Peter Tucker
0 
1787
156
Před deseti lety byl zapnut největší vědecký nástroj na světě a začal výzkumná dynastie.
10. září 2008 byl poprvé vystřelen paprsek protonů kolem celého 16,5 mil dlouhého (27 kilometrového) okruhu Velkého hadronového kluzáku (LHC) - největšího a nejvyššího energetického kouřového atomu na světě, který byl kdy vyroben. LHC se nachází v laboratoři CERN, těsně před Ženevou ve Švýcarsku, a byl zkonstruován tak, aby rozbil vysoce energetické paprsky protonů při rychlosti světla. Uvedeným cílem bylo vytvořit a objevit Higgsův boson, poslední chybějící kousek standardního modelu, naši nejlepší teorii chování subatomické hmoty. Cíl byl však větší. Opravdu jsme chtěli objevit něco zcela neočekávaného - tak velkého a tak nového, že by to znamenalo, že bychom museli přepsat učebnice.
A LHC se nezapnul tiše. V týdnech a měsících před tím byl tisk naplněn dechovými příběhy o obavách, že LHC vytvoří černou díru, která zničí Zemi. Média odvedla dobrou práci, která rozptýlila luridní tvrzení, ale příběh byl prostě příliš dobrý na to, aby se netiskl, a to i mezi nejvíce odpovědnými tiskovými, online a vysílacími místy.
Laboratoř CERN, kde je umístěna LHC, se rozhodla pozvat tisk, aby viděla zahajovací paprsek LHC. Šílenství černé díry zajistilo, že se média ukázala velkým způsobem. Na slavnosti byly BBC, CNN, Reuters a mnoho desítek mezinárodních médií. Černé díry stranou, z pohledu PR to byla nebezpečná volba: Zbrusu nové urychlovače jsou vybíravá zvířata a LHC to tak bylo zvlášť. Skládá se z tisíců magnetů a desítek tisíc napájecích zdrojů, monitorovací elektroniky a dalších. Nejmenší nehoda mohla zpozdit první úspěšný oběh paprsku o několik dní nebo týdnů. [Fotografie: Největší Atom Smasher na světě (LHC)
Ráno byly nějaké napjaté okamžiky. Prvních několik pokusů selhalo kvůli nějakým vzpurným zdrojům energie. Operátoři akcelerátoru se však za pouhých 10:30 hodin místního času úspěšně probojovali paprskem protonů o velmi nízké intenzitě celým komplexem. Protože LHC jsou v podstatě dva urychlovače - pro přizpůsobení paprsků probíhajících v opačných směrech - dalším krokem bylo vedení paprsku druhou sadou trubek paprsků. Stalo se to krátce po prvním úspěchu. Světová média ohlásila technický úspěch doslova, jak se to stalo. Fyzika částic zřídkakdy dostává tento druh expozice médií.
Přes celosvětové vzrušení bylo toho dne toho dne poměrně skromné. Do LHC byly injikovány paprsky z urychlovačů s nízkou energií, nízkou intenzitou. Paprsky se kolem kruhu několikrát pohybovaly, při nízké energii, což znamenalo nejnižší energii, pro kterou byl LHC navržen. Způsob, jakým LHC pracuje, je to, že přijímá svazek částic z menších urychlovačů a pak urychluje paprsek na energii více než 15krát vyšší, než přijímá. Při tomto prvním pokusu nebyl nikdy žádný záměr urychlit paprsek. Stačí dostat to kolem prstenu úspěšně.
Kromě toho byla intenzita paprsků menší než desetimiliontina projektované intenzity. U paprsků částic je intenzita podobná jasu, když člověk mluví o světle. Paprsky mohou být zesíleny přidáním více protonů nebo zaostřením paprsku na menší velikost. V ten den bylo zaostření stále budoucím cílem a do akcelerátoru bylo vloženo jen velmi málo protonů. A zpočátku nebylo načasování skutečné elektroniky urychlovače zcela správné. Takže jasně existoval způsob, jak jít.
Ale bez ohledu na to. Bylo to vzrušující a rozhodně to byl důležitý odrazový můstek na cestě k plným operacím. Korkové byli vyskočeni. Šampaňské bylo opilé. Záda byla plácnuta a byly pořízeny obrázky. Byl to dobrý den.
Nebyl jsem v CERNu na první paprsek. Koneckonců, mým zájmem o program LHC je použít ho k rozbití vysokoenergetických částic a všichni věděli, že by k žádnému kolizi nedošlo. Místo toho jsem byl ve Fermilab, americké vlajkové laboratoři urychlovače částic a nejvlivnější výzkumné instituci, která pracovala na analýze dat LHC, kromě samotného CERNu. Obě laboratoře mají sourozenecký vztah a my se navzájem fandíme, když je překonána technická překážka. Ve Fermilab jsme se rozhodli uspořádat v noci 10. září hostování pyžamové party pro vědce a místní komunitu. Bylo to mimořádné. Stovky místních lidí se objevily ve 2:00 ráno a čekaly na úspěšný oběh paprsku ve 4:30 hodin místního času. Prošel jsem kolem, mluvil s veřejností, reportéry, kteří nemohli přesvědčit své editory, aby je poslali do Evropy a dalších vědců. Jásot z davu byl natolik nahlas, že si myslím, že je slyšeli v CERNu, 4 400 mil na východ.
