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. Dziś (10.09.2008) został tam uruchomiony Wielki Zderzacz Hadronowy - Large Hadron Collider (LHC) - największe na świecie urządzenie badawcze.
Jak to działa?
Naukowcy wprowadzili dziś do akceleratora pierwszą wiązkę cząstek. Hadrony, czyli jądra atomów (w tym przypadku protony - jądra wodoru), będą w urządzeniu przyspieszane 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.
Materia, antymateria i ciemna materia
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.
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.
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.
LHC zniszczy Ziemię?
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.
Udało się!
Czarne scenariusze dotyczące wywołanego przez LHC końca świata nie sprawdziły się. Dzisiejszy eksperyment przebiegał bezpiecznie i można mówić o sukcesie.
- Akcelerator LHC to jedyna w swoim rodzaju aparatura badawcza, niezwykle skomplikowana i zaawansowana technicznie. Do końca nie było wiadomo czy zadziała poprawnie - powiedział dziennikarzom w CERN szef zespołu inżynierów pracujących przy LHC Lyn Evans.
Jak przyznał Evans, inżynierowie byli nawet zaskoczeni, że przeprowadzenie przez akcelerator pierwszej wiązki przebiegło bez zakłóceń i bardzo szybko. Zastrzegł, że doprowadzenie urządzenia do pełnej mocy może zająć kilka miesięcy. Dopiero wtedy zderzenia wiązek będą na tyle efektywne, aby fizycy mogli szukać potwierdzenia swoich teorii.
"Dzień pierwszej wiązki" był ostateczną próbą sprawności instalacji. Przygotowania do eksperymentów nie są jednak jeszcze zakończone. Teraz fizycy muszą wyregulować urządzenie, zanim będą mogli przyspieszyć wiązki do większych energii i zacząć doprowadzać do zderzeń. Środowa próba nie przebiegła całkowicie bez zakłóceń. Wprowadzenie wiązki w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara opóźniło się, ze względu na potrzebę dodatkowego schłodzenia elektromagnesów, utrzymujących wiązkę na torze.
Jak tłumaczył przedstawiciel Centrum Kontroli CERN (CCC) Steve Myers, problemów należało się spodziewać.
- Mamy tutaj prawie dwa tysiące magnesów i wszystkie muszą pracować idealnie. To normalne, że pierwsze próby użycia tych unikatowych urządzeń przysparzają nam pewnych trudności - powiedział Myers dziennikarzom po udanym przeprowadzeniu drugiej wiązki.
Jak poinformował, w rzeczywistości pierwsza wiązka obiegła akcelerator trzykrotnie, a druga dwukrotnie. W ciągu najbliższych kilku dni naukowcy chcą "poćwiczyć" obieg wiązki i utrzymywanie jej optymalnego toru a także, być może doprowadzić do kilku próbnych zderzeń przy relatywnie niskich energiach, żeby zespoły pracujący przy poszczególnych detektorach mogły wyregulować swoją aparaturę.
Dyrektor Generalny CERN Robert Aymar podziękował i pogratulował zespołowi CERN za pracę przy akceleratorze. Przypomniał, że przygotowania do uruchomienia LHC trwały prawie 20 lat. Wyraził nadzieję, że podobnie jak próby właściwe eksperymenty też będą owocne.
