Braiens Kokss par CERN paātrinātāju

Šis ir Lielais hadronu paātrinātājs. Tā perimetrs ir 27 kilometri. Tas ir vislielākais jebkad mēģinātais zinātnes eksperiments. Vairāk nekā 10 000 fiziķu un inženieru no 85 dažādām pasaules valstīm ir kopā strādājuši vairākus gadu desmitus, lai uzbūvētu šo iekārtu. Mēs paātrinām protonu kustību — tātad ūdeņraža kodolu kustību — līdz aptuveni 99,999999 procentiem no gaismas ātruma. Tādā ātrumā tie riņķo pa šo 27 kilometru iekārtu 11 000 reizes sekundē. Un mēs liekam tiem sadurties ar citu protonu staru, kas riņķo pretējā virzienā. Tie saduras gigantisku detektoru iekšpusē.

Principā tās ir digitālās kameras. Pie šī – pie ATLAS – strādāju es. Jūs varat nojaust izmērus — apakšā var knapi redzēt šos ES standarta lieluma cilvēkus.

(Smiekli)

Varat nojaust izmērus: 44 metru platums, 22 metru diametrs, 7000 tonnu svars. Mēs no jauna radām apstākļus, kas bija mazāk nekā vienu miljardo sekundes daļu pēc visuma sākuma — līdz 600 miljoniem reižu sekundē tā detektora iekšpusē — neaptverami skaitļi. Ja redzat tās metāla daļas — tie ir milzīgi magnēti, kas liec elektriski uzlādētās daļiņas, lai varētu mērīt, kādā ātrumā tās pārvietojas. Šī bilde ir uzņemta aptuveni pirms gada. Tie magnēti ir tur. Un atkal, ES standarta lieluma reāls cilvēks, lai jūs varētu nojaust izmērus. Un tur iekšā tiks radīti tie mazie-Lielie sprādzieni, kaut kad šī gada vasarā.

Patiesībā šorīt es saņēmu e-pastu ar ziņu, ka esam tikko, šodien pabeiguši pēdējās ATLAS daļas būvēšanu. Tā kā kopš šodienas tas ir pabeigts. Man gribētos teikt, ka es to plānoju priekš TED, bet tā nebija. Tātad tas ir pabeigts kopš šodienas.

(Aplausi)

Jā, brīnišķīgs sasniegums. Jūs varētu vaicāt: "Kādēļ? Kāpēc radīt apstākļus, kas bija mazāk nekā miljardo daļu sekundes pēc visuma sākuma?" Elementārdaļiņu fiziķi ir ārkārtīgi ambiciozi. Elementārdaļiņu fizikas mērķis ir izprast, no kā viss sastāv un kā viss tiek sasaistīts kopā. Un ar "visu" es, protams, domāju mani un jūs, Zemi, Sauli, simtiem miljardu sauļu mūsu galaktikā un simtiem miljardu galaktiku novērojamajā visumā. Absolūti visu.

Tagad jūs varat teikt: "Nu, labi, bet kāpēc ne vienkārši paskatīties? Ja vēlaties zināt, no kā es sastāvu, paskatieties uz mani." Mēs konstatējām, ka, raugoties pagātnē, visums kļūst karstāks un karstāks, blīvāks un blīvāks, un vienkāršāks un vienkāršāks. Es īsti nezinu tam iemeslu, bet šķiet, ka tā ir. Mēs domājam, ka sen sen atpakaļ visums bija ļoti vienkāršs un saprotams. Visa šī sarežģītība, visas šīs burvīgās lietas — cilvēka smadzenes — ir sena un auksta, un sarežģīta visuma īpatnība. Pašā sākumā, pirmajā miljardajā daļā sekundes, mēs domājam, vai esam novērojuši, ka tas bija ļoti vienkāršs.

Tas ir gandrīz kā... iedomājieties sniegpārslu uz plaukstas, un jūs uz to skatāties, un tā ir neticami sarežģīts, skaists objekts. Bet jūs to sasildāt, tā izkūst ūdens lāsē, un jūs varat redzēt, ka patiesībā tā sastāv tikai no H2O, no ūdens. Tieši tādā nozīmē mēs raugāmies pagātnē, lai saprastu, no kā sastāv visums. Un šodien visums sastāv no tām lietām. Tikai no 12 daļiņām masas, salipinātām dabas spēku ietekmē. Kvarki, tās rozā lietas, ir tas, no kā sastāv protoni un neitroni, kas veido jūsu ķermeņu atomu kodolus. Elektrons — daļiņa, kas riņķo atomu kodolos — tiek noturēts orbītā, starp citu, elektromagnētiskā spēka ietekmē, kas piemīt šai lietai, protonam. Kvarkus kopā satur citas daļiņas, sauktas par gluoniem.

Un šiem te ir vājš kodolspēks, iespējams, vismazāk izpētīts. Bet bez tā saule nespīdētu. Un, kad saule spīd, ārā plūst bagātīgi daudzumi šo lietu, ko sauc par neutrino. Faktiski, ja jūs tikai paskatāties uz savu īkšķa nagu — aptuveni vienu kvadrātcentimetru —, no saules plūst neutrino, un katru sekundi kādi 60 miljardi no tiem šķērso katru kvadrātcentimetru no jūsu ķermeņa. Bet jūs tos nejūtat, jo vājais spēks ir pareizi nosaukts. Ļoti īss diapazons un ļoti vājš, tāpēc tie viekārši izlido jums cauri.

Un šīs daļiņas ir atklātas praktiski pēdējā gadsimta laikā. Pirmā daļiņa, elektrons, tika atklāta 1897. gadā, un pēdējo, pēdējo sauc par tau neutrino, atklāja 2000. gadā. Patiesībā tepat — es taisījot teikt, tepat netālu, Čikāgā. Es zinu, šī ir liela valsts, Amerika, vai ne? Tepat netālu. Salīdzinājumā ar visumu, tas ir tepat blakus.

(Smiekli)

Tātad, šī lieta tika atklāta 2000. gadā, tā kā tā ir relatīvi nesena aina. Manuprāt, viena no burvīgajām lietām ir tā, ka mēs esam atklājuši jebkuru no tām, ja padomā, cik maziņas tās ir. Zināt, to izmēru attiecība ir salīdzināma ar visu novērojamo visumu. Tātad 100 miljardu galaktiku, 13,7 miljardu gaismas gadu attālumā — to izmēru attiecība patiesībā ir tāda pati kā no Monterejas līdz šīm lietām. Absolūti, ārkārtīgi niecīgas, un tomēr, mēs esam atklājuši principā visu komplektu.

Viens no maniem visslavenākajiem priekštečiem Mančesteras Universitātē, Ernests Ruterfords (Ernest Rutherford), atoma kodolu atklājējs, reiz teica: "Visa zinātne ir vai nu fizika, vai pastmarku kolekcionēšana". Es nedomāju, ka viņš gribēja apvainot pārējās zinātnes nozares, lai gan viņš bija no Jaunzēlandes, tā kā tas ir iespējams.

(Smiekli)

Viņš gribēja teikt, ka tas, ar ko esam nodarbojušies, patiesībā ir pastmarku kolekcionēšana — labi, mēs atklājām daļiņas, bet, ja nesaprotat to pamatā esošos likumus un to sistēmu — zināt, kāpēc tās ir tādas, kādas tās ir —, jūs patiesībā tikai esat kolekcionējuši pastmarkas, nevis nodarbojušies ar zinātni. Par laimi mums, iespējams, ir viens no lieliskākajiem 20. gadsimta zinātnes sasniegumiem, kas apstiprina šo sistēmu. Ja vēlaties, tie ir Ņūtona likumi elementārdaļiņu fizikā. To sauc par "standarta modeli" — burvīgi vienkāršs matemātisks vienādojums. Varat to pielīmēt pie T krekla, kas vienmēr ir elegances pazīme. Tā nu tas ir.

(Smiekli)

Es biju mazliet negodīgs, jo izvērsu to visās briesmīgajās detaļās. Tomēr šis vienādojums ļauj aprēķināt visu — izņemot gravitāti —, kas notiek visumā. Tāpēc, ja vēlaties uzzināt, kāpēc debesis ir zilas, kāpēc atomu kodoli turas kopā — principā, jums ir pietiekami liels dators — kāpēc DNS ir tādā formā, kādā tā ir. Principā jums ir jāvar to aprēķināt ar šo vienādojumu.

Bet ir viena problēma. Vai kāds var pateikt, kāda tā ir? Pudeli šampanieša tam, kas to pateiks. Atvieglošu šo uzdevumu, palielinot vienu no rindām. Principā katrs no šiem terminiem attiecas uz kādu no daļiņām. Tātad W daļiņa tur attiecas uz W, un uz veidu, kā tās ir sastiprinātas kopā. Tāpat ar šiem vājā spēka nesējiem, Z daļiņām. Bet šajā vienādojumā ir papildu simbols: H. Tieši tā, H. "H" nozīmē "Higsa daļiņa". Higsa daļiņas nav atklātas. Bet tās ir nepieciešamas — tās ir nepieciešamas, lai matemātika darbotos. Tā kā visi ārkārtīgi detalizētie aprēķini, ko varam veikt ar to burvīgo vienādojumu, nebūtu iespējami bez papildu gabaliņa. Tā kā tā ir prognoze — jaunas daļiņas prognoze.

