Brian Cox despre acceleratorul de particule al CERN

Acesta este Marele Accelerator de Hadroni. Are circumferința de 27 de km Este cel mai mare experiment științific realizat vreodată. Peste 10,000 de fizicieni și ingineri din 85 de țări din întreaga lume s-au adunat de-a lungul a mai multor zeci de ani pentru a construi acestă mașină. Ceea ce facem este să accelerăm protoni -- deci nuclee de hidrogen -- la aproximativ 99.999999 la sută din viteza luminii. Corect? La acea viteză, ei parcurg acei 27 km de 11.000 ori pe secundă. Și îi ciocnim cu încă un fascicul de protoni venind din direcția opusă. îi ciocnim în interiorul unor detectoare gigant.

Care sunt în esență camere digitale de fotografiat. Iar acesta este cel la care lucrez eu, ATLAS. Vă puteți da seama cât de cât de mărimea lui -- cred că puteți vedea acești oameni de mărime europeană standard ce se află dedesubt.

(Râsete)

Vă puteți da seama de dimensiune: 44 de metri în lățime, 22 de metri diametrul, 7.000 de tone. Și recreăm condițiile care au fost prezente la mai puțin de o miliardime de secundă după începutul universului -- de până la 600 de milioane de ori pe secundă în interiorul detectorului -- numere imense. Dacă vedeți acele bucăți de metal de acolo -- acelea sunt magneți imenși care curbează particulele încărcate electric, pentru a putea stabili cât de rapid se deplasează. Aceasta este o imagine de acum aproximativ un an. Magneții aceștia sunt acolo. Și, iarăși, o persoană de mărime europeană standard, pentru a vă da seama de mărime. Acolo vor fi create acele mini Big Bang-uri, cândva pe timpul verii în acest an.

Și de fapt, chiar în dimineața asta am primit un email în care se spunea că tocmai am terminat, astăzi, de construit ultima piesă din ATLAS. Așa că de astăzi, este terminat. Mi-ar plăcea să spun că am plănuit asta pentru TED, dar nu am făcut-o. Așa că astăzi este finalizat.

(Aplauze)

Da, este o realizare minunată. Dar ați putea întreba, „De ce?” „De ce să creăm condițiile care erau prezente la mai puțin de o miliardime de secundă după începutul universului?” Ei bine, fizicienii implicați sunt foarte ambițioși. Iar scopul fizicii particulelor este să înțelegem din ce este făcut totul, și cum se formează lucrurile. Și prin „tot”, înțeleg, bineînțeles, eu și dvs., Pământul, Soarele, Cele o sută de miliarde de stele din galaxia noastră și cele o sută de miliarde de galaxii din universul observabil. Absolut tot.

Acum ați putea să spuneți, „Păi, bine, dar de ce nu ne uităm la el și atât?” Știți? Dacă vrem să aflăm din ce sunt eu făcut, să ne uităm la mine. Păi, am descoperit că pe măsură ce privești înapoi în timp, universul devine din ce în ce mai fierbinte, din ce în ce mai dens și din ce în ce mai simplu. Acum, nu există un motiv pentru asta de care să fiu eu conștient, dar așa pare să se întâmple. Așadar, în momentele timpurii ale universului, noi credem că era foarte simplu și ușor de înțeles. Toată această complexitate, toate aceste lucruri minunate -- creierul uman -- sunt o proprietate a unui vechi și rece și complicat univers. La început, în prima miliardime de secundă, noi credem, sau am observat, că era foarte simplu.

E aproape ca ... Imaginați-vă că țineți un fulg de zăpadă în mână, și îl priviți, și este un obiect incredibil de complex și de frumos. Dar pe măsură ce îl încălziți, se va topi într-o picătură de apă, și ați putea să vedeți ca de fapt a fost alcătuit din H20, din apă. Cam în același mod ne uităm înapoi în timp pentru a înțelege din ce este făcut universul. Și astăzi, noi credem că este făcut din aceste lucruri. Doar 12 particule ale materiei, interacționând reciproc cu ajutorul a patru forțe ale naturii. Quarcii, aceste lucruri roz, sunt acele lucruri care alcătuiesc protonii și neutronii care la rândul lor alcătuiesc nucleele atomilor din corpul tău. Electronul, acel lucru care se rotește în jurul nucleului atomic -- ținut în orbită, apropo, de forța electromagnetică care este realizată de acest lucru, fotonul. Quarcii sunt ținuți împreună de alte lucruri, care poartă numele de gluoni.

Iar acestea, de aici, reprezintă forța nucleară slabă, probabil cea mai puțin cunoscută. Dar fără ea Soarele nu ar mai străluci. Iar când Soarele strălucește, se eliberează cantități imense din aceste lucruri numite neutroni. De fapt, dacă ne uităm la unghia degetului mare, de aproximativ un centrimetru pătrat, prin ea trec aproximativ 60 de miliarde de neutroni în fiecare secundă ce provin de la Soare, și care trec prin fiecare centimetru pătrat al corpului. Dar nu simțim aceste particule pentru că forța slabă nu este numită așa degeaba. Cu rază scurtă de acțiune și foarte slabă, așa că neutronii trec direct prin noi.

Iar particulele acestea au fost descoperite majoritatea în ultimul secol. Primul, electronul, a fost descoperit în 1897, iar ultimul, acest lucru numit neutron, în anul 2000. De fapt, tocmai vroiam să spun, nu departe de aici, în Chigago. Știu că este o țară mare, America se numește, nu ? Chiar aici, peste drum. În raport cu Universul, chiar nu este o distanță mare.

(Râsete)

Așadar lucrul acesta a fost descoperit în anul 2000, așa că a fost descoperit relativ recent. E un lucru uimitor, de fapt, mă gândesc, că am reușit să le descoperim, având în vedere ce dimensiuni mici au. Știți, este un nou pas în ceea ce privește dimensiunile față de Universul observabil. 100 de milioarde de galaxii, 13.7 miliarde de ani lumină departare, un pas în dimensiune de la astea până la Monterey, este de fapt, cam la fel de la Monterey la lucrurile despre care vorbim. Absolut incredibil de minuscule, și totuși am reușit să descoperim cam tot setul.

Unul dintre cei mai iluștri înaintași ai mei, de la Universitatea din Manchester, Ernest Rutherford, descoperitorul nucleului atomic, spunea odată: „Știința este ori fizică ori colecționare de timbre.” Acum, nu cred că a intenționat să insulte restul științelor, deși era din Noua Zeelandă, deci este posibil.

(Râsete)

Dar ceea ce a vrut să spună este că tot ce am făcut, este de fapt, o colecționare de timbre. Bine, am descoperit particulele, dar dacă nu înțelegem principiile care stau la baza acestei structuri, știți, motivul pentru care este construită așa, nu am făcut făcut realmente decât să colecționăm timbre - nu am făcut știință. Din fericire, avem probabil una dintre cele mai mărețe realizări științifice ale secolului al XX-lea. care stă la baza acestei structuri. Este un fel de lege a lui Newton, dacă vreți, pentru fizica particulelor. Poartă numele de „modelul standard”, ecuații matematice minunate prin simplitatea lor Ați putea să le imprimați pe un tricou, ce ar fi mereu un simbol al eleganței. Acestea sunt.

(Râsete)

Nu am fost foarte inspirat, pentru că le-am extins în cele mai crude detalii. Aceste ecuații, totuși, ne permit să calculăm orice în afară de gravitate, ce se întâmplă în Univers. Așa că dacă vreți să știți de ce e cerul albastru, sau de ce stau împreună aceste particule și cum, în principiu, dacă aveți un computer destul de puternic, de ce este ADN-ul în forma în care este. În principiu, ați putea să calculați aceste lucruri cu ajutorul ecuațiilor.

Dar apare o problemă. Vede cineva care e aceasta ? O sticlă de șampanie pentru cine reușește să îmi spună. O să ușurez lucrurile, de fapt, prin ștergerea unei linii de aici. În esență, fiecare dintre acești termeni se referă la unele dintre particule. Așa că acei Ws de aici se referă la Ws, si la cum se comportă aceștia. Acești purtători ai forței slabe, cu numele de Zed, la fel. Dar este un simbol în plus în această ecuație: H. Da, așa e, H. H reprezintă particula Higgs. Particulele Higgs nu au fost încă descoperite. Dar sunt necesare, sunt necesare pentru a face acele ecuații matematice să funcționeze. Așadar toate acele calcule detaliate pe care le putem face cu ajutorul acelor minunate ecuații, nu ar fi posibile fără acest strop de informație în plus. Este și o prezicere, o prezicere a unei noi particule.

