Hvad ser partikelfysikere, når der sker kollisioner?

Kan du huske, da Large Hadron Collider-den massive partikelknuser, der lå dybt under jorden i det pastorale schweiziske landskab-først startede i 2008? Kan du huske, hvordan det ødelagde hele vores univers ved at skabe et sort hul, der slugte os hele og slog os direkte ind i apokalypsen?

Eller måske husker du det ikke.

Måske er det, du tænker på, dengang LHC startede i kølvandet på non -stop hype om, hvordan det kan ødelægge planeten. Men derefter, det startede op, og du spiste en kalkonsandwich til frokost og fik en parkeringsbillet den dag. Verdenen, det så ud til, fortsatte.

Så lad os bare få en ting af vejen, før vi dykker ned i den spændende verden af ​​partikelkollisioner:Ligesom den første dag i den første stråle var for den typiske ikke-fysiker, de er ikke så spændende.

Nu, før du lænestolfysikere og rigtige fysikere kommer i knas, lad os erkende det, selvfølgelig, partikelkollisioner er spændende på en grundlæggende, universelt niveau. Partikelkollisioner er fysikernes ækvivalent med at tage fat i universet og slå det på hovedet, spørger om denne ting er tændt. Ved at studere partikelkollisioner, vi kan ikke bare måle, hvad der kunne være sket lige efter fødslen af ​​vores univers, men vi kan bedømme, hvordan primære stykker stof fungerer og interagerer.

Med andre ord:Det er en stor ting.

Og stadigvæk. På trods af al snak om acceleration og smadring, om protoner, der rejser med næsten lysets hastighed, om kollisioner så monumentale, at folk plejede at tro, at de ville rive os alle sammen til bånd ... hvad forskere virkelig ser, ligner ikke de sidste 30 flammende, destruktive minutter af din typiske sommerblokbuster. Heller ikke når du tager højde for, at der sker 600 millioner kollisioner pr. Sekund, når tingen er tændt [kilde:CERN].

Det er ikke kun antiklimaks for alt det, der i slutningen af ​​verden praler ikke. Det er det, fysikere ser, når protoner støder sammen, viser sig at være ... data.

For at være fair, det er masser af data. Selvom det ville være fantastisk, hvis fysikere så en skærm, der viste protoner sprængt som fyrværkeri - oplyst med etiketter som "muon!" eller "Higgs!" let at identificere sig selv - det er virkelig tal og grafiske repræsentationer indsamlet af detektorerne, der "viser" fysikere, hvad der sker under kollisioner.

Fysikere leder efter mange forskellige data, når de studerer partikelkollisioner. Det betyder, at der ikke kun er et signal at se - eller endda bare en type detektor at måle ud fra. I stedet, de stoler på flere forskellige slags detektorer for at give dem spor om, hvad de observerer.

Først, de ser på, hvor partiklerne, der produceres i protonkollisionen, går. En sporingsenhed kan straks fortælle dem et par ting som partikelens ladning (positiv vil bøje en vej, negativ den anden) eller partikelens momentum (højt momentum går i en lige linje, lave spiraler stramme). Husk nu, de ser ikke på det faktiske spor af en partikel. I stedet, de ser på de elektriske signaler, en computer har registreret, som kan tegnes til en gengivelse af stien [kilde:CERN].

En sporingsenhed opfanger ikke neutrale partikler, så de identificeres i et kalorimeter i stedet. Et kalorimeter måler energien, når partikler stoppes og absorberes. Du kan fortælle fysikere temmelig specifikke ting, da en bestemt slags kalorimeter måler elektroner og fotoner, mens en anden er på tale om protoner og pioner [kilde:CERN]. Strålingsdetektering måler også partikelhastighed. Fysikere studerer alle disse små identifikatorer for at bestemme, hvad der sker med partikler under og kort efter en kollision.

