Paul Sparks
0 
4901
1547
For ti år siden blev verdens største videnskabelige instrument tændt, og starten af et forskningsdynasti begyndte.
10. september 2008 blev en stråle af protoner skudt for første gang omkring hele den 16,5 mil lange (27 kilometer) ring af den store Hadron Collider (LHC) - verdens største og højeste energi atomknusher nogensinde er konstrueret. Placeret på CERN-laboratoriet lige uden for Genève, Schweiz, blev LHC konstrueret til at knuse meget energiske stråler af protoner sammen i nærheden af lysets hastighed. Det erklærede mål var at skabe og opdage Higgs boson, det sidste manglende stykke af standardmodellen, vores bedste teori for opførsel af subatomisk stof. Men målet var større end det. Hvad vi virkelig ville gøre var at opdage noget helt uventet - så stort og så nyt, at det ville betyde, at vi skulle omskrive lærebøgerne.
Og LHC tændte ikke stille. I de foregående uger og måneder var pressen fyldt med åndeløse historier om frygt for, at LHC ville gøre et sort hul, der ville ødelægge Jorden. Medierne gjorde et godt stykke arbejde med at fjerne de uklare påstande, men historien var simpelthen for god til ikke at udskrive, selv blandt de mest ansvarlige trykte, online og udsendte forretninger.
CERN-laboratoriet, hvor LHC ligger, besluttede at invitere pressen til at se LHC's indgangsstråle. Det sorte hul-vanvid sikrede, at medierne dukkede op på en stor måde. BBC, CNN, Reuters og mange dusin internationale medier var der for festlighederne. Sorte huller til side, det var et farligt valg ud fra et PR-synspunkt: Splinternye acceleratorer er finartede dyr, og LHC var især det. Det består af tusinder af magneter og titusinder af strømforsyninger, overvågning af elektronik med mere. Det mindste uheld kunne have forsinket den første vellykkede cirkulation af bjælke i dage eller uger. [Fotos: Verdens største atomknusher (LHC)
Der var nogle spændte øjeblikke den morgen. De første par forsøg mislykkedes på grund af nogle oprørske strømforsyninger. Imidlertid, bare genert kl. 10.30 lokal tid, trådte acceleratoroperatørerne med succes en meget lav intensitetsstråle af protoner gennem hele komplekset. Fordi LHC i det væsentlige er to acceleratorer - til at rumme bjælker, der går i modsatte retninger - var næste trin at lede en bjælke gennem det andet sæt bjælkerør. Det skete kort efter den første succes. Verdensmedier annoncerede den tekniske gennemførelse bogstaveligt, som det skete. Partikelfysik får sjældent den slags medieeksponering.
Trods den verdensomspændende spænding var det, der blev opnået den dag, relativt beskedent. Lav energi, lav intensitet, bjælker fra feederacceleratorer var blevet injiceret i LHC. Bjælkerne havde cyklet rundt om ringen et par gange ved lav energi, hvilket betyder den laveste energi, LHC var designet til. Den måde, LHC fungerer på, accepterer den en partikelstråle fra mindre acceleratorer og accelererer derefter strålen til en energi, der er over 15 gange højere end den modtager. Ved dette første forsøg var der aldrig nogen intention om at fremskynde bjælken. Bare det at få det rundt i ringen med succes var nok.
Derudover var bjælkens intensitet mindre end en ti milliondel af designintensiteten. I partikelstråler svarer intensiteten til lysstyrken, når man taler om lys. Bjælkerne kan gøres mere intense ved at tilføje flere protoner eller fokusere bjælken til en mindre størrelse. Den dag var fokus stadig et fremtidig mål, og kun få protoner blev sat i gaspedalen. Og oprindeligt var timingen af den faktiske acceleratorelektronik ikke helt korrekt. Så der var helt klart en vej at gå.
Men ligegyldigt. Det var spændende, og det var bestemt et vigtigt springbræt på vej til fuld drift. Korkene blev poppet. Champagne var beruset. Ryggen blev slået, og der blev taget billeder. Det var en god dag.
Jeg var ikke på CERN for første stråle. Når alt kommer til alt er min interesse for LHC-programmet at bruge det til at knuse højenergipartikler, og alle vidste, at der ikke ville forekomme nogen kollisioner. I stedet var jeg på Fermilab, USAs flagskibspartikelacceleratorlaboratorium og den mest effektive forskningsinstitution, der arbejdede med LHC-dataanalyse udover CERN selv. De to laboratorier har et søskendeforhold, og vi glæder os over hinanden, når en teknisk hindring overvindes. På Fermilab besluttede vi at arrangere en pyjamafest for forskerne og lokalsamfundet om aftenen 10. september. Det var ekstraordinært. Hundreder af lokale mennesker dukkede op klokken 14:00 og ventede på den vellykkede cirkulation af bjælke klokken 04:30 lokal tid. Jeg gik rundt og talte med offentligheden, journalister, der ikke kunne overbevise deres redaktører om at sende dem til Europa og andre forskere. Jubel fra mængden var højt nok til, at jeg kunne lide at tro, at de kunne høre dem på CERN, 4.400 mil mod øst.
