Znanost LHC – LOVAC NA TAJNE SVEMIRA

Što nam je 2010. otkrio najveći eksperiment na svijetu?

Veliki hadronski sudarač (LHC) ostvario je u 2010. godini neočekivan uspjeh, a već su prvi rezultati njegova rada otkrili zanimljive informacije o ranom razvoju svemira i zakonima fizike koji su njime upravljali

LHC je ubrzivač fizičkih čestica s najvećom snagom u svijetu. Smješten je u tunelu kružnog oblika, opsega 27 km, između 50 i 175 metara pod zemljom kraj francusko-švicarske granice nedaleko od Ženeve.

U vakuumu akceleratora elektrode djeluju na naboj protona i iona i ubrzavaju ih do brzine gotovo jednake brzini svjetlosti dok golemi elektromagneti zakrivljuju njihovu putanju. U sudarima se stvaraju egzotične čestice i stanja materije vrlo kratka vijeka koja je inače u prirodi gotovo nemoguće istraživati.

Namijenjen je za eksperimente u području fizike visokih energija, a izgradila ga je Europska organizacija za atomska istraživanja (CERN) u suradnji više od 10.000 znanstvenika iz preko 100 zemalja, kao i stotina sveučilišta i laboratorija. Iako Hrvatska još uvijek nije članica CERN-a, u njegovu radu sudjeluje i poveća skupina naših znanstvenika poput Kreše Kadije, Vuke Brgljevića, Tome Antičića, Srećka Morovića, Vedrana Nikolića, Tatjane Šuše i Senke Pintarić. Najvažnije uspjehe akceleratora pratili smo i na stranicama tportala.

Ciljevi LHC-a

Fizičari se nadaju da će LHC odgovoriti na brojna pitanja fizike o temeljnim zakonima koji upravljaju interakcijama i silama među elementarnim česticama, o strukturi vremena i prostora te o sprezi kvantne teorije i teorije relativnosti koje se uglavnom međusobno isključuju - Opća teorija relativnosti bavi se makro pojavama poput gravitacijskih polja u vremensko prostornom kontinuumu, dok kvantna teorija opisuje svijet čestica, odnosno interakcije materije i energije malih razmjera. Evo najvažnijih među njima:

1. Postoji li Higgsov bozon i ostvaruje li se Higgsov mehanizam stvaranja masa elementarnih čestica u prirodi? Higgsov bozon je hipotetska elementarna čestica kojom se, prema standardnom modelu fizike, objašnjava masa drugih čestica, a posebno zašto su neki bozoni masivni za razliku od fotona koji nemaju masu. Teoriju o njegovu postojanju postavio je još 1964. godine škotski fizičar Peter Ware Higgs, međutim ona do danas nije eksperimentalno dokazana. Znanstvenici se nadaju da će Higgsov bozon stvoriti u sudarima protona s protonima. Istraživanja bi trebala potvrditi ili pobiti postojanje Higgsova bozona i time upotpuniti ili pobiti standardni model.
2. Postoji li u prirodi supersimetrija koja je proširenje standardnog modela i Poincareove simetrije, odnosno imaju li sve poznate čestice svoje supersimetrične partnere?
3. Postoje li dodatne dimenzije kao što predviđaju modeli poput teorije struna te možemo li ih mi otkriti?
4. Kakva je priroda tamne tvari koja vjerojatno sačinjava oko 23 posto ukupne tvari u svemiru?
5. Jesu li tri od ukupno četiri temeljne sile prirode - elektromagnetizam, snažna sila i slaba sila samo različite manifestacije jedinstvene sile kao što predviđa velika jedinstvena teorija?
6. Zašto je gravitacija, kao četvrta temeljna sila, toliko slabija od ostale tri?

Zašto se CERN-ov akcelerator zove hadronski?

Hadroni (od grčkog hadros, što znači jak, čvrst) su čestice koje se sastoje od kvarkova međusobno povezanih tzv. snažnom silom – najsnažnijom od četiri temeljne sile u prirodi. Najpoznatiji hadroni su protoni i neutroni – sastavni dijelovi jezgre atoma (osim protona svi hadroni su nestabilni; neutron je stabilan kada se nalazi u jezgri atoma), a sudari u LHC-u zapravo su sudari hadrona.

Važni datumi i ostvarenja u radu LHC-a u 2010.

28. veljače – pokrenuta prva zraka

Veliki hadronski sudarač je krajem veljače, nakon nekih tehničkih problema na magnetima u 2009. godini, konačno uspješno započeo rad i pokrenuo prvu zraku.

30. ožujka – počeli prvi sudari

Krajem ožujka započeli su prvi sudari zraka pri energiji od 3,5 TeV (tera elektron volti) po svakoj od njih. LHC je dizajniran tako da može postići sudare od 7 TeV po zraci protona te 574 TeV po jezgri iona olova.

8. studenoga – stvoreni prvi minijaturni veliki praskovi

U sudarima iona olova u eksperimentu ALICE stvoreni su minijaturni veliki praskovi s najvišim temperaturama i gustoćama dosad. Procesi su se odvijali u sigurnom kontroliranom okolišu u kojem su temperature prelazile deset trilijuna stupnjeva - milijun puta više od onih u središtu Sunca - na kojima se čak i protoni i neutroni otapaju i stvaraju vruću juhu kvarkova i gluona poznatu kao kvark-gluonska plazma. Fizičari se nadaju da će proučavanjem te plazme saznati nešto više o tzv. snažnoj sili, koja je zaslužna ne samo za održavanje jezgara atoma na okupu, već i za 98 posto njihove mase.