Ce face ea? Păi, ne-a luat ceva până am realizat niște analogii bune. Și în anii 1980, atunci când aveam nevoie de finanțare pentru LHC de la guvernul Marii Britanii, Margaret Thatcher, spunea în vremurile alea, „Dacă voi puteți să explicați, într-un limbaj pe care l-ar putea înțelege un politician, ce Dumnezeului faceți voi acolo, atunci primiți banii. Vreau să știu ce anume face această particulă Higgs.” Și am realizat această analogie care părea să dea roade. Păi, ce anume face particula Higgs este să ofere masă particulelor fundamentale. Și așa întregul univers, și asta nu înseamnă doar spațiul, înseamnă la fel de bine, și interiorul dvs. întregul univers este plin de ceva numit câmp Higgs. Particule Higgs, dacă doriți.

Această analogie este că acesti oameni din încăpere sunt particulele Higgs, Acum când o particulă se deplasează prin univers, poate interacționa cu aceste particule Higgs. Dar imaginați-vă că cineva care nu este așa de agreat se deplasează prin încăpere. Toată lumea lumea îl va ignora, poate trece foarte rapid prin încăpere, în esență la viteza luminii. Nu au masă. Și imaginați-vă că cineva foarte important și celebru și inteligent intră în încăpere. Este înconjurat de oameni, și trecerea lor prin încăpere este împiedicată. Este aproape ca și cum ar deveni grei. Chiar foarte grei. Și exact așa funcționează și mecanismul Higgs. Electronii și quarcii din corpul dvs. și din Univers pe care îi putem observa au greutate, într-un fel, sunt masivi, pentru că sunt înconjurați de particule Higgs. Interacționează cu câmpul Higgs.

Dacă așa stau lucrurile, atunci trebuie să descoperim aceste particule Higgs cu ajutorul LHC. Dacă nu este corect, pentru că este un mecanism destul de complicat, deși este cel mai simplu la care ne-am putut gândi, atunci orice altceva ce face treaba particulelor Higgs știm că trebuie la un moment dat să apară în cadrul experimentului LHC. Deci ăsta ar fi unele dintre motivele cele mai importante pentru care am construit această mașinărie. Mă bucur că ați recunoscut-o pe Margaret Thatcher. De fapt, m-am gândit să fac analogia mai relevantă din punct de vedere cultural, dar. (Râsete) oricum. Deci ăsta ar fi un motiv. Este în primul rând o garanție a ceea ce LHC va descoperi.

Mai sunt și multe alte lucruri. Ați auzit mulți despre problemele mari din fizica particulelor. Una dintre ele despre care ați auzit: materie întunecată, energie întunecată. Mai este o problemă, aceea a forțelor din natură - este chiar frumoasă, dacă mă gândesc, forțele par pe măsură ce te întorci în timp, să își modifice puterile. Da, chiar își modifică din putere. Așadar forța electromagnetică, forța care menține particulele împreună, devine mai puternică pe măsură ce crește temperatura. Forța tare, forța puternică din interiorul nucleului, care menține nucleul, devine însă mai slabă. Și ceea ce vedeți este modelul standard, cu care puteți calcula cum aceste forțe, aceste trei forțe, exceptând gravitația, par aproape că se contopesc la un moment dat. Este ca și cum ar fi existat un singur frumos fel de super forță, înapoi la începutul timpului. Dar poate să nu fie chiar așa.

Acum a apărut o nouă teorie numită teoria supersimetriei, care dublează numărul de particule prezente în modelul standard. Lucru care, la prima vedere, nu prea pare o simplificare. Dar de fapt, cu această teorie, aflăm că forțele naturii chiar par toate a se unifica, în timpul Big Bang-ului. O profeție absolut minunată. Acest model nu a fost realizat pentru asta, dar se pare că asta face. De asemenea, acele particule supersimetrice sunt candidați foarte serioși pentru materia neagră. Așa apare o nouă și foarte atrăgătoare teorie care constă de fapt în întregime din fizică. Și dacă ar fi să pun un pariu, aș pune pariu într-un mod foarte neștiințific, că exact aceste lucruri se vor ivi si la LHC. Și multe alte lucruri pe care LHC le poate descoperi.

