Dabar populiaru
Publikuota: 2008 rugsėjo 9d. 06:54

Startuoja didžiausias ir brangiausias eksperimentas istorijoje (video)

Didžiajame hadronų kolaideryje naudojamas superlaidininkinis solenoidinis magnetas yra didžiausias pasaulyje.
AFP/„Scanpix“ nuotr. / Didžiajame hadronų kolaideryje naudojamas superlaidininkinis solenoidinis magnetas yra didžiausias pasaulyje.

Trečiadienį ryte prasidėjo pats didžiausias, pats brangiausias, o galbūt, kaip teigia nemažai skeptikų, ir pats baisiausias eksperimentas pasaulyje. Europos branduolinių tyrimų centras (CERN – Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) paskelbė, kad bandomasis dviejų protonų srautų susidūrimas Didžiajame hadronų kolaideryje – LHC (Large Hadron Collider) prasidėjo.

Tiesa, reikia pabrėžti, kad įrenginys buvo įjungtas jau praėjusių metų vasarą, bet tiek laiko reikia, kad jis pasiektų darbinį režimą. Sunku net įsivaizduoti šio įrenginio mastą. Tai pats didžiausias kada nors žmonijos sukurtas eksperimentinis įrenginys. Jis sumontuotas po žeme 100 metrų gylyje netoli Ženevos ir yra 27 kilometrų ilgio tunelis, kuriuo beveik šviesos greičiu lėks du protonų srautai priešpriešiais giliame vakuume ir beveik absoliutinio nulio temperatūroje (1,9 K arba  -271,4 0C ). Todėl aišku, kodėl tiek daug laiko reikia, kad įrenginys būtų parengtas darbui: įsivaizduokite kiek reikia skysto helio, norint pasiekti tokią žemą temperatūrą. Žema temperatūra reikalinga palaikyti superlaidžioje būsenoje galingus magnetus, kurie ir priverčia protonus judėti tunelyje apskritimu. Superlaidžioje būsenoje magnetai naudoja labai mažai energijos, nes jeigu tokį pat magnetinį lauką bandytume pasiekti įprastu elektromagnetu, tai įrenginys paprasčiausiai išsilydytų. Apie magnetinio lauko stiprumą galima spręsti iš tokio palyginimo: jei šalia vamzdžio, kuriuo juda protonai, pastatytume sunkvežimį, tai įjungus magnetus, jis būtų suplotas į blyną.  

LHC idėja gimė 1984 metais, buvo oficialiai patvirtinta 1994-aisisiais, o statyba prasidėjo 2001 metais. Jo statyba kainavo 6,3 mlrd. eurų (21,75 mlrd. litų). Tai kam gi fizikams prireikė tokio brangaus žaislo, ką jie ruošiasi sužinoti?

Atsakymas gana paprastas: fizikai nori žinoti, ar tikrai egzistuoja Higso bozonas, hipotetinė dalelė, kuri, kaip manoma, yra atsakinga už tai, kad elementariosios  dalelės turi masę, kitaip sakant už tai, kad egzistuoja mums įprasta materija, o kartu ir mes patys.Apie magnetinio lauko stiprumą galima spręsti iš tokio palyginimo: jei šalia vamzdžio, kuriuo juda protonai, pastatytume sunkvežimį, tai įjungus magnetus, jis būtų suplotas į blyną.

Kaip žinoma, iki XX a. antros pusės buvo manoma, kad gamtoje egzistuoja keturios sąveikų rūšys, kurias pagal sąveikos stiprumą galima išdėstyti tokia tvarka: stiprioji (ši sąveika pasireiškia tik labai mažuose atstumuose ir padaro atomo branduolį stabilų), elektromagnetinė (du vienodo ženklo krūviai stumia vienas kitą, o priešingo – traukia), silpnoji (ši sąveika pasireiškia beta skilimo metu ar kitų subatominių dalelių tarpusavio sąveika) ir gravitacinė (du kūnai traukia vienas kitą jėga, kuri proporcinga jų masių sandaugai). XX a. aštuntame dešimtmetyje buvo sukurta teorija, kuri sujungė visas tris pirmąsias sąveikas: atsirado vadinamasis Standartinis modelis (SM). Pagal šį modelį pasaulis sukurtas „Lego“ konstruktoriaus principu: yra trijų tipų kvarkai, kurie atskirai vienas nuo kito negali egzistuoti. Kvarkai susijungia dėl dar vienos dalelės – gliuono (angl. „glue“ – klijai). Viena kvarkų kombinacija sukuria protoną, kita – neutroną. Taip pat egzistuoja dar kitos dalelės – elektronai, neutrinai ir kitos sunkesnės dalelės, kurios sąveikauja silpniau (elektromagnetinė ir silpnoji sąveika). Tačiau SM turi vieną ydą: jis negali paaiškinti, iš kur atsiranda dalelių masė. Pagal šį modelį išeina, kad elementariosios dalelės neturi jokios masės ir todėl turi judėti šviesos greičiu. Norint paaiškinti šį paradoksą, reikia įvesti dar vieną dalelę – Higso bozoną. Tai veikiau naujo lauko rūšis, kuri prasismelkia per visą visatą, o šį lauką palyginus su jūra, tai bangelės jūroje ir būtų Higso bozonas. Šią dalelę pasiūlė Edinburgo universiteto profesorius Piteris Higsas dar 1964 metais, kai jokios teorijos, jungiančios stipriąją, elektromagnetinę ir silpnąją sąveiką, dar nebuvo, bet vėliau paaiškėjo, kad jo dalelė ir yra ta trūkstamoji grandis, paaiškinanti masės atsiradimą.

