9a. LHC začenja :)

Simulacija trkalnika – Protoni potujejo s hitrostjo, ki je le tri metre na sekundo manjša od svetlobne hitrosti, za obhod 27-kilometrske cevi pa potrebujejo le 90 milijonink sekunde

Zadnji vikend so Cernovi strokovnjaki na švicarsko-francoski meji uspešno opravili prvo usklajevanje velikega hadronska trkalnika LHC (Large Hadron Collider) s superprotonskim sinhrotronom SPS (Super Proton Synchrotron). Testiranje največje naprave, ki jo je doslej sestavil človek, da bi mu pomagala odgovoriti na vprašanje, kako je nastala snov, bodo nadaljevali 22. avgusta, 10. septembra pa bodo po 27-kilometrski cevi hadronskega trkalnika globoko pod zemljo pognali prvi curek protonov. S tem se bo tudi uradno začel doslej največji in najdražji (približno 5 milijard evrov) eksperiment v švicarskem raziskovalnem središču Cern.

Gruče protonov, ki bodo s skoraj svetlobno hitrostjo v nasprotnih smereh drvele po orjaški cevi, bodo lahko dosegle fantastično energijo sedem tisoč milijard elektronvoltov. Testiranje vstopa curka protonov, ki se pomika v smeri urinega kazalca, iz SPS v LHC so začeli v petek, poskuse so potem ponavljali še v soboto in nedeljo. Testiranje vstopa curka, ki se bo pomikal v nasprotni smeri, bodo izvedli čez deset dni.

Postopno pospeševanje

Kako precizne so zadeve v velikem hadronskem trkalniku kaže že to, da je časovna usklajenost med LHC in SPS v okviru ene nanosekunde. Preizkusi se bodo nadaljevali dokler ne bo trkalnik povsem pripravljen za delo. Čeprav je LHC pripravljen za končno energijo 7 TeV, so se strokovnjaki odločili, da bodo letos »obratovali« na 5 TeV. Predvsem zaradi tega, ker želijo še dodatno preizkusiti delovanje magnetov, ki usmerjajo žarek. Da bodo dosegli to energijo, bodo kot začetne stopnje uporabili starejše in manj zmogljive naprave. Začeli bodo z linearnim pospeševalnikom, ki bo protone pospešil do 1,4 GeV, protonski sinhrotron jih bo spravil do 25 GeV, v SPS pa bodo dosegli 450 GeV (0,45 TeV). S to energijo bodo 10. septembra tudi vstopili v LHC.

Curka sta v cevi strogo ločena, na štirih točkah, kjer so postavljeni detektorji (Alice, Atlas, LHCb in CMS), pa jih sicer močno magnetno polje, ki jih drži v krožnici, pripelje skupaj, tako da gruče protonov čelno trčijo. Detektorji bodo te trke zaznali, jih shranili in iz ogromne množice (približno 800 milijonov trkov na sekundo) izbrali in obdelali le tiste najbolj zanimive. Pri tem bosta tako Atlas kot CMS v prvi vrsti iskala Higgsov bozon, ki ga imenujejo tudi Božji delec, saj naj bi bil to še zadnji temeljni osnovni delec, ki ga napoveduje kvantna mehanika. Odgovoren naj bi bil za eno od štirih sil vesolja: znani so nosilci elektromagnetne, šibke in močne sile, Higgsov bozon pa naj bi povzročal gravitacijsko silo. Brez te bi vsa snov v vesolju izgubila maso in postala čista energija. V teoriji so ga že dokazali, zdaj pa imajo znanstveniki prvič tudi dovolj zmogljivo napravo, ki bi ga lahko posredno zaznala. Predvidevajo, da bosta detektorja po določenem številu tistih najbolj zanimivih trkov lahko zaznala njegove razpadne produkte.

Kakšna je bila snov na začetku

Z detektorjem Alice bodo skušali ugotoviti stanje snovi, kot je bilo na začetku vesolja. Za ta poizkus bodo morali vodikove atome zamenjati za dvestokrat težje svinčeve, ki bodo trkali med sabo tako močno, da se bodo segreli na neverjetnih 1000 milijard stopinj Celzija.

Raziskave so že pokazale, da je s trki težkih ionov mogoče preučevati gosto hadronsko snov v ekstremnih razmerah. Pri velikih energijah pride do razpada atomskih jeder, ko se protoni in nevtroni odcepijo od atoma. Po teoriji močne interakcije bi prišlo do ločitve kvarkov in bi dobili plazmo iz kvarkov in gluonov. Kmalu po velikem poku je bila prav plazma, ki je na Zemlji nenavaden pojav, prevladujoče agregatno stanje v vesolju in še danes je tako, saj so zvezde, vključno s Soncem, v tem agregatnem stanju. Znanstveniki pričakujejo, da bi v plazmi, ki bi nastala, lahko odkrili še neznane delce in njihove antidelce.

Zakaj je vesolje sestavljeno iz delcev in kam so se po velikem poku, ko je bila količina snovi in antisnovi enaka, izgubili antidelci, pa bodo skušali odkriti v četrtem detektorju LHCb. Večina delcev in antidelcev se je po rojstvu vesolja sicer izničila v sevanje, poizkusi v trkalnikih pa so pokazali, da se nekateri delci obnašajo drugače kot njihovi antidelci.

