selv. De to laboratoriene har et søskenforhold, og vi heier på hverandre når en teknisk hindring blir overvunnet. På Fermilab bestemte vi oss for å arrangere en pyjamasfest for forskerne og lokalsamfunnet natt til 10. september. Det var ekstraordinært. Hundrevis av lokalbefolkningen dukket opp klokka 14.00 og ventet på vellykket sirkulasjon av bjelke klokken 04:30 lokal tid. Jeg gikk rundt og snakket med publikum, journalister som ikke kunne overbevise redaktørene sine om å sende dem til Europa og andre forskere. Jubelen fra mengden var høy nok til at jeg liker å tro at de kunne høre dem på CERN, 4 400 mil mot øst.
Selvfølgelig var suksessene om morgenen 10. september 2008 veldig viktige, men de var bare et skritt mot ønsket resultat, som var å ta i bruk den kraftigste partikkelakseleratoren på planeten. For å gjøre det, trengte de 1232 kjempemagnetene som omgir LHC, passert gjennom tempoene og testet ved full elektrisk strøm. Så, CERN-gasspersonalet henvendte seg til å fullføre det. Og det var der ting gikk galt. 22. september rystet operatørene ned det siste settet med magneter, da en defekt loddeforbindelse fikk en kobbersamleskinne til å overopphetes, noe som fikk den til å smelte, deretter bue og deretter punktere termosflasken som holdt flytende helium som tillot magneter for å motstå de ti tusen ampere med strøm som gjorde de kraftige magnetfeltene mulig. [Galleri: Søk etter Higgs Boson på LHC]
Med den punkteringen ble helium frigitt ved høyt trykk ... og dannet en stråle som var tilstrekkelig sterk til å skyve en 35 tonns magnet sidelengs med 18 tommer og trekke monteringsbraketter ut av solid betong. Heliumet var på minus 450 Fahrenheit og det avkjølte LHC-tunnelen en kilometer rundt skaden. Det tok over ett år å reparere skaden og legge til ekstra feilbeskyttelsesutstyr.
Det var 27. februar 2010 at LHC-gasspersonalet var klare til å prøve igjen. Og i løpet av en drøy times tid gjentok de øvelsen, og sirkulerte igjen bjelker i motsatte retninger. Denne gangen ble innsatsen forsøkt uten å varsle mediene først. Og det var 19. mars at ansatte til slutt akselererte strålen til en energi som er 3,5 ganger høyere enn den forrige verdensrekordakseleratoren, Fermilab Tevatron. Jeg var tilfeldigvis på CERN den dagen, og bragden ble oppnådd i de små timer like før daggry. Jeg så på skjermene med kollegene, og da stabil bjelke ble erklært, skjedde champagnen, ryggklaffen og jubelen igjen, denne gangen uten TV-kameraer.
Siden den dagen har LHC ganske enkelt vært et vitenskapelig fenom ... som leverer ekstraordinære bjelker til fire detektorer som er anordnet rundt ringen. Den vitenskapelige produksjonen til dags dato har vært vidunderlig, med de to større eksperimentene som hver publiserte over 800 artikler, og hele forskningsprogrammet publiserte over 2000.
Den mest effektive oppdagelsen det siste tiåret var Higgs boson, det siste manglende stykket av standardmodellen for partikkelfysikk. Det ble kunngjort 4. juli 2012, igjen for et verdensomspennende publikum, med dekning på over tusen TV-stasjoner til en milliard seere. Igjen delte verden spenningen over oppdagelsen. [6 Implikasjoner av å finne en Higgs Boson-partikkel]
Og fremtiden til LHC er faktisk lys. Selv om vi har betjent anlegget i et tiår nå, er hensikten å fortsette å bruke gasspedalen for å gjøre funn. For øyeblikket er planen å fortsette driften i minst de neste to tiårene. I slutten av 2018 er det faktisk anslått at eksperimentene ved LHC bare har samlet 3 prosent av dataene som vil bli registrert over anleggets levetid. På slutten av 2018 vil LHC stoppe driften i to år for oppussing og oppgraderinger. Våren 2021 vil den gjenoppta driften med mye forbedrede detektorer. Det er ikke mulig å vite hvilke vitenskapelige sannheter vi vil avdekke ved bruk av LHC. Det er det med å gjøre vitenskap ... hvis vi visste hva vi ville oppdage, ville det ikke blitt kalt forskning. Men LHC er uten tvil en intellektuell og teknologisk juvel - en prestasjon som tidligere forskere bare kunne drømme om. LHC kan undersøke de minste avstandsskalaene, de høyeste energiene, og gjenskape forhold som sist er vanlige i universet, bare en tiendedel av en billion sekund etter Big Bang. Det er et instrument for utforskning og oppdagelse. Og vi er bare i gang. Det kommer til å bli strålende.
Gratulerer med dagen, LHC.
Don Lincoln er fysikkforsker ved Fermilab. Han er forfatteren av "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind" (Johns Hopkins University Press, 2014), og han produserer en serie med videoopplæringsvideoer. Følg ham på Facebook. Meningene som kommer til uttrykk i denne kommentaren er hans.
Don Lincoln bidro med denne artikkelen til Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights.