קבריידר הדרון הגדול (LHC) הוא פלא של פיזיקת החלקיקים המודרניים שאפשרה לחוקרים לצלול את מעמקי המציאות. מקורו נמשך כל הדרך חזרה לשנת 1977, כאשר סר ג'ון אדמס, לשעבר מנהל הארגון האירופי למחקר גרעיני (CERN), הציע לבנות מנהרה תת-קרקעית שיכולה להכיל מאיץ חלקיקים המסוגל להגיע לאנרגיות גבוהות במיוחד, על פי מאמר היסטוריה לשנת 2015 מאת הפיזיקאי תומאס שורנר-סדיניוס.
הפרויקט אושר רשמית עשרים שנה לאחר מכן, בשנת 1997, והבנייה החלה על טבעת באורך של 16.5 מייל (27 ק"מ) שעברה מתחת לגבול צרפת-שווייץ המסוגלת להאיץ חלקיקים עד למהירות האור של 99.99 אחוז ולנפץ אותם יחד. בתוך הטבעת, 9,300 מגנטים מנחים חבילות של חלקיקים טעונים בשני כיוונים מנוגדים בקצב של 11,245 פעמים בשנייה, ומביאים אותם לבסוף להתנגשות חזיתית. המתקן מסוגל ליצור כ -600 מיליון התנגשויות בכל שנייה, לזרוק כמויות מדהימות של אנרגיה, ומדי פעם, חלקיק כבד אקזוטי שלא נראה עד כה. ה- LHC פועל באנרגיות גבוה פי 6.5 מהמאיץ החלקיקים הקודם המחזיק רשומות, טבטרון שנטרל פרמילה בארה"ב.
ה- LHC עלה בסך הכל 8 מיליארד דולר לבנייה, 531 מיליון דולר מהם הגיעו מארצות הברית. יותר מ 8,000 מדענים מששים מדינות שונות משתפים פעולה עם ניסויים. המאיץ הדליק לראשונה את קורותיו ב -10 בספטמבר 2008, והתנגש חלקיקים בעשרה מיליון בלבד מעוצמת התכנון המקורית שלו.
לפני שהחלה לפעול, היו שחששו שמפץ האטומים החדש יהרס את כדור הארץ, אולי על ידי יצירת חור שחור רב-כל. אבל כל פיזיקאי בעל מוניטין היה קובע כי דאגות כאלה אינן מבוססות.
מנכ"ל CERN, רוברט איימאר, אמר בעבר ל- LiveScience. "ה- LHC בטוח, וכל הצעה שהיא עלולה להוות סיכון היא בדיה טהורה.
זה לא אומר שהמתקן לא יכול להזיק אם נעשה בו שימוש לא נכון. אם היית מכניס את ידך לקורה, שממקדת את האנרגיה של נושאת מטוסים בתנועה לרוחב של פחות ממילימטר, היא הייתה גורמת לחור ישר דרכה ואז הקרינה במנהרה תהרוג אותך.
מחקר פורץ דרך
בעשר השנים האחרונות, ה- LHC ריסק אטומים יחד לשני הניסויים העיקריים שלה, ATLAS ו- CMS, המפעילים ומנתחים את הנתונים שלהם בנפרד. זאת בכדי להבטיח ששיתוף פעולה לא משפיע על האחר וכי כל אחת מספקת בדיקה על הניסוי של אחותה. המכשירים הניבו יותר מ -2,000 מאמרים מדעיים בתחומים רבים בפיזיקת החלקיקים הבסיסיים.
ב- 4 ביולי 2012, העולם המדעי צפה בנשימה עצורה כשחוקרי ה- LHC הודיעו על גילויו של בוזון היגס, פריט הפאזל האחרון בתורת חמישה עשורים המכונה המודל הסטנדרטי של הפיזיקה. המודל הסטנדרטי מנסה להסביר את כל החלקיקים והכוחות הידועים (למעט כוח המשיכה) ואת האינטראקציות שלהם. עוד ב -1964 כתב הפיזיקאי הבריטי פיטר היגס מאמר על החלקיק הנושא כעת את שמו, והסביר כיצד נוצרת המיסה ביקום.
ההיגס הוא למעשה שדה המחלחל לכל המרחב וגורר על כל חלקיק שעובר דרכו. חלקיקים מסוימים משתכשכים לאט יותר בשדה, וזה תואם את המסה הגדולה יותר שלהם. בוסון היגס הוא ביטוי לתחום זה, שרודפים אחריו פיסיקאים במשך כחצי מאה. ה- LHC נבנה במפורש בכדי לתפוס סוף סוף את המחצבה החמקמקה הזו. בסופו של דבר מגלה שההיגס היה פי 125 ממסה של פרוטון, גם פיטר היגס וגם הפיזיקאי התיאורטי הבלגי פרנסואה אנגלרט זכו בפרס נובל בשנת 2013 על חיזוי קיומו.
אפילו עם ההיגס ביד, פיזיקאים לא יכולים לנוח מכיוון שלדגם הסטנדרטי יש עדיין כמה חורים. ראשית, זה לא עוסק בכוח המשיכה, המכוסה ברובו בתיאוריות היחסות של איינשטיין. זה גם לא מסביר מדוע היקום עשוי מחומר ולא מאנטי-חומר, שהיה צריך להיווצר בכמויות שוות בערך בתחילת הזמן. והיא שקטה לחלוטין על חומר אפל ואנרגיה אפלה, שטרם התגלתה כאשר נוצרה לראשונה.
לפני שה- LHC נדלק, חוקרים רבים היו אומרים כי התיאוריה הגדולה הבאה היא תיאוריה המכונה סופר-סימטריה, שמוסיפה שותפים תאומים דומים אך הרבה יותר מסיביים לכל החלקיקים הידועים. אחד או יותר מהשותפים הכבדים הללו יכול היה להיות מועמד מושלם לחלקיקים המרכיבים חומר אפל. בנוסף, העל-סימטריה מתחילה לתפוס את כוח המשיכה, ומסבירה מדוע היא כל כך חלשה יותר משלושת הכוחות הבסיסיים האחרים. לפני גילויו של היגס, כמה מדענים קיוו שהבוסון בסופו של דבר יהיה שונה מעט ממה שחזה הדגם הסטנדרטי, ורמז על פיזיקה חדשה.
אבל כשההיגס הופיעו, זה היה נורמלי להפליא, בדיוק בטווח המונים בו הדגם הסטנדרט אמר שזה יהיה. למרות שזה הישג נהדר עבור הדגם הסטנדרטי, הוא הותיר פיסיקאים ללא כל לידים טובים להמשיך. חלקם החלו לדבר על העשורים האבודים שרדפו אחרי תיאוריות שנשמעו טוב על הנייר אך נראה שהם לא תואמים את התצפיות בפועל. רבים מקווים שהריצות הבאות של לקיחת הנתונים של ה- LHC יסייעו בפינוי חלק מהבלאגן הזה.
ה- LHC נסגר בדצמבר 2018 כדי לעבור שנתיים של שדרוגים ותיקונים. כשזה יחזור לרשת הוא יוכל לרסק אטומים יחד עם עלייה קלה באנרגיה אך בכפול מכמות ההתנגשויות בשנייה. מה שהוא ימצא אז זה הניחוש של מישהו. כבר מדברים על מאיץ חלקיקים חזק עוד יותר שיחליף אותו, ממוקם באותו אזור אך פי ארבעה מגודלו של ה- LHC. ההחלפה העצומה עשויה להימשך 20 שנה ו -27 מיליארד דולר לבנייה.
