Епизод 1: Защо фундаменталните изследвания са важни?
В продължение на хилядолетия, ние гледаме нагоре към звездите
и се питаме за естеството на Вселената и за нашето място в нея.
Колко голяма е нашата Вселена? От кога датира?
Кое е това което кара звездите да блестят?
Чрез фундаментални научни изследвания
учените ни помагат да развием нашето колективно познание,
да си отговорим на тези въпроси, от полза за цялото човечество.
Но освен задоволяването на нашето любопитство,
отговорите, които намираме довеждат и до нови въпроси.
Каква е природата на гравитацията?
Дали Вселената има само три измерения,
или има какво още да откриваме?
Защо получената при Големия взрив анти-материя изчезва,
оставяйки Вселената материална?
Какъв е произходът на масата?
Тук в CERN физици от цял свят се събират,
за да отговорят на някои от тези трудни въпроси.
За да си помогнем да разберем законите, които управляват Вселената,
ние сблъскваме частици при високи енергии
и регистрираме това, което се случва с помощта на гигантски детектори,
като Compact Muon Solenoid или експериментът CMS.
Големият адронен колайдер LHC ускорява протони
със скорост близка да скоростта на светлината,
преди да ги сблъска в самото сърце на CMS.
Енергията на сблъскващите се протоните се превръща в материя,
разпръсквайки частици във всички посоки.
Детекторът CMS действа като високоскоростна фото-камера.
Той записва сблъсъците 40 милиона пъти в секунда.
Записаното бива анализирано в последствие.
LHC ни помага да изследваме непозната територия.
Епизод 2: Концепция на LHC/CMS
Големият адронен колайдер LHC e разположен в 27-км подземен пръстен,
който се намира на около 100 метра под швейцарско-френската граница близо до Женева.
Това е най-мощният ускорител на частици, строен някога
и има за цел да сблъсква протони до 40 милиона пъти всяка секунда.
Тези сблъсъци се осъществяват в четири точки от пръстена.
Във всяка от тези точки е разположен голям детектор на частици.
Всеки детектор е построен и се експлоатира от различни международни колективи.
CMS и ATLAS са двата детектора с общо предназначение,
проектирани да наблюдават нова физика, която природата може да ни предостави.
CMS, което е съкращение от Compact Muon Solenoid,
получава името си от факта, че на 15 метра височина и 21 метра дължина
са разположени всички детектори, в компактен вид.
Той е предназначен да откриване с голяма точност частици наречени мюони.
CMS има най-мощният магнит - тип соленоид създаван някога.
Детекторът тежи 14 000 тона
и има около 75 милиона индивидуални канала
за откриване и идентифициране на различни частици.
CMS е направен от няколко слоя.
Най-вътрешният под-детектор е силициев тракер,
който регистрира траекториите на заредените частици.
Следващите слоеве са електромагнитен калориметър
и адронен калориметър,
които заедно измерват енергията на електроните, фотоните
и съставните частици наречени адрони.
Следва самия магнит (соленоида)
и накрая мюонните детектори, които изграждат външните слоеве.
Потенциално интересните данни от събития при сблъсъците,
се съхраняват за по-нататъшен анализ,
а останалите се премахват.
Самият анализ се извършва по целия свят, използвайки Worldwide LHC Computing Grid
който свързва в единна мрежа
хиляди компютри в много страни.
CMS е публикувал до момента над 300 научни статии,
базирани на 64 петабайта данни събрани и анализирани до началото на 2013 година.
Епизод 3: Изграждане и експлоатация на CMS
Експеримента CMS се намира в селището Cessy - Франция,
на около 10 км от главния корпус на ЦЕРН.
Изкопаването на голяма подземна кухина, в която се помещава детектора CMS започва през 1999 година.
По време на началните изкопни работи, инженерите се натъкват на нещо неочаквано:
руини на римска вила, датираща от 309 г. и 315 г. пр.Хр.
с множество монети и керамика.
Второ предизвикателство очаква
работещите по време на изкопните работи преминаване през подземен поток вода.
Инженерите се справят с това като замразяват водата,
копаят през нея и бетонират,
продължавайки изграждането на 100 метра дълбоката шахта.
В същото време CMS детектора се строи на повърхността
с компоненти изпратени до Cessy от всички краища на света.
CMS детекторът е проектиран на сегменти.
След построяването на всеки сегмент
с помощта на мощен кран той се спуска под земята,
където се довършва сглобяването на детектора.
Най-тежкият сегмент с тегло около 2000 тона
е спуснат за 10 часа при много прецизна операция.
През 2009 г. CMS записва първите събития от сблъсъците
на протони снопове, което бива приветствано от цял свят.
На 4 юли 2012 г. CMS обяви откриването на нова частица,
сега потвърдено, че е Хигс бозон.
Физиците продължават да търсят други нови частици и явления,
за да решат много от останалите без отговор въпроси.
Епизод 4: Какви са бъдещите предизвикателства на CMS?
Откриването на Хигс бозон през 2012 г. спомогна за затвърдяване на познанието за масата
на основните градивни елементи на нашата Вселена.
Но това е само първата стъпка за LHC.
Ще бъдат необходими години да изучат свойствата
на тази новооткрита частица.
За това ускорителят е построен с цел дългосрочна експлоатация.
Нашето най-добро познание за частиците
и три от четирите сили които ги управляват е базирано на т.нар.
Стандартен модел във физиката на елементарните частици.
Въпреки десетилетия на правилни прогнози, физиците знаят
че Стандартния модел не ни показва цялата картина.
Теоретиците предлагат няколко разширения на Стандартния модел.
Много от тях включват прогнози, които могат да бъдат тествани на LHC и CMS.
Те включват търсенето на тъмна материя и допълнителни измерения,
както и обяснения за асиметрията на материя-антиматерия
в нашата Вселена.
През 2015 г LHC започна нов период на експлоатация
при най-високо постиганата енергия някога от ускорител на частици.
Този нов хоризонт се очаква да осигури изобилие от нови данни,
които учените в CMS с нетърпение ще анализират с надеждата
да разкрият и най-строго пазените тайни на природата.
CMS ще работи най-малко още две десетилетия
претърпявайки сериозно развитие с течение на времето.
Произвеждат се нови детектори и
съществуващите такива се модернизират.
Ново научно пътуване току-що започна и
ние очакваме с нетърпение да продължим това приключение,
гледайки в най-дълбоките тайни на природата.