2008-09-09 00:19

Rusza LHC - największy akcelerator cząstek na świecie

Antymateria i cząstki kosmicznej ciemnej materii to niektóre zjawiska, które będą badać fizycy w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. W środę zostanie tam uruchomiony Wielki Zderzacz Hadronowy - Large Hadron Collider (LHC) - największe na świecie urządzenie badawcze. LHC to kołowy akcelerator cząstek elementarnych, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. LHC znajduje się w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km. Kiedy urządzenie przejdzie pomyślnie wszystkie testy, będą w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek, najczęściej protonów. W odpowiednim momencie wiązki zostaną nakierowane na siebie i zacznie dochodzić do zderzeń cząstek. Właśnie te zderzenia będą przedmiotem badań fizyków. Ich obserwacja umożliwi lepsze poznanie początków wszechświata i budowy materii.

W środę naukowcy mają wprowadzić do akceleratora pierwszą wiązkę cząstek. Hadrony, czyli jądra atomów (w tym przypadku protony - jądra wodoru), wstępnie zostaną przyspieszone do energii 450 GeV (Gigaelektronowoltów). Elektronowolt to jednostka energii, prędkości i masy używana w fizyce cząstek elementarnych. Dla porównania, 1 GeV to mniej więcej energia pojedynczego protonu w stanie spoczynku.

Te eksperymenty to swego rodzaju podróż w czasie. Chodzi o to, że kiedy zderzą się ze sobą rozpędzone niemal do prędkości światła, gęsto skupione cząstki, to na ułamek sekundy we wnętrzu akceleratora zapanują warunki podobne do tych, jakie panowały na początku wszechświata. Obserwacja zjawisk zachodzących wtedy, pozwoli fizykom odpowiedzieć na wiele pytań, związanych z budową materii. Dlatego z zapartym tchem na rozpoczęcie właściwych eksperymentów oraz na pierwsze wyniki czeka wielu naukowców na świecie.

Wśród nich jest fizyk i teolog ks. prof. Michał Heller, który niedawno został uhonorowany prestiżową nagrodą Templetona, przyznawaną za łączenie myśli naukowej z religijną. On sam zajmuje się kosmologią, czyli nauką o powstaniu świata. "Świat naukowy trzyma kciuki za wyniki eksperymentów w CERN-ie. Głównym pytaniem jest czy istnieje cząstka Higgsa, czy nie istnieje. Wydaje się to bardzo drobnym szczegółem. Rzeczywiście ta cząstka Higgsa, jeśli istnieje, to jest bardzo, bardzo maleńka, ale od niej strasznie dużo zależy. Od tego, czy stwierdzimy jej obecność czy nie, zależy prawdziwość tzw. modelu standardowego cząstek elementarnych. (...) Nic dziwnego, że kosmologowie i fizycy z zapartym tchem czekają na to. Jeszcze bardziej z zapartym tchem niż na wynik wyborów prezydenckich w Stanach Zjednoczonych" - mówił ks. prof. Heller w rozmowie z PAP w marcu.

Warunków, które panowały we wszechświecie w samym momencie Wielkiego Wybuchu nie da się wytworzyć w żadnym akceleratorze. Ale już da się stworzyć takie, które istniały trochę później, czyli mniej więcej jedną milionową sekundy po Wielkim Wybuchu.

Celem naukowców eksperymentujących z LHC jest m.in. weryfikacja teorii mówiącej, że wszędzie wokół nas znajduje się niewidoczne pole kwantowe, zwane polem Higgsa. Cząstki tego pola (cząstki Higgsa) wywierałyby wpływ na znane cząstki elementarne i w ten sposób wpływałyby na ich masę. Istnienie pola Higgsa to jedno z możliwych wyjaśnień faktu, że cząstki elementarne, chociaż pod względem różnych właściwości, są do siebie bardzo podobne, różną się od siebie masą. Problem ten nurtuje fizyków od dawna.

Poza tym fizycy mają nadzieję na odkrycie przy pomocy LHC tzw. cząstek supersymetrycznych - nowego rodzaju materii, którego istnienie postulują teorie fizyczne. Odkrycie cząstek supersymetrycznych byłoby krokiem do zrozumienia natury tzw. ciemnej materii. Chodzi o wykryte przez astronomów w kosmosie skupiska materii, która nie wysyła żadnego wykrywalnego promieniowania, ale tworzy pole grawitacyjne - dzięki temu wiadomo, że musi mieć masę. Obliczenia wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej niż zwykłej, znanej nam. Poza tym naukowcy przypuszczają, że nieznanych form materii jest więcej a ta, którą znamy, stanowi zaledwie ok. 5 proc. masy wszechświata.