Ko tā dara? Nu, mums bija daudz laika izdomāt labas analoģijas. 1980. gados, kad vēlējāmies saņemt naudu LHC projektam no Apvienotās Karalistes valdības, Margareta Tečere tolaik teica: "Ja varat paskaidrot tādiem vārdiem, lai politiķis saprastu, ko jūs īsti darāt, tad varēsiet saņemt naudu. Es gribu zināt, ko tā Higsa daļiņa dara." Un mēs izdomājām analoģiju, un liekas, tā darbojās. Higsa daļiņas piešķir elementārdaļiņām masu. Un aina ir tāda, ka viss visums — un tas nenozīmē tikai telpu, tas nozīmē arī mani, un jūsu iekšieni — viss visums ir pilns ar Higsa lauku. Higsa daļiņām, ja vēlaties.

Analoģija ir tāda, ka cilvēki, kas atrodas istabā, ir Higsa daļiņas. Kad daļiņa pārvietojas visumā, tā var mijiedarbieties ar šīm Higsa daļiņām. Bet iedomājieties, ka pārvietojas pa istabu kāds ne pārāk populārs. Tad visi viņu ignorē. Viņš var šķērsot istabu ļoti ātri, principā gaismas ātrumā. Viņam nav masas. Un iedomājieties, ka istabā ienāk kāds, kas ir ļoti svarīgs un populārs, un inteliģents. Viņu ieskauj cilvēki, un viņiem ir grūtības šķērsot istabu. Tas ir gandrīz tā, itkā viņš kļūtu smags. Viņš kļūst masīvs. Un tieši tā darbojas Higsa mehānisms. Aina ir tāda, ka elektroni un kvarki jūsu ķermenī un visumā, kas mūs ieskauj, ir smagi un masīvi, jo tos aptver Higsa daļiņas. Tie mijiedarbojas ar Higsa lauku.

Ja šī aina ir patiesa, tad ar LHC mums ir jāatklāj tās Higsa daļiņas. Ja tā nav patiesa — jo tas ir diezgan sarežģīts mehānisms, lai arī tas ir visvienkāršākais, kādu mēs varējām izdomāt — tad LHC ir jāuzrodas kaut kam, kas veic Higsa daļiņu darbu. Tas ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc mēs uzbūvējām šo gigantisko iekārtu. Man prieks, ka atpazināt Margaretu Tečeri. Patiesībā es domāju to padarīt kulturāli saistošāku, bet — (Smiekli) jebkurā gadījumā. Tad nu tas ir viena lieta. Principā tā ir garantija par to, ko atradīs LHC.

Ir vēl daudzas citas lietas. Esat dzirdējuši par daudzajām lielajām problēmām elementārdaļiņu fizikā. Viena, par kurām dzirdējāt: tumšā matērija, tumšā enerģija. Ir arī cits jautājums, par dabas spēkiem — patiesībā tas ir visai skaisti —, paveroties pagātnē, liekas, ka to stiprums mainās. To stiprums tiešām mainās. Magnētiskais spēks, tas spēks, kas mūs satur kopā, kļūst stiprāks, pieaugot temperatūrai. Stiprais spēks, stiprais atomiskais spēks, kas satur kopā kodolus, kļūst vājāks. Un strandarta modelī var redzēt — varat aprēķināt, kā tie mainās —, ka spēki — trīs spēki, izņemot gravitāti — liekas gandrīz sastopamies vienā punktā. Tas ir gandrīz itkā būtu viens, skaists super-spēka veids, laika sākumā. Bet tie satiekas tikai gandrīz.

Ir terorija, ko sauc par supersimetriju, kura dublē daļiņu skaitu standarta modelī. Sākumā tā neizklausās pēc vienkārošanas. Bet patiesībā, izmantojot šo teoriju, varam redzēt, ka dabas spēki agrāk, Lielajā sprādzienā, liekas patiešām apvienojušies. Absolūti skaists pareģojums. Šis modelis netika izveidots, lai to izdarītu, bet liekas, ka tas to dara. Turklāt šīs supersimetriskās daļiņas ir ļoti spēcīgi tumšās matērijas kandidāti. Ļoti aizraujoša terorija, kas patiesībā ir galvenais fizikas virziens. Un ja es uz to saderētu, es saderēt uz to, ka — ļoti nezinātniskā veidā — ka ar LHC tiks iegūtas arī šīs lietas. Daudzas citas lietas, ko LHC varētu atklāt.

