Największy eksperyment odkryje tajemnicę wszechświata?

Pierwsze próby uruchomienia akceleratora LHC w CERN przebiegły "zaskakująco pomyślnie" - oceniła jedna z inżynierów pracujących w Centrum Kontroli CERN (CCC) Verena Kain. Zapowiedziała, że wkrótce będzie podjęta próba przeprowadzenia przez LHC drugiej wiązki - przeciwnie do ruchów wskazówek zegara.

Jak opowiadała, pierwsza wiązka miała właściwe parametry a jej tor był pod kontrolą. Z przeciwbieżną wiązką - spodziewają się uczeni - powinno być podobnie. Dwie wiązki są konieczne, aby mogły rozpocząć się eksperymenty. Przecież chodzi o nakierowanie na siebie wiązek i zderzanie protonów - podkreśliła.

Pytana przez dziennikarzy o atmosferę panującą w centrum kontroli powiedziała, że taki właśnie nastrój musiał panować w centrum kontroli NASA, kiedy przeprowadzano pierwsze lądowanie astronautów na Księżycu.

Kain zastrzegła, że do rozpoczęcia właściwych eksperymentów musi minąć co najmniej kilka tygodni, ponieważ naukowcy muszą ostatecznie dostroić aparaturę.

To początek przygotowywanych od 20 lat eksperymentów, które mają na celu poznanie budowy wszechświata i struktury materii. Pierwsza wiązka okrążyła akcelerator jeden raz. Jej prędkość była bliska prędkości z jaką rozchodzi się światło, czyli niemal 300 tys. km/sek.

Przejście przez akcelerator pierwszej wiązki oznacza koniec dwudziestoletnich przygotowań i rozpoczęcie właściwych badań z użyciem akceleratora.

Podczas eksperymentów w akceleratorze będą przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek, najczęściej protonów. W odpowiednim momencie wiązki zostaną nakierowane na siebie i zacznie dochodzić do zderzeń cząstek. Właśnie te zderzenia będą przedmiotem badań fizyków. Ich obserwacja umożliwi lepsze poznanie początków wszechświata i budowy materii.

Doświadczenia mają m.in. wyjaśnić dlaczego we wszechświecie nie ma antymaterii i z czego się składa kosmiczna ciemna materia.

LHC to kołowy akcelerator cząstek elementarnych, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. LHC znajduje się w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel o długości około 27 km, ma średnicę ok. 9 km.

Podróż w czasie

Te eksperymenty, to swego rodzaju podróż w czasie. Chodzi o to, że kiedy zderzą się ze sobą rozpędzone niemal do prędkości światła, gęsto skupione cząstki, to na ułamek sekundy we wnętrzu akceleratora zapanują warunki podobne do tych, jakie panowały na początku wszechświata. Obserwacja zjawisk zachodzących wtedy, pozwoli fizykom odpowiedzieć na wiele pytań, związanych z budową materii. Dlatego z zapartym tchem na rozpoczęcie właściwych eksperymentów oraz na pierwsze wyniki czeka wielu naukowców na świecie.

Wśród nich jest fizyk i teolog ks. prof. Michał Heller, który niedawno został uhonorowany prestiżową nagrodą Templetona, przyznawaną za łączenie myśli naukowej z religijną. On sam zajmuje się kosmologią, czyli nauką o powstaniu świata. Świat naukowy trzyma kciuki za wyniki eksperymentów w CERN-ie. Głównym pytaniem jest czy istnieje cząstka Higgsa, czy nie istnieje. Wydaje się to bardzo drobnym szczegółem. Rzeczywiście ta cząstka Higgsa, jeśli istnieje, to jest bardzo, bardzo maleńka, ale od niej strasznie dużo zależy. Od tego, czy stwierdzimy jej obecność, czy nie, zależy prawdziwość tzw. modelu standardowego cząstek elementarnych. (...) Nic dziwnego, że kosmologowie i fizycy z zapartym tchem czekają na to. Jeszcze bardziej z zapartym tchem niż na wynik wyborów prezydenckich w Stanach Zjednoczonych - mówił ks. prof. Heller w marcu.