Úspěchy rána 10. září 2008 byly samozřejmě velmi důležité, ale byly jen krokem k požadovanému výsledku, kterým bylo uvedení do provozu nejsilnějšího urychlovače částic na planetě. Aby toho bylo možné dosáhnout, bylo potřeba projít 1,232 obřích magnetů obklopujících LHC a otestovat je při plném proudu. Zaměstnanci urychlovače CERN obrátili pozornost k dokončení. A to je místo, kde se věci zhoršily. 22. září operátoři otřásli poslední sadou magnetů, když vadný pájený kloub způsobil přehřátí měděné přípojnice, což způsobilo, že se roztavila, poté oblouk, a poté propíchla láhev termosky, která obsahovala kapalné helium, které umožnilo magnety vydržely deset tisíc proudů proudu, které umožnily výkonná magnetická pole. [Galerie: Hledání Higgsova bosona na LHC]
Při této propíchnutí bylo hélium uvolněno při vysokém tlaku… a vytvořilo paprsek dostatečně silný, aby vytlačil 35tunový magnet do strany o 18 palců a vytáhl montážní konzoly z pevného betonu. Hélium bylo na minus 450 Fahrenheita a ochladilo tunel LHC na míli kolem poškození. Oprava poškození a přidání dalších zařízení na ochranu před poruchami trvala déle než rok.
Bylo to 27. února 2010, kdy byl personál urychlovače LHC připraven to zkusit znovu. A v průběhu asi hodiny a čtvrtiny opakovali cvičení a znovu obíhali paprsky v opačných směrech. Tentokrát se o pokus pokusilo, aniž by to nejprve oznámilo médiím. A bylo to 19. března, kdy personál konečně zrychlil paprsek na energii 3,5krát vyšší než předchozí urychlovač světových rekordů, Fermilab Tevatron. Toho dne jsem byl v CERNu a úspěch byl dosažen v malých hodinách těsně před úsvitem. Sledoval jsem monitory s kolegy a když byl vyhlášen stabilní paprsek, stalo se opět šampaňské, facky a fandění, tentokrát bez televizních kamer.
Od toho dne je LHC jednoduše vědeckým jevem… dodávajícím mimořádné paprsky čtyřem detektorům rozloženým kolem prstence. Vědecký výstup byl doposud pozoruhodný. Dva větší experimenty publikovaly více než 800 prací a celý výzkumný program publikoval přes 2 000.
Nejvlivnějším objevem v poslední dekádě byl Higgsův boson, poslední chybějící kousek standardního modelu fyziky částic. To bylo oznámeno 4. července 2012 znovu celosvětovému publiku s pokrytím více než tisíc televizních stanic miliardě diváků. Svět opět sdílel vzrušení z objevování. [6 Důsledky nalezení Higgsovy bosonové částice]
A budoucnost LHC je skutečně jasná. I když jsme zařízení úspěšně provozovali již deset let, je v úmyslu nadále používat urychlovač k objevování. V současné době je plánem pokračovat v činnosti alespoň další dvě desetiletí. Ve skutečnosti se na konci roku 2018 odhaduje, že experimenty na LHC shromáždí pouze 3 procenta dat, která budou zaznamenána po celou dobu životnosti zařízení. Na konci roku 2018 LHC pozastaví provoz na dobu dvou let kvůli renovaci a modernizaci. Na jaře 2021 obnoví provoz s mnohem vylepšenými detektory. Není možné vědět, jaké vědecké pravdy odhalíme pomocí LHC. To je věc o vědě ... kdybychom věděli, co objevíme, nebylo by to nazýváno výzkumem. LHC je však bezpochyby intelektuálním a technologickým klenotem - úspěchem, o kterém vědci z minulosti mohli jen snít. LHC umí sondovat nejmenší stupnice vzdáleností, nejvyšší energie a znovu vytvořit podmínky, které jsou ve vesmíru běžné, jen skromnou desetinu biliónty sekundy po Velkém třesku. Je to nástroj průzkumu a objevování. A teprve začínáme. Bude to slavné.
Všechno nejlepší k narozeninám, LHC.
Don Lincoln je výzkumník fyziky ve společnosti Fermilab. Je autorem knihy „The Large Hadron Collider: Mimořádný příběh Higgsova bosona a dalších látek, které vám vyfouknou mysl“ (Johns Hopkins University Press, 2014), a produkuje řadu videí o přírodovědném vzdělávání.. Sledujte ho na Facebooku. Názory vyjádřené v tomto komentáři jsou jeho.
Don Lincoln přispěl tímto článkem do expertních hlasů Live Science: Op-Ed & Insights.