Pomisleki in strah pred črno luknjo

Ko se bodo znanstveniki in inženirji naučili upravljati z novo napravo, bodo energijo v LHC postopoma dvigovali, vse dokler ne dosežejo 7 TeV, kar pomeni, da bodo imeli opravka s tako visokimi energijami, kot jih na Zemlji še niso umetno ustvarili in obvladovali. Tudi zato je kar nekaj znanstvenikov zunaj Cerna izrazilo pomisleke, kaj vse bi se utegnilo zgoditi, ko bi njihovi kolegi v Švici precenili svoje sposobnosti. Ustvarjanje razmer, ki naj bi bile precej podobne tistim ob velikem poku pred 13,7 milijarde let, ko naj bi se rodilo naše vesolje, pomeni določeno tveganje, so prepričani nekateri znanstveniki. Njihova opozorila, kaj vse bi se lahko zgodilo, pa so včasih že prav katastrofična. Nekateri celo napovedujejo, da bodo znanstveniki, ki se v Cernu »igrajo boga«, ustvarili črno luknjo, ta pa bo posesala Zemljo.

Ljudem, ki ne delajo v Cernu in niso preveč naravoslovno izobraženi, že samo ob omembi črne luknje zastane dih. Mar črne luknje ne pogoltnejo vsega, kar jim pride na pot?

Zagotavljanja znanstvenikov, da tudi črna luknja uboga zakone kvantne mehanike in da bi po teoriji Hawkingovega sevanja takšne luknje izginile v delčku sekunde, ne zaležejo. Morda se mikroskopska črna luknja res preprosto razblini, lahko pa se tudi ne. Kdo lahko zagotovi, da ne bi bila morebitna umetno ustvarjena črna luknja v LHC ravno pravšnja za tako katastrofične napovedi?

Znanstveniki zagotavljajo varno delovanje

V poročilu, ki so ga objavili pri LHC Safety Assessment Group, je zapisano, da so bojazni pred morebitnim nastankom mikroskopskih črnih lukenj v trkalniku povsem odveč, saj je verjetnost, da bi do njih prišlo, zanemarljiva. Tudi če bi že nastale, bi v trenutku izginile. Prav tako so zavrnili vse druge strahove, ki se pojavljajo v javnosti. Večkrat je bilo omenjeno, da tudi kozmični žarki ob trkih z zemeljsko atmosfero dosegajo podobne energije, kot jih bo ustvaril LHC.

Da tovrstna vprašanja niso povsem iz trte zvita, kažejo reakcije znanstvenih ustanov, ki pred začetkom poizkusov v Cernu prepričujejo javnost o varnosti tega projekta. »Prav nobene nevarnosti ni, da bi LHC ustvaril črno luknjo, ki bi lahko pogoltnila Zemljo. Ta trditev sloni na dobro preizkušenih fizikalnih teorijah in na dognanjih, ki smo jih dobili z dolgoletnim opazovanjem vesolja,« so zapisali v sporočilu nemškega Komiteja za fiziko osnovnih delcev, pod katerega so se podpisali vodilni kvantni fiziki v Nemčiji.

Walter Wagner in Luis Sancho sta marca na zveznem sodišču v Honoluluju na Havajih vložila tožbo proti ameriškim Department of Energy, Fermilab, National Science Foundation in švicarskem Cernu. Sodišče naj bi ustavilo gradnjo LHC, ker bi lahko ob trkih protonov nastajale mikro črne luknje, ki bi požrle naš planet. S podobno tožbo sta že 1999 želela preprečiti obratovanje trkalnika RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) v Brookhaven National Laboratory na Long Islandu, ki že osem let obratuje, Zemlja pa se kljub temu še kar vrti. Na njihovi spletni strani (http://www.bnl.gov/rhic/black_holes.htm) pa so za vsak slučaj le objavili izjavo, v kateri fizik Dmitri Kharzeev pojasnjuje, zakaj RHIC ne more ustvariti nevarne črne luknje. V tožbi omenjata poleg črnih lukenj tudi možnost, da bi se v LHC kot nekakšni stranski produkti pojavili tako imenovani strangelets, ki bi lahko Zemljo spremenili v kepo materije, na kateri bi bilo življenje nemogoče.

Doslej človek še ni ustvaril naprave, v kateri bi ustvarjal takšne energije, zato določenih pojavov ni mogoče povsem izključiti, četudi je verjetnost, da bi do njih res prišlo približno tolikšna, kot če bi trikrat zapored zadeli prav vse izžrebane številke na lističu za loto. Dejstvo, da so znanstveniki ustvarili napravo, v kateri bodo ustvarili razmere, ki naj bi bile precej podobne tistim ob velikem poku, je že samo po sebi fascinantno. V kolikšni meri jim bo uspelo tako smele načrte uresničiti, pa se bo pokazalo v naslednjih mesecih.

Orjaški magnet – Eden izmed 1746 superprevodnih magnetov, ki so jih posebej skonstruirali za LHC

Mišo Renko, čet, 14.08.2008 Četrtkova znanost v Delu