Co się stało po Wielkim Wybuchu?

Warunków, które panowały we wszechświecie w samym momencie Wielkiego Wybuchu, nie da się wytworzyć w żadnym akceleratorze. Ale już da się stworzyć takie, które istniały trochę później, czyli mniej więcej jedną milionową sekundy po Wielkim Wybuchu.

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.

Poza tym fizycy mają nadzieję na odkrycie przy pomocy LHC tzw. cząstek supersymetrycznych - nowego rodzaju materii, którego istnienie postulują teorie fizyczne. Odkrycie cząstek supersymetrycznych byłoby krokiem do zrozumienia natury tzw. ciemnej materii. Chodzi o wykryte przez astronomów w kosmosie skupiska materii, która nie wysyła żadnego wykrywalnego promieniowania, ale tworzy pole grawitacyjne - dzięki temu wiadomo, że musi mieć masę. Obliczenia wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej niż zwykłej, znanej nam. Poza tym naukowcy przypuszczają, że nieznanych form materii jest więcej a ta, którą znamy, stanowi zaledwie ok. 5 proc. masy wszechświata.

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. We wszechświecie nie ma obecnie antymaterii.

Naukowcy są jednak przekonani, że kiedyś - w najwcześniejszych początkach wszechświata - tak właśnie było. 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.

Czarna dziura pochłonie 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.

W kwietniu w Warszawie, podczas konferencji popularnonaukowej poświęconej LHC dyrektor CERN Robert Aymar mówił, że sugestie, jakoby po uruchomieniu akceleratora mogło dojść do kataklizmu, są nieuzasadnione i obraźliwe. Takie procesy są w USA wytaczane regularnie przez różne osoby, ilekroć jakieś laboratorium uruchamia nowy eksperyment fizyczny. Nigdy z żadnego z tych procesów nic nie wynikło. Naukowcy pracujący w CERN naprawdę nie są tak nieodpowiedzialni, że mogliby robić eksperymenty, których skutki groziłyby katastrofą. Nie jesteśmy szaleńcami, gotowymi zniszczyć Ziemię i nawet tego nie zauważyć - mówił Aymar. Dodał, że bezpieczeństwo ludzi i środowiska naturalnego było zawsze priorytetem przy projektowaniu eksperymentów naukowych w CERN. Prawdą jest, że w trakcie eksperymentów w akceleratorze mogą powstać miniaturowe czarne dziury. Jednak te twory nie będą żadnym zagrożeniem. Pojawią się na ułamek sekundy i znikną, rozpadając się na zwykłe cząstki elementarne, składniki każdej materii - zapewniał.

W przesłanym komunikacie biuro prasowe CERN zapewniło, że eksperymenty w LHC nie stanowią żadnego zagrożenia. Podobne zjawiska, jak tłumaczą pracownicy ośrodka, zachodzą co chwilę, kiedy do Ziemi docierają wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego. Miniaturowe czarne dziury, jeśli istnieją, to równie dobrze mogą tworzyć się samoistnie wewnątrz ciał ludzi, jak w rurze akceleratora.

W naturze wystąpiło już tyle zjawisk tego typu, że odpowiadałoby to stu tysiącom programów badawczych typu LHC. A Ziemia ciągle istnieje - podkreślił szef zespołu naukowego CERN Jos Engelen.

Zdaniem naukowców, pierwszych rezultatów eksperymentu można spodziewać się za rok. Budowa Zderzacza pochłonęła 10 miliardów dolarów i czternaście lat pracy dziesięciu tysięcy ludzi z 20 krajów, w tym z Polski.

Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wraz z Instytutem Problemów Jądrowych organizuje spotkanie na którym transmitowane będzie uruchomienie akceleratora. Po zakończeniu transmisji wystąpią przedstawiciele polskich instytucji biorących udział w eksperymencie.