Alle disse værktøjer og de beviser, de indsamler, er, hvad forskere ser på for at afgøre, hvad der skete under en kollision. Efter det, det er på tide at undersøge eventuelle mærkelige eller betydelige resultater, de støder på. Et godt eksempel på dette var opdagelsen af ​​Higgs -bosonen, en lille partikel, der gennemsyrer universet, tilsætning af masse til partikler. Fysikere studerede datasættene fra kollisionerne for at se, om Higgs -feltet ville skyde en ekstra partikel (en Higgs -boson) af, når to protoner blev smadret sammen. Ideen var lidt som at se to vandstrømme slange gennem en sandstrand:Hver vandløb i sig selv kan løbe glat gennem sandet, men hvis de pludselig styrtede sammen, et gran sand kunne sparke op.

Det sandkorn var ikke et glimt på skærmen. I stedet, det var omhyggeligt plottet data indsamlet fra mange kollisioner. Disse tal var, i et vist omfang, matematiske sandsynligheder. Andre eksperimenter bestemte, hvor vi skulle lede, når vi fandt masseækvivalenterne (og dermed eksistensen) af Higgs [kilde:Preuss].

Forskere vidste også, at hvis Higgs eksisterede, den skulle handle på et par bestemte måder (som hvordan den forfaldt til andre partikler). Så da de så et overskud af hændelser ud over det, der var forudsagt på et dataplot, de blev begejstrede - og de kunne begynde at bedømme, om det signal, de så i dataene, var noget nyt [kilde:CERN]. I tilfælde af Higgs, det var.

Så, nej-partikelfysikere får ikke set sorte huller eller endda mini-Big Bangs, når der opstår kollisioner. Det, de ser i stedet, er bevis på, at visse partikler sprængte af under smadren, og data, der indikerer, at det, de så, var en del af en større forudsigelig model - eller hvis de er endnu heldigere, en helt ny opdagelsesvej.

Masser mere information

Forfatterens note:Hvad ser partikelfysikere, når der sker kollisioner?

Selvom det ville være fantastisk bare at se en fantastisk "kollision" på skærmen og derefter se en neongrøn partikel dukke op, som aldrig er blevet set før, ikke diskontere, hvor spændende det må være for partikelfysikere i virkeligheden. At få en hel masse data, der peger på noget spektakulært, må være spændende, i sig selv, selvom det ikke betyder, at en partikel vinker til dig på den store skærm.

relaterede artikler

• Sådan fungerer Large Hadron Collider
• Sådan fungerer Big Bang -teorien
• Sådan fungerer sorte huller
• 5 opdagelser foretaget af den store Hadron Collider (indtil videre)

Kilder:

• "Sikkerheden ved LHC." CERN. (15. juli kl. 2014) http://press.web.cern.ch/backgrounders/safety-lhc
• Boyle, Alan. "Dommedagens frygt udløser retssag over kolliderer." NBC News. 28. marts 2008. (15. juli, 2014) http://www.nbcnews.com/id/23844529/#.U8W2qY1dVEd
• Butterworth, Jon. "Selv de mest kedelige sammenstød ved Large Hadron Collider fortæller os noget." Værgen. 26. januar, 2014. (15. juli, 2014) http://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2014/jan/26/even-the-most-boring-collisions-at-the-large-hadron-collider-tell-us- noget-denne-gang-om-kosmiske stråler
• CERN. "LHC. Vejledningen." Februar 2009. (15. juli, kl. 2014) http://cds.cern.ch/record/1165534/files/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf
• Fermilab. "Sådan fungerer opdagelse af partikelfysik." Fermi National Accelerator Laboratory. 6. maj kl. 2014. (15. juli, 2014) http://www.fnal.gov/pub/science/particle-physics-101/how-works.html
• Preuss, Paul. "Forstå hvad der er galt med Higgs boson." Berkeley Lab. 28. juni kl. 2012. (15. juli, 2014) http://newscenter.lbl.gov/2012/06/28/higgs-2012/
• Berkeley Lab. "Partikeleventyret." Particle Data Group. 2014. (15. juli, 2014) http://www.particleadventure.org/index.html