Higso bozono paieškos prasidėjo dar XX a. septintojo dešimtmečio pabaigoje ir niekas neabejojo, kad jį atras amerikiečiai. JAV buvo nuspręsta pastatyti 97 kilometrų ilgio dalelių greitintuvą, bet dėl ekonominės krizės statybos kaina labai pakilo ir 1993 metais JAV kongresas nutraukė projekto finansavimą. Dabar šiame pradėtame statyti tunelyje yra auginami šampinionai. Taigi, Higso bozono paieškos labai užsitęsė. Dėl to fizikai negali patikrinti kelių vienas kitai prieštaraujančių teorijų ir reikalingi eksperimentai, kurie patvirtintų vienos iš jų teisingumą.

JAV buvo nuspręsta pastatyti 97 kilometrų ilgio dalelių greitintuvą, bet dėl ekonominės krizės statybos kaina labai pakilo ir 1993 metais JAV kongresas nutraukė projekto finansavimą. Dabar šiame pradėtame statyti tunelyje yra auginami šampinionai.Pagal projektą protonų srautas suksis tunelyje, kol pasieks 5 TeV (penkių  trilijonų elektronvoltų) energiją, tada du priešpriešiniai srautai susitrenks. Susidūrus dviem protonams per labai trumpą laiką  susikurs kvarkų ir gliuonų plazma – materijos būsena, kuri egzistavo pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo. Po to ši plazma pereis į vadinamojo Z0 bozono būseną, kurioje dėl sąveikos su Higso lauku atsiras fizikams gerai žinomos dalelės, kvarkai, protonai, neutronai, elektronai, neutrinai. Visas šis procesas truks trumpiau nei milijardinę sekundės dalį. Susiformavusias daleles registruos keturi elementariųjų dalelių detektoriai: ATLAS, CMS, LHCb ir ALICE, kuriuose bus panaudoti vis žinomi dalelių registratoriai – puslaidininkiniai registratoriai, Čerenkovo skaitikliai, Vilsono kameros ir t.t. Šie detektoriai sumontuoti skirtingose tunelio vietose ir tik du iš jų (ATLAS ir CMS) skirti Higso bozono paieškai. Kituose detektoriuose bus ieškoma paslaptingųjų tamsiosios materijos dalelių arba tikrinamos kai kurios kitos Standartinio modelio detalės. Detektorių dydis taip pat įspūdingas: pvz., ATLAS detektorius bus 25 metrų diametro, 46 metrų ilgio ir svers apie 7000 tonų. Jį kuriant ir aptarnaujant dalyvauja 2200 mokslininkų ir inžinierių iš 35 šalių 165 mokslo ir pramonės institucijų. Galima paminėti, kad kuriant puslaidininkinių registratorius dalyvavo ir Vilniaus universiteto mokslininkų grupė, vadovaujama prof. Juozo Vaikaus.

Pagal teoriją, Higso bozono minimali masė yra apie 0,12 TeV. Kokia gali būti maksimali dalelės masė gerai nėra žinoma, todėl egzistuoja galimybė, kad ir šio greitintuvo galingumo nepakaks, norint užfiksuoti Higso bozoną. Tačiau dauguma fizikų mano, jog jei Higso bozonas nebus užfiksuotas, tai reikš, kad reikia keisti standartinį modelį arba iš viso jo atsisakyti ir pereiti, pvz., prie superstygų teorijos, kuri bando sujungti visas keturias sąveikas, t.y. prijungti ir gravitaciją. Ši teorija turi daug gerbėjų, nes joje atsiranda tokių egzotiškų išvadų, kaip daugelio visatų egzistavimas ar net papildomų erdvės matmenų buvimas (be mums įprastų trijų matmenų turėtų būti dar aštuoni matmenys, bet jie yra tokie maži, kad dabartiniai fizikų prietaisai jų nefiksuoja). Aišku viena, jog jei Higso bozonas nebus užfiksuotas, tai bus didelė fizikos tragedija, nes vargu ar kas nors ateityje išskirs jiems dar kokius 20 mlrd. eurų galingesnio naujos kartos dalelių greitintuvo statybai. Kita vertus, jei ši dalelė bus atrasta ir daugiau nieko įdomaus nebus atrasta, tai jau bus ne tragedija, o tiesiog visos greitintuvų fizikos galas – nebebus ko ieškoti.