Dar în aceste ultime minute, aș dori să vă ofer o perspectivă diferită asupra a ceea ce eu cred că fizica particulelor înseamnă cu adevărat pentru mine, fizica particulelor și cosmologia. Și eu cred că ne-a oferit un minunat șir narativ, poate chiar o poveste a creației, dacă doriți, a Universului, știința modernă în ultimele câteva decenii. Și eu aș zice că ar merita în spiritul prezentării lui Wade Davis, să fie cel puțin pusă pe același nivel cu acele minunate povești creaționiste ale oamenilor din Anzii înalți sau din nordul înghețat. Aceasta este o poveste creaționistă, cred eu, la fel de minunată.

Și povestea e cam așa: știm că Universul a început acum 13.7 miliarde de ani în urmă, într-o stare incredibil de fierbinte și de densă, și mult mai mică decât un singur atom. A început să se extindă după o milionime a unei miliardimi a unei miliardimi a unei miliardimi a unei miliardimi de secundă după momentul Big Bang-ului. Gravitatea s-a separat de celelalte forțe. În acel moment Universul a suferit o expansiune exponențială numită inflație. În aproximativ prima milionime de secundă, câmpul Higgs a intervenit, iar quarcii și gluonii și electronii care ne formează au început să aibă masă. Universul a continuat să se extindă și să se răcească. După câteva minute, deja exista hidrogen și heliu în univers. Și asta e tot. Universul era în jur de 75% hidrogen, și 25% heliu. Și cam așa este și astăzi.

Expansiunea a continuat în jur de 300 de milioane de ani. Iar atunci lumina a început să se propage prin univers. Era destul de amplu pentru a fi transparent pentru lumină, iar asta este ceea ce observam pe fundalul microundelor cosmice lucru pe care George Smoot l-a descris ca privind chipul lui Dumnezeu. După aproximativ 400 de milioane de ani, primele stele s-au format și hidrogenul, heliul, au început să producă elemente mai grele. Așadar, elementele vieții carbon, și oxigen și fier, sunt elementele de care avem nevoie pentru viață au fost produse în acele prime generații de stele, care au rămas în cele din urmă fără combustibil, au explodat și au aruncat acele elemente înapoi în Univers. Apoi au re-colapsat într-o noua generație de stele și planete.

Iar pe unele dintre acele planete, oxigenul care a fost creat în acea primă generație de stele a putut interacționa cu hidrogenul formând astfel apă, apă în stare lichidă la suprafață. Pe cel puțin una, și poate chiar singura dintre acele planete, viața primitivă a început să evolueze, și a evoluat de-a lungul milioanelor de ani în ființe care merg în poziție verticală și care au lăsat urme de pași acum 3 milioane și jumătate în mlaștinile din Tanzania, și care în cele din urmă, au lăsat urme de pași și pe o altă lume. Și care au construit această civilizație, această imagine minunată, care a transformat întunericul în lumină, și puteți vedea această civilizație din spațiu. Și unul dintre eroii mei, Carl Sagan, spunea, că există lucruri, și de fapt, nu numai acestea, dar chiar mă uitam în jur, există lucruri, precum rachetele Saturn V, și Sputnik, Și ADN, si literatura și știința, acestea sunt lucrurile care le fac atomii de hidrogen, dacă li se acordă 13.7 miliarde de ani.

Absolut incredibil. Și, despre legile fizicii, nu? Așadar, legile corecte ale fizicii, sunt foarte frumos echilibrate. Dacă forța slabă ar fi fost foarte puțin diferită, atunci carbonul și oxigenul nu ar mai fi fost stabile înăuntrul stelelor, și nu ar mai exista nimic din ce am spus mai devreme în Univers. Și eu cred că asta este o minunată și importantă poveste. Acum 50 de ani nu aș fi putut să spun această poveste, pentru că nu aș fi știut-o. Acest lucru mă face să simt că această civilizație, despre care, aș putea spune, dacă vă încredeți în povestea științifică a creației, că a apărut ca un pur rezultat al legilor fizicii, și a câtorva atomi de hidrogen, atunci cred, cel puțin pentru mine, că mă face să mă simt incredibil de valoros.

Așadar acesta ar cam fi LHC. LHC cu siguranță, când va fi pornit în vară, va scrie un nou capitol în această carte. Și cu siguranță aștept cu mare entuziasm momentul în care va fi pornit. Vă mulțumesc.

(Aplauze)