Bet pēdējās dažās minūtēs es tikai vēlētos jums sniegt citu perspektīvu par to, ko es domāju — ko elementārdaļiņu fizika patiesībā man nozīmē — elementārdaļiņu fizika un kosmoloģija. Un tas ir — es domāju, tā mums ir devusi brīnišķīgu stāstu — gandrīz vai stāstu par radīšanu, ja vēlaties — par šo visumu, no modernās zinātnes viedokļa pēdējo dažu desmitgažu laikā. Un es teiktu, šis stāsts ir pelnījis, Veida Deivisa (Wade Davis) runas garā, būt vismaz izlikts kopā ar tiem burvīgajiem stāstiem par radīšanu, ko stāsta Andu kalnu ļaudis un ļaudis no sasalušajiem ziemeļiem. Šis stāsts par radīšanu, manuprāt, ir tik pat burvīgs.

Stāsts ir šāds: mēs zinām, ka visums sākās pirms 13,7 miljardiem gadu, neticami karstā, blīvā stāvoklī, daudz mazāks par vienu atomu. Tas sāka izplesties apmēram miljon miljard miljard miljard miljardo daļu sekundes — es domāju, to es pateicu pareizi — pēc Lielā sprādziena. Gravitāte atdalījās no citiem spēkiem. Tad visums pārdzīvoja eksponenciālu izplešanos, sauktu par piepūšanos. Aptuveni pirmajā sekundes miljarddaļā sāka darboties Higsa lauks, un kvarki un gluoni, un elektroni, kas mums liek iegūt masu. Visums turpināja izplesties un atdzist. Dažas minūtes vēlāk visumā jau bija ūdeņradis un hēlijs. Tas arī viss. Aptuveni 75% no visuma bija ūdeņradis un 25% bija hēlijs. Arī vēl šodien.

Tas turpināja izplesties aptuveni 300 miljonus gadu. Tad caur visumu sāka ceļot gaisma. Tas bija pietiekami liels, lai būtu caurspīdīgs gaismai, un to mēs redzam kosmisko mikroviļņu fonā, ko Džordžs Smūts (George Smoot) aprakstīja kā skatīšanos Dieva sejā. Aptuveni 400 miljonus gadu vēlāk izveidojās pirmās zvaigznes, un ūdeņradis un hēlijs tad sāka pārvērsties smagākos elementos. Tātad dzīvības elementi — ogleklis, skābeklis un dzelzs, visi elementi, kas veido mūs — tika pagatavoti, veidojoties pirmajām zvaigznēm, kurām tad beidzās degviela un tās uzsprāga, izmeta tos elementus atpakaļ visumā. Tie atkal sakļāvās citā zvaigžņu un planētu paaudzē.

Un uz dažām no tām planētām skābeklis, kas tika izveidots pirmo zvaigžņu veidošanās laikā, varēja saplūst ar ūdeņradi, tā veidojot ūdeni, šķidru ūdeni uz virsmas. Vismaz uz vienas, un varbūt tikai uz vienas no šīm planētām attīstījās primitīva dzīvība, kas miljoniem gadu laikā attīstījās un kļuva par lietām, kas staigāja apkārt un atstāja pēdu nospiedumus Tanzānijas dubļu slāņos pirms aptuveni trīs ar pus miljoniem gadu, un galu galā atstāja pēdu nospiedumus citā pasaulē. Un izveidoja šo civilizāciju, šo burvīgo ainu, kas tumsu pārvērta gaismā, un tagad civilizāciju var redzēt no kosmosa. Kā teica liels mans varonis, Karls Sagans (Carl Sagan), šīs ir tās lietas — un patiesībā, ne tikai šīs, bet es skatījos apkārt — šīs ir tās lietas, kā Saturn V raķetes un Sputņiks, un DNS, un literatūra, un zinātne — šīs ir tās lietas, ko izdara ūdeņraža atomi, ja tiem dod 13,7 miljardus gadu laika.

Absolūti iespaidīgi. Un fizikas likumi. Vai ne? Tā kā pareizie fizikas likumi — tie ir skaisti līdzsvaroti. Ja vājais spēks būtu bijis mazliet citāds, tad ogleklis un skābeklis nebūtu stabils zvaigžņu kodolos, un visumā tādu nebūtu. Un es domāju, tas ir burvīgs un svarīgs stāsts. Pirms 50 gadiem es šādu stāstu nevarētu pastāstīt, jo mēs to vēl nezinājām. Tas man tiešām liek justies, ka civilizācija — kura, kā es teicu, ja ticat zinātniskajam stāstam par rašanos, ir radusies tikai fizikas likumu un dažu ūdeņraža atomu rezultātā — tad, es domāju, vismaz man, tas liek justies neiedomājami vērtīgam.

Tas nu ir LHC. Kad vasarā to ieslēgs, LHC noteikti ierakstīs nākamo nodaļu šajā grāmatā. Un es pilnīgi noteikti to gaidu ar neaptveramu uztraukumu par tā ieslēgšanu. Paldies.

(Aplausi)