大型ハドロン衝突型加速器とは何ですか？

ラージハドロンコライダー（LHC）は、研究者が現実の深さを掘り下げることを可能にした現代の素粒子物理学の驚異です。その起源は1977年にまでさかのぼります。当時、欧州核研究機構（CERN）の元理事であったジョンアダムス卿が、非常に高いエネルギーに到達できる粒子加速器を収容できる地下トンネルの建設を提案したと、物理学者ThomasSchörner-Sadeniusによる2015年の歴史論文。

プロジェクトは20年後の1997年に正式に承認され、粒子と光の速度を最大99.99％まで加速して破壊することができる、フランスとスイスの国境の下を通過する16.5マイル（27 km）のリングで建設が始まりました。一緒。リング内では、9,300個の磁石が1秒間に11,245回の速度で2つの反対方向に荷電粒子のパケットを誘導し、最終的にそれらを正面衝突のために集めます。この施設は毎秒約6億回の衝突を発生させ、信じられないほどの量のエネルギーを噴出し、時折、これまでに見たことのないエキゾチックで重い粒子を噴出しています。 LHCは、以前の記録保持粒子加速器であるFermilabの米国で廃止されたTevatronより6.5倍高いエネルギーで動作します

LHCの建設には合計80億ドルの費用がかかり、そのうち5億3100万ドルは米国からのものでした。 60か国の8,000人以上の科学者が実験に協力しています。加速器は、2008年9月10日に最初にビームをオンに切り替え、元の設計強度のわずか1000万分の1で粒子に衝突しました。

それが操作を始める前に、おそらく新しい原子粉砕機がおそらくすべてを消費するブラックホールを作成することによって地球を破壊するのではないかと恐れた人もいました。しかし、評判の良い物理学者なら誰でもそのような心配は根拠がないと述べるでしょう。

「LHCは安全であり、それがリスクをもたらす可能性があるという示唆はすべて純粋なフィクションです」とCERNのロバート・アイマー事務局長は過去にLiveScienceに語った。

それは、施設が不適切に使用された場合に潜在的に有害である可能性があると言っているわけではありません。移動中の空母のエネルギーを1ミリメートル未満の幅に集中させるビームに手を刺すと、そこに穴が開けられ、トンネル内の放射線があなたを殺します。

画期的な研究

過去10年間、LHCは2つの主要な実験であるATLASとCMSのために原子を一緒に粉砕し、それらはデータを個別に操作および分析します。これは、どちらのコラボレーションも他に影響を与えず、それぞれが姉妹実験のチェックを提供するようにするためです。これらの機器は、基本的な素粒子物理学の多くの分野で2,000を超える科学論文を生成しています。

2012年7月4日、LHCの研究者がヒッグスボソンの発見を発表したとき、科学の世界は息を呑む様子を見ました。これは、物理学の標準モデルと呼ばれる50年前の理論の最後のパズルピースです。標準モデルは、既知のすべての粒子と力（重力を除く）とそれらの相互作用を考慮に入れようとします。 1964年に、イギリスの物理学者ピーターヒッグスは、現在彼の名前を冠した粒子について論文を書き、宇宙でどのように質量が発生するかを説明しました。

ヒッグスは実際にはすべての空間に浸透し、その中を移動するすべてのパーティクルをドラッグするフィールドです。一部の粒子は、フィールドをゆっくりとトラッジし、これはそれらのより大きな質量に対応します。ヒッグス粒子はこの分野の現れであり、物理学者は半世紀にわたって追っていた。 LHCは、このとらえどころのない採石場をようやく捕らえるために明示的に構築されました。最終的にヒッグスの陽子の質量が125倍であることがわかり、ピーターヒッグスとベルギーの理論物理学者フランソワイングラートは、その存在を予測したことで2013年にノーベル賞を受賞しました。

ヒッグスを手にしても、標準モデルにはまだ穴があるため、物理学者は休むことができません。一つには、それは重力を扱っていない、そしてそれは主にアインシュタインの相対性理論によってカバーされている。また、宇宙が反物質ではなく物質でできている理由も説明していません。反物質は、当初はほぼ同じ量で作成されていたはずです。そして、それが最初に作成されたときにまだ発見されていなかった暗黒物質と暗黒エネルギーについては完全に沈黙しています。

LHCがオンになる前に、多くの研究者は次の偉大な理論は超対称性として知られているものであると言っていました。これらの重いパートナーの1つ以上が、暗黒物質を構成する粒子の完全な候補であった可能性があります。そして、超対称性は重力を制御し始め、それが他の3つの基本的な力よりもはるかに弱い理由を説明します。ヒッグスが発見される前は、ボソンが標準モデルが予測したものとわずかに異なることを期待して、新しい物理学をほのめかしている科学者もいました。

しかし、ヒッグスが現れたとき、それは信じられないほど正常であり、標準モデルがそうであると言った質量範囲で正確でした。これは標準モデルにとって素晴らしい成果ですが、物理学者達には良いリードがありません。紙の上では良さそうに聞こえますが、実際の観察に対応していないように見える理論を追いかけている失われた数十年について話し始めた人もいます。多くの人々は、LHCの次のデータ取得の実行がこの混乱の一部を解消するのに役立つことを期待しています。

LHCは2018年12月に閉鎖され、2年間のアップグレードと修理が行われました。オンラインに戻ると、エネルギーをわずかに増加させながら原子を粉砕できますが、1秒あたりの衝突数は2倍になります。それからそれが見つけるものは誰かの推測です。同じエリアにありますが、LHCのサイズの4倍の、より強力な粒子加速器についてはすでに話し合っています。巨大な代替品の建設には20年、270億ドルかかる可能性があります。