Detektor ALICE težak 10.000 tona posebno je dizajniran za istraživanje ekstremnih uvjeta koji nastaju u sudarima iona olova. (Pročitajte više)

18. studenoga – prvi put zarobljena antimaterija

U eksperimentu ALPHA sredinom studenoga znanstvenici su prvi put uspjeli za duže vrijeme zarobiti stvorene atome antivodika, čime je otvorena mogućnost za nova detaljna mjerenja i uspoređivanje materije i antimaterije.

Antimaterija, odnosno njezin manjak u svemiru, još uvijek predstavlja jedan od najvećih znanstvenih misterija. Tvar i njezina suprotnost po svemu su iste osim po suprotnim nabojima, a kada se sretnu stvaraju golemu energiju u obliku zračenja.

U Velikom prasku u kojem je svemir začet prije 13,7 milijardi godina, materija i antimaterija morale su nastati u jednakim količinama. Međutim, znamo da je današnji svijet izgrađen od materije, dok je antimaterija na neki misteriozan način nestala. Kako bi otkrili što se i kako se dogodilo, znanstvenici se koriste cijelim nizom metoda koje trebaju pokazati postoje li malene razlike u njihovim svojstvima koje bi mogle objasniti takav neobičan tijek stvari.

Budući da se tvar i njezina suprotnost u srazu poništavaju, život antivodika vrlo je kratka vijeka. Međutim, on se može produžiti snažnim, složenim magnetskim poljima koja ga zarobljavaju i sprečavaju njegov kontakt s materijom. U eksperimentu ALPHA njihov je život produžen na oko petinu sekunde (170 milisekundi), što je dovoljno za podrobnije studije. Od tisuća stvorenih antiatoma ALPHA je njih 38 uspio dovoljno dugo zadržati u zatočeništvu za obavljanje potrebnih studija. (Pročitajte više)

19. studenoga – rani svemir je bio tekući, a ne plinovit

Eksperiment ALICE otkrio je da se kvark-gluonska plazma kakva je vjerojatno postojala neposredno nakon Velikog praska ponaša kao skoro idealna tekućina, a ne kao plin, kako su neke teorije predviđale.

Sudari iona olova u LHC-u odvijali su se na najvećim dosad ostvarenim energijama od 574 TeV i stvarali temperaturu oko 100.000 puta veću od one u središtu Sunca. (Pročitajte više)

27. studenoga – potvrđeno stvaranje kvark-gluonske plazme

Fizičari su dobili jasne potvrde da su u sudarima u eksperimentu ALICE stvorili kvark-gluonsku plazmu.

Prema fizikalnim teorijama, u prvim trenucima nakon Velikog praska, u kojem je prije 13,7 milijardi godina nastao svemir, materija je bila toliko vruća da se atomi nisu mogli oblikovati, već je prostor ispunjavala tzv. kvark-gluonska plazma – svojevrsna 'juha' sastavljena od slobodnih kvarkova i gluona. Eksperiment ALICE  je prvi put izravno zabilježio fenomen koji je poznat kao 'jet quenching', odnosno suzbijanje mlaza, a važna je potvrda da se plazma stvarno formirala. (Pročitajte više)

6. prosinca – zaustavljen rad


LHC je u 2010. ostvario rezultate koji su bili iznad svih očekivanja, osobito u eksperimentima s ionima. Budući da se izvori iona olova moraju napuniti svakih 20 dana, eksperimenti su obustavljeni u ponedjeljak, 6. prosinca. Akcelerator će se nekoliko tjedana odmarati i podešavati, a ponovno će se pokrenuti u siječnju kako bi s istraživanjima nastavio oko 21. veljače 2011. godine.

Planovi za 2011. – otkrivanje novih dimenzija i paralelnih svemira

Fizičari se nadaju da će sljedeće godine dobiti prve potvrde o postojanju paralelnih svemira i skrivenih dimenzija, omiljenih u krugovima autora znanstvenofantastične literature.

Kako se Veliki hadronski sudarač ubacuje u sve više brzine, tako se u CERNU sve češće raspravlja i o konceptima nove fizike koji bi mogli potpuno promijeniti sadašnje shvaćanje svemira i njegova djelovanja.

'Paralelni svemiri, nepoznati oblici materije i dodatne dimenzije nisu plod mašte pisaca jeftine znanstvene fantastike, već vrlo konkretne fizikalne teorije koje znanstvenici nastoje potvrditi u LHC-u i drugim eksperimentima', objavljeno je u CERN-ovu biltenu od listopada.

U prvim mjesecima 2011, ako sve bude kako treba, sudari bi se mogli zbivati u golemim razmjerima koje znanstvenici nazivaju 'inverzni femtobarn' (femtobarn je pojam za malo u fizici i oznaka je za 10 na −43 m2). Ovakvo mnoštvo sudara trebalo bi znanstvenicima dati obilje novih zanimljivih informacija.

CERN-ovi teoretičari smatraju da bi rezultati, među ostalim, mogli jasno ukazati na postojanje dodatnih dimenzija uz postojeće (dužina, širina, visina i vrijeme) jer bi mogli pokazati da čestice nestaju u njima i potom se ponovno pojavljuju u klasične četiri.

Neke fizikalne teorije, poput teorije struna, u svojem se tumačenju fundamentalnih sila temelje na pretpostavci o postojanju posebnih dimenzija. U tim dimenzijama mogli bi se skrivati i paralelni svemiri, međutim samo gravitacijske vrste kojima svjetlost ne može putovati, što znači da ih je gotovo nemoguće istražiti.
  • Sviđa vam se članak? Preporučite ga prijateljima putem ovih servisa:
  • Pošaljite mailom
Čitajte još