Selvfølgelig var succeserne om morgenen den 10. september 2008 meget vigtige, men de var bare et skridt hen imod det ønskede resultat, som skulle bestille den mest kraftfulde partikelaccelerator på planeten. For at gøre det, skulle de 1.232 gigantiske magneter, der omgiver LHC, sættes gennem deres skridt og testes ved fuld elektrisk strøm. Så CERN-acceleratorpersonalet vendte deres opmærksomhed mod at afslutte det. Og det var her ting gik forkert. Den 22. september ryste operatørerne ned det sidste sæt magneter, da et defekt loddemiddel fik en kobberskinne til at blive overophedet, hvilket fik den til at smelte, derefter bue og derefter punktere termosflasken, der indeholdt den flydende helium, der tillod magneter til at modstå de ti tusind ampere med strøm, der gjorde det muligt for de magtfulde magnetiske felter. [Galleri: Søg efter Higgs Boson på LHC]
Med denne punktering blev helium frigivet ved højt tryk ... og dannede en stråle, der var tilstrækkelig stærk til at skubbe en 35-ton magnet sidelæns med 18 tommer og trække monteringsbeslag ud af massiv beton. Helium var på minus 450 Fahrenheit, og det afkøles LHC-tunnelen i en kilometer, der omringede skaden. Det tog over et år at reparere skaden og tilføje yderligere fejlbeskyttelsesudstyr.
Det var den 27. februar 2010, at LHC-acceleratorpersonalet var klar til at prøve igen. Og i løbet af cirka en time og et kvarter gentog de øvelsen og cirkulerede igen bjælker i modsatte retninger. Denne gang blev indsatsen forsøgt uden først at meddele medierne. Og det var den 19. marts, at personalet til sidst accelererede strålen til en energi 3,5 gange højere end den forrige verdensrekordaccelerator, Fermilab Tevatron. Jeg var tilfældigvis på CERN den dag, og præstationen blev opnået i de små timer lige før daggry. Jeg så skærmene med kollegerne, og da der blev erklæret en stabil bjælke, skete champagnen, rygslappen og jubel igen, denne gang uden tv-kameraer.
Siden den dag har LHC simpelthen været et videnskabeligt fænomen ... der leverer ekstraordinære bjælker til fire detektorer, der er arrangeret rundt om ringen. Den videnskabelige produktion til dato har været vidunderlig, med de to større eksperimenter, der hver udgav over 800 artikler, og hele forskningsprogrammet offentliggjorde over 2.000..
Den mest effektive opdagelse i det sidste årti var Higgs boson, det sidste manglende stykke af standardmodellen for partikelfysik. Det blev annonceret den 4. juli 2012 igen for et verdensomspændende publikum med dækning på over tusind tv-stationer til en milliard seere. Igen delte verden spændingen over opdagelsen. [6 Implikationer af at finde en Higgs Boson-partikel]
Og fremtiden for LHC er faktisk lys. Selvom vi med succes har betjent faciliteten i et årti nu, er hensigten at fortsætte med at bruge acceleratoren til at gøre opdagelser. I øjeblikket er planen at fortsætte driften i mindst de næste to årtier. I slutningen af 2018 anslås det faktisk, at eksperimenterne ved LHC kun har samlet 3 procent af de data, der vil blive registreret over facilitetens levetid. I slutningen af 2018 stopper LHC driften i to år til renovering og opgraderinger. I foråret 2021 genoptager det operationerne med meget forbedrede detektorer. Det er ikke muligt at vide, hvilke videnskabelige sandheder vi vil afsløre ved hjælp af LHC. Det er det ved at gøre videnskab… hvis vi vidste, hvad vi ville opdage, ville det ikke kaldes forskning. Men LHC er uden tvivl en intellektuel og teknologisk juvel - en præstation, som tidligere forskere kun kunne drømme om. LHC kan undersøge de mindste afstandsskalaer, de højeste energier, og genskabe forhold, der sidst er almindelige i universet, kun en lille tiendedel af en billion af et sekund efter Big Bang. Det er et instrument til efterforskning og opdagelse. Og vi er lige ved at komme i gang. Det bliver herligt.
Tillykke med fødselsdagen, LHC.
Don Lincoln er fysikforsker hos Fermilab. Han er forfatteren af "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind" (Johns Hopkins University Press, 2014), og han producerer en række videnskabsuddannelsesvideoer. Følg ham på Facebook. Synspunkterne i denne kommentar er hans.
Don Lincoln bidrog med denne artikel til Live Science's ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.