LHC RUSZA ZE ZDWOJONĄ ENERGIĄ

Po trwającej dwa lata modernizacji Wielki Zderzacz Hadronów w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN pod Genewą wznawia swoją pracę. Cząstki już zderzają się z docelową energią (13 TeV) - prawie dwukrotnie większą niż w poprzednim etapie. To jednak jeszcze nie znaczy, że w LHC - największym na świecie przyspieszaczu cząstek - wkrótce dojdzie do przełomowych odkryć. Dr Maciej Górski, kierownik Zakładu Wysokich Energii Narodowego Centrum Badań Jądrowych, który uczestniczy przy jednym z eksperymentów przy LHC, mówi w rozmowie z PAP: "Jeśli chodzi o odkrycia w LHC, prawdziwe niespodzianki nie powinny się pojawić wcześniej niż za rok. Trudno liczyć na to, że dziś włączymy akcelerator i jutro ogłosimy wyniki."

NAJŚWIETNIEJSZA ŚWIETLNOŚĆ NA ŚWIECIE

Wyjaśnia, że choć w LHC udało się już uzyskać oczekiwaną energię zderzeń, to inżynierowie cały czas starają się poprawić tzw. świetlność aparatury. "To parametr, który mówi, ile zderzeń na sekundę zachodzi w każdym eksperymencie. Teraz świetlność jest znacznie mniejsza, niż byśmy chcieli. A jeśli świetlność nie będzie duża, trudno mówić o możliwościach odkryć" - zaznacza Górski.

Przyznaje, że docelowa świetlność LHC ma być uzyskana za jakiś miesiąc, a to będzie dopiero początek. "Akcelerator ruszył w pierwszym etapie tak naprawdę w 2010 r., a odkrycie cząstki Higgsa ogłoszono dopiero w 2012 r." - przypomina dr Górski. Zaznacza, że trzeba zebrać nawet kilkaset, kilka tysięcy zdarzeń świadczących o występowaniu np. jakiejś nowej cząstki, żeby móc stwierdzić, że się ją odkryło. A problemem jest to, że zdarzenia te występują bardzo, bardzo rzadko. I trzeba je wyszukać wśród miliardów zdarzeń zwykłych i nieciekawych.

"Szukamy igły w stogu siana. Na razie stóg jest mały, więc igły w nim jeszcze nie ma, a nawet jak będzie, to nie jest tak, że włożymy w ten stóg rękę i od razu na tę igłę natrafimy. To dość długa procedura" - komentuje fizyk z NCBJ.

BŁYSKAWICZNE PACZKI

Pod powierzchnią ziemi w CERN znajdują się dwa ogromne pierścienie o obwodzie 27 km. W pierścienie te wpuszczane są rozpędzone paczki protonów. Na razie w pierścieniach krąży jednocześnie tylko kilka takich paczek protonów, a docelowo ma być ich aż po 2800 w jednym pierścieniu. Każda taka paczka ma długość ok. 30 cm, jest cieńsza niż włos i zawiera 100 mld protonów. Część paczek leci w jednym pierścieniu, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a część - w drugim pierścieniu w stronę przeciwną. Pierścienie w czterech miejscach na obwodzie przecinają się i może tam dochodzić do zderzeń rozpędzonych cząstek.

"Zderzanie protonów to delikatna operacja - włosem o długości 30 cm trzeba trafić w drugi taki włos. A przecież obie paczki poruszają się prawie z prędkością światła" - opisuje dr Górski. W wyniku tych zderzeń uwalniana jest ogromna energia i mogą powstawać cząstki, których właściwie nigdzie indziej nie ma szansy zaobserwować. Poznanie natury tych cząstek daje naukowcom wgląd m.in. w to, co działo się zaraz po Wielkim Wybuchu.

CO SIĘ ZDARZY PRZY ZDERZENIU?

W miejscach, gdzie pierścienie się przecinają, prowadzone są cztery eksperymenty. Różnią się one zwłaszcza detektorami i tym, czego w zderzeniach cząstek szukają naukowcy. Eksperymenty CMS (przy nim pracuje dr Górski) i ATLAS są największe i najbardziej ogólne. Z kolei przy eksperymentach LHCb i ALICE badane są bardziej szczegółowe aspekty dotyczące natury cząstek.

W detektorach przy LHC rejestrowane są cząstki, które w zderzeniach powstają (mogą to być np. mezony K, mezony pi, protony, antyprotony, fotony, elektrony czy miony). "Po zarejestrowaniu wszystkiego, co powstaje w zdarzeniu, mamy informacje o tym, co się zdarzyło. Możemy szukać nowych, nieznanych zjawisk" - objaśnia dr Górski.

Dodaje, że w LHC rejestruje się kilkadziesiąt różnych rodzajów kolizji, do których w zderzaczu może dochodzić. Dane z eksperymentu porównuje się z wynikami symulacji opartych na przewidywaniach teoretycznych. W wyniku tego działania powstaje wykres. "Jeśli nie zdarzyło się nic nowego, wykres jest gładki. A jeśli na wykresie pojawi się maksimum - możemy powiedzieć, że zdarzyło się coś ciekawego. Wykresy potwierdzające istnienie cząstki Higgsa mają właśnie takie maksimum" - stwierdza Górski.

SYMETRIA JEST SUPER

Fizyk z NCBJ zaznacza, że badania prowadzone w LHC mają doprowadzić m.in. do dokładniejszego poznania właściwości cząstki Higgsa. Górski wyjaśnia, że istnienie tego bozonu przewidzieli w swojej publikacji 51 lat temu Peter Higgs i Francois Englert. Akurat ich propozycje udało się zweryfikować doświadczalnie. Ale jest wiele kolejnych modeli, które czekają na potwierdzenie lub obalenie.

"W szczególności są to teorie supersymetryczne, które wskazują, że każda cząstka, którą na razie znamy (np. elektron, każdy z kwarków, foton) ma cząstkę stowarzyszoną, zbliżoną do niej własnościami. Różni się od niej tylko pewnym parametrem - spinem, który - w uproszczeniu - odpowiada za to, jak ta cząstka się kręci" - mówi Górski.

RZUCIĆ ŚWIATŁO NA CIEMNĄ MATERIĘ

Jeśli teorie supersymetryczne okazałyby się prawdziwe, można byłoby np. wyjaśnić, skąd się bierze ciemna materia. "Na razie główne argumenty na istnienie ciemnej materii pochodzą z astrofizyki, z analizy zachowania się galaktyk. Badanie ich własności sugeruje, że masa galaktyk jest większa niż poznane na razie obiekty, takie jak gwiazdy czy planety" - zaznaczył. Gdyby udało się potwierdzić istnienie stabilnych cząstek stowarzyszonych z cząstkami już poznanymi, byłoby to potwierdzeniem tego, co zaobserwowali astrofizycy.

"Nie sądzę, że do tego typu odkrycia dojdzie szybciej niż za rok" - zaznacza badacz, ale przyznaje, że jest na co czekać.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ mrt/ mki/