Fizičari nakon Higgsovog bozona razmišljaju o nečem velikom, JAKO VELIKOM

Kad je europski LHC započeo s radom 2008. godine, fizičari nisu niti sanjali da bi pitali za nešto veće, dok u pogon ne stave najveći stroj ikad napravljen i vrijedan 5 milijardi dolara. Takvo razmišljanje promijenilo je otkriće Higgsovog bozona 2012. godine, čime je LHC ispunio svoju originalnu misiju. O tome što nakon 'Higgsa' zatražili smo komentar i profesora dr. sc. Ivice Piceka s odsjeka za teorijsku fiziku zagrebačkog PMF-a.

Pročitajte i ovo Trud se isplatio POGLEDAJTE proces u kojem su fizičari vidjeli 'Božju česticu' Nakon LHC-a Eureka: I američki znanstvenici uočili 'Božju česticu'?

>> Fascinantni detalji iz biografije nobelovca Petera Higgsa!

'Otkriće Higgsovog bozona na CERN-ovom velikom hadronskom sudarivaču LHC možemo usporediti s trenutkom Faradayevog otkrića elektromagnetske indukcije. Ovo posljednje je utrlo put Maxwellovom opisu temeljnog elektromagnetskog polja i razotkrivanju bezmasenog fotona kao njezinog pobuđenja, sa svim primjenama bez kojih nije moguće zamisliti današnju svakodnevnicu. S druge strane, LHC je omogućio da 'zagrebemo' po Higgsovom polju koje prožima prostor u koji smo uronjeni i da pobudimo česticu koju do sada nismo mogli osjetiti', kaže profesor Picek.

'Riječ je o temeljnom otkriću prema kojem osim tradicionalnih čestica tvari, kvarkova i leptona sa spinom 1/2 (kako se izražava njihova unutrašnja vrtnja u jedinicama Planckove konstante) i čestica sila sa spinom 1, postoji i polje bez spina. U hlađenju s ostatkom svemira ono je kondenziralo, kao što vodena para kondenzira u tekućinu. Pri tome, ono je kondenziralo u superfluid bez viskoznosti, kao što se to dogodi s 'helijem-4' ohlađenim do 2.17 stupnjeva Kelvina. Zbog toga i ne osjećamo da se gibamo kroz to polje. Ipak, temeljne čestice tvari i čestice sila osjećaju to polje na način da iz tog kondenzata crpu svoju masu', dodaje naš sugovornik.

Korak dalje

Tu ne prestaje istraživanje čestica, već dapače, ono je naznaka da postoje još mnoge neistražene stvari u tom polju fizike. 'Samo postojanje takvog Higgsovog polja bez spina fizičarima čestica daje naznaku postojanja dodatnih čestica (među kojima su najpoznatije tzv. supersimetrične čestice) koje bi, ukoliko su dovoljno lake, mogle biti u dosegu LHC-a. Otkriće nešto težih čestica zahtijeva izgradnju još moćnijeg stroja koji bi bio slijedbenik LHC-a', kaže Picek.

Danas fizičari razmišljaju o budućnosti i koraku dalje. Razmišljaju o dizajniranju stroja koji bi jednog dana naslijedio LHC, a on bi se zvao vrlo jednostavno: Vrlo veliki hadronski sudarivač.

'Sam LHC u času je u 'mirovanju' i prolazi fazu nadogradnje: sudari protona bi se od 2015. godine odvijali na podvostručenoj energiji od 14 tera-elektronvolta (TeV) i mogli bi dati smjernice za dizajniranje sudara u budućnosti. Krajnji je čas za odluku, imamo li u vidu da za izgradnju takve aparature treba 20 godina. Program LHC-a odobren je 1995. da bi do zamišljenih 14 TeV došao 2015. godine', naglašava profesor Picek.

Baš kao što mu ime i sugerira, radilo bi se o kolosalnom projektu, koji bi veličinom triput zasjenio postojeći LHC. 'Razborito je pokušati iscrtati viziju za nadolazeća desetljeća', smatra Michael Peskin, teorijski fizičar it SLAC Nacionalnog akceleratorskog laboratorija u Menlo Parku, u Kaliforniji, a  prenosi Scientific American. On je koncept VLHC-a početkom mjeseca predstavio američkoj vladi.

Sulude brojke

VLHC bi sudarao protonske zrake na energetskim vrijednostima oko 100 tetraelektronvolti (TeV), što je drastično više od 14 TeV-a, koliko predstavlja maksimum LHC-a. Nadalje, za takav sudarivač bio bi potreban kružni tunel dužine 80 do 100 kilometara, dok LHC-ov tunel ima 'svega' 27 kilometara.

