ZURICH - Podzemni betonski tunel dug 27 kilometara prolazi kroz Švicarsku i Francusku, na dubini između 50 i 174 metara. U njemu se nalazi najskuplji znanstveni instrument u povijesti čovječanstva. U njegovoj izgradnji sudjelovalo je 10.000 znanstvenika i inženjera iz više od 100 zemalja, a koštao je više od 7,5 milijardi eura. Radi se, naravno, o Velikom hadronskom sudaraču (LHC), najvećem svjetskom akceleratoru čestica, koji je u nedjelju ponovno počeo s radom.
Prošlo je više od dvije godine od kada su zadnji put kroz dvije vakuumske cijevi okružene supravodljivim magnetima poslane zrake protona. Tada su nam otkrile postojanje Higgsovog bozona, nakon čega su poslane na zasluženi odmor.
Dvije su godine inženjeri nadograđivali ionako impresivan stroj kako bi postao još moćniji. Umjesto početne energije sudara od 7 TeV (Teraelektronvolti), čestice će se sad sudarati pri energiji od čak 13 TeV.
Brojke su to i pojmovi koji većini ljudi ne predstavljaju ništa smisleno. Daleko su izvan našeg svakodnevnog poimanja, ali iza sebe skrivaju ključne tajne našeg univerzuma.
LHC je potrebno ohladiti na temperaturu nižu od one u dubokom svemiru kako bi bio spreman za rad (Foto: AFP)
Stvaranje novih čestica
Prilikom svakog sudara čestica oslobađa se velika količina energije. Kako je još Albert Einstein davno razotkrio, masa i energija su međusobno ekvivalentne, i tolika količina energije nerijetko uspije stvoriti nove čestice. Što je veća energija, to je veća i masa čestica koje mogu nastati.
LHC je bio prvi sudarač na svijetu koji je uspio otkriti misteriozni Higgsov bozon, mase oko 126 GeV. Za to otkriće su François Englert i Peter Higgs dobili i Nobelovu nagradu za fiziku 2013. godine, no znanstvenici se nadaju da je to bio tek početak spektakularnih spoznaja koje će nam otkriti LHC.
Akceleratori čestica su poput mikroskopa kojima proučavamo najsitnije elemente od kojih se sastoji sve oko nas. Otkrivaju nam fundamentalne čestice, ali i fundamentalne sile koje su temelj svih zakona fizike. Energija sudara u toj je analogiji poput povećanja koje možemo postići, a LHC je sada spreman pogledati dijeliće svemira o kojima smo do sada samo teoretizirali.
CMS, jedan od četiri glavna detektora u kojima se sudaraju protoni. Njegova je uloga pronalazak novih, nepoznatih čestica (Foto: AFP)
Što je iza Standardnog modela?
Vodeća moderna teorija fizike je takozvani ‘Standardni model’ - on opisuje 17 elementarnih čestica, od kojih 12 sačinjava svu materiju za koju znamo, a 5 služi kao ‘glasnici sila’. Radi se o najpotpunijem modelu koji objašnjava svijet na kvantnoj razini, ali se nikako ne može smatrati konačnim.
Unatoč svemu što su znanstvenici otkrili do sada, postoje iznimno važna pitanja na koja još uvijek nemamo zadovoljavajuće odgovore, već samo razne hipoteze teoretskih fizičara.
Goruća pitanja moderne fizike su ‘što je tamna tvar’ i ‘što je tamna energija.’ Jedna od teorija koja bi proširila Standardni model zove se ‘Supersimetrija’ i predviđa postojanje dodatnih čestica, koje bi redom imale veću masu od svih dosad opaženih. Ukoliko postoje, LHC bi mogao otkriti neku od njih.
Ono čemu se većina vodećih fizičara u svijetu nada jest da će LHC otkriti nešto potpuno neočekivano - česticu koju nitko nije predvidio, i koja bi natjerala teoretičare da razviju sasvim nove teorije.
Sve čestice predviđene Standardnim modelom do danas su otkrivene. Traga se za novima (Infografika: Wikipedia)
Očekujemo nešto neočekivano
Sudari čestica u LHC-u postižu temperature koje nisu viđene od vremena Velikog praska pa su neočekivana otkrića potpuno moguća. Znanstvenici se nadaju da će, osim onoga što mogu detektirati, saznati nešto novo i iz onoga što će biti nevidljivo - znakoviti manjak signala u nekim sudarima mogao bi razotkriti čak i skrivene dimenzije.
No, postoji i jedan nesretniji scenarij - onaj u kojem LHC ne uspije otkriti ništa novo.
Znanstvenik koji surađuje na eksperimentu ATLAS u sklopu LHC-a dr. Steven Goldfarb prisjeća se rada na LEP sudaraču, prethodniku LHC-a koji se nalazio u istom tunelu.
- Tada smo mislili, ‘možda ćemo naći Higgsa, možda ćemo naći supersimetriju.’ Mnoge stvari za kojima tragamo danas, tražili smo i tada, izjavio je dr. Goldfarb za BBC.
- Na kraju smo samo izmjerili Standardni model puno preciznije nego prije. Postavili smo mnogo jako dobrih ograničenja na njega, koja su nas naučila kako točno moramo tragati za Higgsovim bozonom, ali nije bilo ‘Eureka’ trenutaka, kazao je.
Kada je pokrenut LHC, znanstvenici su bili suočeni s presedanom jer su znali točno što traže i gdje će to naći.
- Znali smo da ćemo ili naći Higgsov bozon ili neki drugi mehanizam koji bi ga zamijenio. Nije se moglo dogoditi da ne nađemo nešto od toga.
U detektorima LHC-a prije tri godine otkriven je Higgsov bozon (Foto: CERN)
Nada u veliki jackpot
No, sada se ponovno vraćaju u fazu potrage za novim otkrićima. U nedjelju su se po prvi puta pokrenule zrake protona, a prvi sudari očekuju se početkom svibnja. U najgorem slučaju, viša energija sudara otkrit će nam nepoznate detalje o česticama koje već poznajemo.
Uz malo sreće, otkrit će neku od čestica koju predviđa neka od brojnih teorija koje proširuju Standardni model. A u najboljem slučaju, fizičare očekuje ‘znanstveni jackpot’ - otkriće nečega ćemu se nitko nije niti nadao.