The znanost fizike delcev pregleduje same gradnike snovi - atome in delce, ki sestavljajo večji del materiala v kozmosu. To je kompleksna znanost, ki zahteva mukotrpne meritve delcev, ki se premikajo z veliko hitrostjo. Ta znanost je dobila velik zagon, ko je septembra 2008 začel delovati Veliki hadronski trkalnik (LHC). Ime se sliši zelo "znanstveno fantastično", vendar beseda "trkalec" dejansko natančno razloži, kaj počne: pošljeta dva visokoenergijska snopa delcev s skoraj hitrostjo svetlobe okoli 27 kilometrov dolgega pod zemljo obroč. Ob pravem času so žarki prisiljeni "trčiti". Protoni v žarkih se nato razbijejo in, če gre vse v redu, se za kratek čas ustvarijo manjši koščki in kosi - imenovani subatomski delci. Njihova dejanja in obstoj so zabeleženi. Iz te dejavnosti fiziki izvejo več o zelo temeljnih sestavinah materije.
LHC in fizika delcev
LHC je bil zasnovan za odgovor na nekaj neverjetno pomembnih vprašanj v fiziki, pri čemer se je treba prepričati, od kod prihaja masa, zakaj je kozmos sestavljen iz materije, namesto da
njegove nasprotne stvari, imenovane antimaterija, in kakšne skrivnostne "stvari", znane kot temna snov, bi lahko bile. Prav tako bi lahko zagotovili pomembne nove namige o pogojih v zelo zgodnjem vesolju, ko gravitacija in elektromagnetne sile so bile združene s šibkimi in močnimi silami v eno vseobsegajočo silo. To se je le za kratek čas zgodilo v zgodnjem vesolju in fiziki želijo vedeti, zakaj in kako se je spremenilo.Znanost fizike delcev je v bistvu iskanje zelo osnovni gradniki materije. Vemo za atome in molekule, ki sestavljajo vse, kar vidimo in čutimo. Atomi so sestavljeni iz manjših komponent: jedra in elektronov. Jedro je sestavljeno iz protonov in nevtronov. Vendar to ni konec vrstice. Nevroni so sestavljeni iz subatomskih delcev, imenovanih kvarki.
Ali obstajajo manjši delci? To so namenjeni pospeševalci delcev. Način, kako to storijo, je ustvariti pogoje, podobne tistemu, ki je bil tik zatem Veliki prasak - dogodek, ki je začel vesolje. V tistem trenutku je bilo pred približno 13,7 milijarde let vesolje sestavljeno samo iz delcev. Svobodno so se razkropili po dojenčkovem kozmosu in neprestano gostovali. Sem spadajo mezoni, pioni, barioni in hadroni (za katere je pospeševalec imenovan).
Fiziki delcev (ljudje, ki proučujejo te delce) sumijo, da materijo sestavlja vsaj dvanajst vrst temeljnih delcev. Delimo jih na kvarke (zgoraj omenjene) in leptone. Vsake vrste jih je šest. To je le nekaj temeljnih delcev v naravi. Ostali so ustvarjeni v superenergetskih trkih (bodisi v velikem udaru bodisi v pospeševalcih, kot je LHC). Znotraj teh trkov si fiziki delcev zelo hitro ogledajo, kakšni so bili pogoji v velikem udaru, ko so bili prvi ustvarjeni temeljni delci.
Kaj je LHC?
LHC je največji pospeševalec delcev na svetu, velika sestra Fermilaba v Illinoisu in drugi manjši pospeševalci. LHC se nahaja v bližini Ženeve v Švici, zgradila in upravljala ga je Evropska organizacija za jedrske raziskave, uporablja pa ga več kot 10.000 znanstvenikov z vsega sveta. Vzdolž njenega obroča so fiziki in tehniki postavili izredno močne prehlajene magnete, ki skozi cevi snopa vodijo in oblikujejo pramene delcev). Ko se žarki premikajo dovolj hitro, jih specializirani magneti usmerijo v pravilne položaje, kjer potekajo trki. Specializirani detektorji beležijo takrat trke, delce, temperature in druge pogoje trka in delcev v milijardnih sekundah, med katerimi se zgodijo razbiti kraj.
Kaj je odkril LHC?
Ko so fiziki delcev načrtovali in gradili LHC, so upali, da bodo našli dokaze Higgsov Bozon. To je delec, imenovan po Peter Higgs, ki je napovedal njen obstoj. Leta 2012 je konzorcij LHC sporočil, da so poskusi razkrili obstoj bozona, ki je ustrezal pričakovanim kriterijem Higgsovega Bozona. Poleg nenehnega iskanja Higgsov so znanstveniki, ki uporabljajo LHC, ustvarili tako imenovano "kvark-gluonsko plazmo", ki je najgostejša snov, za katero se domneva, da obstaja zunaj črne luknje. Drugi eksperimenti z delci pomagajo fizikom razumeti super-simetrijo, to je prostor-časovna simetrija, ki vključuje dve povezani vrsti delcev: bozone in fermione. Šteje se, da ima vsaka skupina delcev v drugem povezane delce superpartnerja. Razumevanje takšne super-simetrije bi znanstvenikom omogočilo nadaljnji vpogled v tako imenovani "standardni model". To je teorija, ki pojasnjuje, kaj je svet, kaj drži njegovo snov in vpletene sile in delce.
Prihodnost LHC
Operacije na LHC so vključevale dva glavna »opazovalna« vožnja. Vmes se sistem prenovi in nadgradi za izboljšanje instrumentacije in detektorjev. Naslednje posodobitve (po načrtu za leto 2018 in pozneje) bodo vključevale povečanje hitrosti trka in možnost povečanja svetilnosti stroja. To pomeni, da bo LHC lahko videl vedno redkejše in hitrejše procese pospeševanja in trčenja delcev. Hitreje ko lahko pride do trčenja, več energije se bo sprostilo, ko gre za vedno manjše in težje zaznavne delce. Tako bodo fiziki delcev še boljši pogled na same gradnike snovi, ki sestavljajo zvezde, galaksije, planete in življenje.