'Opcija vrlo velikog hadronskog sudarivača VLHC pošla je od ideje da se (sad već zatvoren) sudarivač Tevatron kod Chicaga, nadogradi akceleratorskim prstenom od stotinjak kilometara na stroj koji bi proizvodio sudare od 100 TeV. U originalnom dizajnu iz 2001. god. prsten za to bi morao biti 233 km! Zašto takve dimenzije? Riječ je o sondiranju sve manjih dimenzija i jednako kao što je za postizanje veće rezolucije klasični mikroskop zamijenjen elektronskim mikroskopom, tako svaka nova fundamentalna skala traži sve veći 'elektronski mikroskop'. Ujedno se u prstenu većeg radijusa smanjuje gubitak energije uslijed sinkrotronskog zračenja.

Lista prioriteta

No ima i protivnika te ideje, ili barem fizičara koji smatraju kako VLHC nije na listi prioriteta, već da bi samo odigrao sitnu ulogu u svijetu fizike čestica. Naime, već postoje planovi za izgradnju Međunarodnog linearnog Sudarivača (ILC) u Japanu, koji bi sudarao zrake elektrona i pozitrona kao nadopunu otkrića LHC-a i njegovih sudaranja protonskih zraka. S druge strane, u SAD-u postoji veliki projektistraživanja neutrinskih zraka visokog inteziteta, koje se proizvode u Fermi akceleratoru u Bataviji, u američkoj saveznoj državi Illinois.

Vratimo se na VLHC. Da bi uopće napravili taj stroj, fizičari bi morali napraviti supervodljive magnete, koji mogu operirati na višim poljima od trenutne generacije supervodljivih magneta, reda veličine 20 tesla, umjesto sadašnjih 14 tesla. Vodeći kandidat za to je materijal niobij kositar, koji može izdržati viša polja, ali je skup i mora se hladiti na 18 stupnjeva Kelvina (-255 stupnjeva Celzija).

CERN ima plan: VHELHC

CERN već ima planove za sudarivač koji bi bio vrlo sličan VLHC-u, a njihova studija o tome zove se 'visoko energetski veliki hadronski sudarivač' (VHELHC). Prema toj studiji, i taj bi stroj operirao na 100 TeV-a te imao tunel dužine 80 do 100 kilometara. CERN-ov fizičar Michael Benedikt kaže kako bi konstrukcija tog mega stroja mogla započeti u 2020-im godinama, kako bi bila dovršena do 2035. kada je predviđeno gašenje LHC-a. 'Nitko ne bi želio imati veliku rupu u visoko energetskoj fizici', ističe Benedikt.

'Ključni za konačne odluke bit će rezultati novog kruga mjerenja na LHC-u. Ukoliko padne odluka za sudarivač koji bi bio posvećen iscrpnom proučavanju samog higgsa, tada bi se išlo na leptonski sudarivač komplementaran LHC-u. Riječ je o ILC-u s čijom bi se realizacijom započelo u skoroj budućnosti. Postoji prihvaćena studija tog projekta i spremnost Japana da ga ugosti. Supravodljive akceleratorske komore dvaju linearnih ubrzivača dovodile bi elektrone i njihove antičestice pozitrone do sudara energija 500 GeV-a u detektorima smještenim na sredini 31 kilometarskog stroja. I kod ovog projekta naglašena je međunarodna komponenta, suradnja više od tisuću znanstvenika i inženjera s preko sto sveučilišta i laboratorija iz nekoliko desetaka država', kaže naš sugovornik.

Zamisliti nezamislivo

Svi navedeni sudarivači spadaju u globalne projekte čovječanstva s nezanemarivom planetarnom dimenzijom. Uz izazov razvijanja novih tehnologija i načina komunikacije, ističe Picek, ovi projekti s predmetom bavljenja premošćuju fiziku čestica i kozmologiju. 'Kao što se u Faradayevo i Maxwellovo vrijeme nije mogla zamisliti kvantna elektrodinamika sa svim fantastičnim primjenama, tako ne možemo do kraja zamisliti niti ono što će proizići iz Higgsom rasvijetljene elektroslabe sile, niti koji će se sve pogledi otvoriti u dosad neviđene kutke svemira', zaključuje profesor Picek.

Cijena takvog projekta, gdje god da bi zaživio, zasad nije iznesena, ali fizičari smatraju kako bi sudarivač iduće generacije morao koštati manje od 10 milijardi dolara da bi projekt bio politički moguće progurati i ostvariti.

DNEVNIK.hr pratite putem iPhone/iPad | Android | Twitter | Facebook