| Dnevnik.hr, Branimir Vorša

Veliki hadronski sudarač ispunio je misiju i pronašao Higsov bozon. I šta sad?

Beta / AP

Fizičari imaju ideju, a ako ste mislili da je LHC megalomanski projekat, zastaće vam "knedla" u grlu.

Kad je evropski LHC započeo s radom 2008. godine, fizičari nisu ni sanjali da mogu dobiti nešto toliko veliko, dok u pogon ne stave najveću mašinu ikad napravljenu i vrednu 5 milijardi dolara.

Takvo razmišljanje promenilo je otkriće Higsovog bozona 2012. godine, čime je LHC ispunio svoju originalnu misiju.

O tome šta će se desiti nakon "Higsa" Index.hr zatražio je komentar profesora dr sc. Ivice Piceka s odseka za teorijsku fiziku zagrebačkog PMF-a.

"Otkriće Higsovog bozona na CERN-ovom velikom hadronskom sudaraču LHC možemo uporediti s trenutkom Faradejevog otkrića elektromagnetne indukcije. Ovo poslednje je utrlo put Maksvelovom opisu elektromagnetskog polja i razotkrivanju fotona bez mase kao njegovog pobuđenja, sa svim primenama bez kojih nije moguće zamisliti današnju svakodnevicu.

S druge strane, LHC je omogućio da "zagrebemo" po Higsovom polju koje prožima prostor u koji smo uronjeni i da pobudimo česticu koju do sada nismo mogli osetiti", kaže profesor Picek.

"Reč je o otkriću prema kom osim tradicionalnih čestica, kvarkova i leptona sa spinom 1/2 i čestica sila sa spinom 1, postoji i polje bez spina.

U hlađenju s ostatkom svemira ono je kondenzovalo, kao što vodena para kondenzuje u tečnost. Pri tome, ono je kondenzovalo u superfluid bez viskoznosti, kao što se to dogodi s 'helijumom-4' ohlađenim do 2.17 stepeni Kelvina. Zbog toga i ne osećamo da smo u tom polju. Ipak, osnovne čestice materije i čestice sila osećaju to polje na način da iz tog kondenzata crpu svoju masu", objašnjava Picek.

Korak dalje

Tu ne prestaje istraživanje čestica.

"Samo postojanje takvog Higsovog 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 zahteva izgradnju još moćnije mašine koja bi bila sledbenik LHC-a", kaže Picek.

To bi mogao da bude samo veoma veliki hadronski sudarač.

"Sam LHC trenutno prolazi fazu nadogradnje: sudari protona bi se od 2015. godine odvijali na dvostruko većoj energiji od 14 tera-elektronvolta (TeV) i mogli bi dati smernice za dizajniranje sudara u budućnosti. Ovo je poslednji čas za takvu odluku, budući 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 sugeriše, to bi bio kolosalni projekat, koji bi veličinom tri puta zasenio postojeći LHC.

"Razumno je da se napravi vizija za buduće decenije", smatra Majkl Peskin, teorijski fizičar it SLAC Nacionalne akceleratorske laboratorije u Menlo Parku, u Kaliforniji. On je koncept VLHC-a početkom meseca predstavio američkoj vladi.

Sulude brojke

VLHC bi sudarao protonske zrake na energetskim vrednostima oko 100 tetraelektronvolti (TeV), što je drastično više od 14 TeV-a, koliko predstavlja maksimum LHC-a.

Dalje, za takav sudarač 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) sudarač Tevatron kod Čicaga, nadogradi akceleratorskim prstenom od stotinjak kilometara na mašinu koja bi proizvodila sudare od 100 TeV. U originalnom dizajnu iz 2001. god. prsten za to bi morao biti 233 km dugačak! Zašto takve dimenzije? Reč je o sondiranju sve manjih dimenzija i jednako kao što je za postizanje veće rezolucije klasični mikroskop zamenjen elektronskim mikroskopom, tako svaka nova fundamentalna skala traži sve veći 'elektronski mikroskop'. Ujedno se u prstenu većeg radijusa smanjuje gubitak energije usled sinkrotronskog zračenja".

Lista prioriteta

Ipak, ima i protivnika te ideje, ili barem fizičara koji smatraju kako VLHC nije na listi prioriteta, već da ima samo sitnu ulogu u svetu fizike čestica.

Naime, već postoje planovi za izgradnju Međunarodnog linearnog sudarača (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 projekat istraživanja neutrinskih zraka visokog inteziteta, koje se proizvode u Fermi akceleratoru u Bataviji, u američkoj saveznoj državi Ilinois.

Vratimo se na VLHC. Da bi uopšte napravili takvu mašinu, fizičari bi morali da izrade supervodljive magnete, koji mogu operisati na višim poljima od trenutne generacije supervodljivih magneta, reda veličine 20 tesla, umesto sadašnjih 14 tesla. Vodeći kandidat za to je materijal niobijum kositar, koji može izdržati viša polja, ali je skup i mora se hladiti na 18 stepeni Kelvina (-255 stepeni Celzijusa).

CERN ima plan: VHELHC

CERN već ima planove za sudarač koji bi bio vrlo sličan VLHC-u, a njihova studija o tome zove se "visoko energetski veliki hadronski sudarač"(VHELHC). Prema toj studiji, i ta mašina bi funkcionisala na 100 TeV-a i imala tunel dužine 80 do 100 kilometara.

CERN-ov fizičar Majkl Benedikt kaže da bi konstrukcija te mega mašine mogla da započne u 2020-im godinama, kako bi bila dovršena do 2035. kada je predviđeno gašenje LHC-a.

"Niko ne bi želeo da ima veliku rupu u visoko energetskoj fizici", ističe Benedikt.

"Ključni za konačne odluke biće rezultati novog kruga merenja na LHC-u. Ukoliko padne odluka za sudarač koji bi bio posvećen iscrpnom proučavanju samog higsa, tada bi se išlo na leptonski sudarač komplementaran LHC-u. Reč 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 smeštenim na sredini 31-kilometarske mašine. I kod ovog projekta naglašena je međunarodna komponenta, saradnja više od hiljadu naučnika i inženjera s preko sto univerziteta i laboratorija iz nekoliko desetaka država", kaže Picek.

Zamisliti nezamislivo

Svi navedeni kolajderi spadaju u globalne projekte čovečanstva s nezanemarivom planetarnom dimenzijom.

Uz izazov razvijanja novih tehnologija i načina komunikacije, ističe Picek, ovi projekti s predmetom bavljenja premošćuju fiziku čestica i kosmologiju.

"Kao što se u Faradejevo i Maksvelovo vreme nije mogla zamisliti kvantna elektrodinamika sa svim fantastičnim primenama, tako ne možemo do kraja zamisliti ni ono što će proizići iz Higsom rasvetljene elektroslabe sile, niti koji će se sve pogledi otvoriti u dosad neviđene krajeve svemira", zaključuje profesor Picek.

Cena takvog projekta, gde god da zaživi, za sad nije poznata, ali fizičari smatraju da bi sudarač narednegeneracije morao da košta manje od 10 milijardi dolara da bi projekat bilo politički moguće "progurati" i ostvariti.