Tai kas gi įvyks 2008 m. rugsėjo 10 dieną? Bus pirmą kartą LHC įrenginyje atliktas bandomasis protonų srautų pagreitinimas iki 0,45 TeV energijos, ir šie srautai trenksis vienas į kitą. Bandomojo eksperimento metu protonų tankis sraute bus tik 1029 dalelių/cm2 per sekundę, t.y. daugiau kaip tūkstantį kartų mažesnis už darbinį tankį. Pagreitintų protonų srautas bus įpurkštas į LHC įrenginį iš kito įrenginio - vadinamojo supersinchrotrono, į kurį savo ruožtu srautas yra įpurškiamas iš pirminio inžektorinio sinchrotrono. Šių visų įrenginių darbas turi būti sinchronizuotas milijardinės sekundės dalies tikslumu, todėl pademonstruoti, kad įrenginys veikia, irgi yra didelis pasiekimas, nors energija yra maždaug 10 kartų mažesnė už projektinę. Bet šios energijos Kadangi fizikai ruošiasi sukurti tokį didelį energijos tankį, kuris prilygsta tankiui buvusiam iškart po Didžiojo sprogimo, tai kai kurie mokslininkai LHC vadina pragaro mašina, kuri pražudys pasaulį. Mat, esant tokiam energijos tankiui, gali susiformuoti juodoji skylė.gali užtekti, norint pastebėti Higso bozoną. Tačiau manyti, kad kitą dieną fizikai jau paskelbs apie jo atradimą, neverta: susidūrusių dalelių chaose susigaudyti tikrai nelengva, nes reikia išanalizuoti daugybę detektoriais užfiksuotų įvykių. Kai įrenginys pradės veikti visu pajėgumu, tai per mėnesį bus sukaupiama informacija, kurią užrašyti reikės tiek DVD diskų, kad juos sudėjus vieną ant kito, išeis 1 kilometro aukščio kolona. Šiai informacijai analizuoti jau suformuotas didelis galingų kompiuterių tinklas LCG (LHC computer grid).

Kadangi fizikai ruošiasi sukurti tokį didelį energijos tankį, kuris prilygsta tankiui buvusiam iškart po Didžiojo sprogimo, tai kai kurie mokslininkai LHC vadina pragaro mašina, kuri pražudys pasaulį. Mat, esant tokiam energijos tankiui, gali susiformuoti mikroskopinė juodoji skylė. Ji toliau gali siurbti aplinkinę materiją, didėti ir galų gale netgi pražudyti Žemės rutulį. Tiesa, kol kas toks scenarijus galimas tik, jei teisinga superstygų teorija. Einšteino bendroji reliatyvumo teorija tokios įvykių eigos nenumato. Vienas fizikas – Walteris L. Wagneris – netgi padavė ieškinį Honolulu teismui Havajų valstijoje, kad jis uždraustų eksperimentą, kaip gresiantį tolimesniam Žemės egzistavimui. Tačiau dauguma mokslininkų mano, kad tokia įvykių eiga yra visiškai neįmanoma, nes Žemės atmosferą nuolat bombarduoja kosminiai spinduliai, tarp kurių pasitaiko ir tokių protonų, kurių energija daugiau kaip 50 milijonų kartų viršija protonų energiją LHC įrenginyje. Ir nieko blogo neatsitinka.

Matyt, reikia sutikti su tokia nuomone ir laukti eksperimento pradžios. Visą informaciją apie LHC startą galima rasti internete. Jei viskas klostysis sėkmingai, tai šių metų spalio 27 dieną numatomas oficialus LHC pristatymas, kuriame, kaip tikimasi, dalyvaus daugelio Europos Sąjungos šalių vadovai.

Ekspermantas turėtų būti tiesiogiai transliuojamas http://webcast.cern.ch/index.html

Bernardinai.lt

Pranešti klaidą

Sėkmingai išsiųsta

Dėkojame už praneštą klaidą

Vardai

Video

00:27
05:44
13:33

Esports namai

URBAN˙/

Parašykite atsiliepimą apie 15min