Kolejnym przedmiotem badań fizyków w CERN jest antymateria. Wiadomo, że każda cząstka elementarna ma swój odpowiednik, który zasadniczo różni się od niej tym, że ma ładunek elektryczny o przeciwnym znaku. Czyli antyproton jest cząstką o masie i innych własnościach protonu, ale o ujemnym ładunku, zaś antyelektron (inaczej pozytron) ma masę elektronu, ale ładunek dodatni. Inną znaną własnością antymaterii jest to, że gdy cząstka antymaterii zetknie się z cząstką materii to obie ulegają anihilacji, czyli znikają zamieniając się w fotony - czystą energię. We wszechświecie nie ma obecnie antymaterii, a jeżeli się pojawi, w wyniku rozpadu promieniotwórczego lub wytworzona sztucznie w laboratorium, anihiluje w zetknięciu ze swoim zwykłym odpowiednikiem zamieniając się w czystą energię. Natomiast w procesie kreacji, czyli zamianie energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej ilości cząstek i antycząstek. We wszechświecie powinno zatem być tyle samo materii co antymaterii, ale nie ma.

Naukowcy są jednak przekonani, że kiedyś - w najwcześniejszych początkach wszechświata - tak właśnie było. W tym gwałtownym okresie, powstałe w wyniku tego gigantycznego aktu kreacji cząstki i antycząstki, stykając się ze sobą anihilowały, ale... nie pozostała po nich czysta energia. Ponieważ przed anihilacją materia z jakiegoś powodu przeważyła nad antymaterią. Skutek był taki, że anihilowała taka sama ilość materii i antymaterii, a "nadwyżka" materii pozostała, umożliwiając w ten sposób powstania materialnego świata - gwiazd, planet i życia na planetach. Być może w LHC, gdzie w trakcie zderzeń będzie w dużych ilościach powstawała materia i antymateria będzie możliwe zaobserwowanie różnic między nimi i wyjaśnienie zagadki.

Wokół planowanego uruchomienia potężnego akceleratora krąży wiele mitów. M.in. pojawiają się głosy, że w urządzeniu może powstać czarna dziura, co doprowadzi do katastrofy. W marcu amerykańskie media informowały, że w sądzie na Hawajach złożony został pozew przeciwko podobnym do CERN ośrodkom badawczym w USA, również przeprowadzających doświadczenia z akceleratorami. Osoby, które pozwały te ośrodki argumentowały, że eksperymenty tam przeprowadzane mogą doprowadzić do końca świata. O próbę zniszczenia Ziemi oskarżali też CERN.

W kwietniu w Warszawie, podczas konferencji popularnonaukowej poświęconej LHC dyrektor CERN Robert Aymar mówił, że sugestie, jakoby po uruchomieniu akceleratora mogło dojść do kataklizmu, są nieuzasadnione i obraźliwe. "Takie procesy są w USA wytaczane regularnie przez różne osoby, ilekroć jakieś laboratorium uruchamia nowy eksperyment fizyczny. Nigdy z żadnego z tych procesów nic nie wynikło. Naukowcy pracujący w CERN naprawdę nie są tak nieodpowiedzialni, że mogliby robić eksperymenty, których skutki groziłyby katastrofą. Nie jesteśmy szaleńcami, gotowymi zniszczyć Ziemię i nawet tego nie zauważyć" - mówił Aymar. Dodał, że bezpieczeństwo ludzi i środowiska naturalnego było zawsze priorytetem przy projektowaniu eksperymentów naukowych w CERN.

"Prawdą jest, że w trakcie eksperymentów w akceleratorze mogą powstać miniaturowe czarne dziury. Jednak te twory nie będą żadnym zagrożeniem. Pojawią się na ułamek sekundy i znikną, rozpadając się na zwykłe cząstki elementarne, składniki każdej materii" - zapewniał.

W przesłanym PAP komunikacie biuro prasowe CERN zapewniło, że eksperymenty w LHC nie stanowią żadnego zagrożenia. Podobne zjawiska, jak tłumaczą pracownicy ośrodka, zachodzą co chwilę, kiedy do Ziemi docierają wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego. Miniaturowe czarne dziury, jeśli istnieją, to równie dobrze mogą tworzyć się samoistnie wewnątrz ciał ludzi, jak w rurze akceleratora.

"W naturze wystąpiło już tyle zjawisk tego typu, że odpowiadałoby to stu tysiącom programów badawczych typu LHC. A Ziemia ciągle istnieje" - podkreślił szef zespołu naukowego CERN Jos Engelen.

 

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Rybicka

bsz/tot

CZYTAJ TAKŻE:

Supersymetria - układanka z brakującymi elementarnymi cząstkami.

Historia budowy akceleratora LHC.


*** Zdjęcia zostały udostępnione przez CERN Geneva.

Wersja do druku     Poleć stronę