Tiskane izdaje
Delci se bodo tako v trkalniku zaletavali z dvakrat večjo močjo, kot so se v zadnjem triletnem obdobju delovanja. Preden so se inženirji v Cernu pred dvema letoma lotili nadgradnje velikega trkalnika in detektorjev, je pospeševalnik delcev obdobje pred nadgradnjo zaključil nadvse zmagovito – z epohalnim odkritjem Higgsovega bozona, zaradi vloge pri nastanku vesolja pogosto imenovanega tudi »božji delec«.
Bo letos trkalnik z večjo močjo, energijo in višjo frekvenco pospeševanja delcev omogočil vpogled še dlje v preteklost, v sam nastanek vesolja? Mu bo uspelo izslediti delce, povezane s temno snovjo, ali pa celo potrditi ali ovreči teorijo supersimetrije, po kateri naj bi ob našem obstajalo tudi zrcalno vesolje?
Takšno je namreč upanje, ki že ves čas nadgradnje velikega trkalnika navdaja več tisoč znanstvenikov, udeleženih v poskusih v Cernu (projekt vzdržuje in opravlja kar 8000 fizikov iz 85 držav, tudi iz Slovenije – pri eksperimentu Atlas, čeprav naša država iz nepojasnjenih razlogov na vladni strani še vedno ni polnopravna članica Cerna), in desetine tisočev fizikov drugod po svetu, ki raziskujejo v fiziki delcev.
Največji trkalnik
K hitrosti blizu svetlobni jih bo pospeševalo 9600 magnetov, v katerih je uporabljenih deset tisoč ton železa – torej več kot v znamenitem Eifflovem stolpu. Magnete sestavljajo tuljave z navitji, ki bi lahko, če bi bila odvita in zravnana, kar petkrat segala od Zemlje do Sonca in nazaj in še bi jih ostalo za nekajkratno pot do Lune in nazaj.
Največji med magneti v LHC tehtajo 35 ton, v dolžino pa merijo kar 15 metrov. Skupaj lahko ustvarijo magnetno polje, ki je več kot stotisočkrat močnejše od Zemljinega. Za delovanje potrebujejo nizko temperaturo, kar nepredstavljivih minus 271,3 stopinje Celzija. V LHC je tako s temperaturo zgolj 1,9 stopinje Celzija nad absolutno ničlo med obratovanjem hladneje kot v zunanjem vesolju.
Večja energija
V obdobju zadnjega triletnega delovanja LHC so znanstveniki dobili več kot 100 petabajtov podatkov (za 700 let filmov v visoki ločljivosti). Infrastruktura za shranjevanje enega petabajta stane okrog sto tisoč dolarjev. Seveda pa to niso vsi podatki, ki jih je proizvedel LHC, ampak samo shranjeni. Trki so se dogajali s frekvenco 40 MHz, kar bi zahtevalo hitrost zapisovanja podatkov okoli 40 TB/s, v resnici pa so se beležili s hitrostjo 6 GB/s.
Tako je velika večina trkov oziroma dogodkov ostala nezapisana in so za vedno izginili. A k sreči je bila glavnina teh trkov »dolgočasnih«, kot v žargonu fiziki v Cernu rečejo podatkom, ki ne prinašajo nič novega. Algoritmi morajo sami pametno odločati, kaj je vredno zapisati, in to se potem shranjuje v dveh kopijah. V nadgradnji LHC pa je inženirjem med drugim uspelo povečati hitrost zapisovanja podatkov, tako da jih bo lahko LHC beležil več naenkrat.
Bomo zaznali temno snov?
Kaj torej letos lahko pričakujemo ob prvih trkih subatomskih delcev pri najvišji deklarirani energiji, ki jo LHC zmore, in pri boljšem zapisu podatkov? O tem smo povprašali vodjo slovenske skupine znanstvenikov v Cernovem eksperimentu Atlas prof. dr. Marka Mikuža.
Že pred časom je povedal, da je LHC, zasnovan tudi za to, da se vprašanje obstoja Higgsovega bozona enkrat za vselej reši, postregel s tem rezultatom razmeroma zgodaj. Zato utemeljeno upa, da bo »narava še naprej, recimo temu, milostna z nami in nam bo še kaj razkrila v teku delovanja velikega hadronskega trkalnika«.
»Pričakujemo lahko skoraj podvojeno energijo (od 8 do več kot 13 TeV) in s časom podvojeno pogostost trkov. Tudi podvojeno frekvenco (od 20 do več kot 40 MHz), kar bo zagotovilo enako število trkov ob prehodih gruč kot v letu 2012. Vse skupaj razširi doseg trkalnika za opazovanje pojavov v naravi pri višjih energijah,« navaja prof. Mikuž in dodaja: »Podrobnosti so seveda odvisne od procesov, toda večja frekvenca trkov in večja energija obetata morebitne nove, recimo supersimetrične delce, ki bi jih po najugodnejšem scenariju lahko odkrili razmeroma kmalu.«
Odkritje Higgsovega delca še zdaleč ni rešitev zadnje uganke o vesolju. Neraziskani in še naprej skrivnostni sta temna snov in temna energija. Prav temna snov, ki sestavlja kar pet šestin materije v vesolju, o njej pa ne vemo skoraj nič, je velika neznanka, ki jo morda utegne rešiti prav nadgrajeni LHC. Ta sicer delcev temne snovi ne more zaznati neposredno, lahko pa morebitna manjkajoča energija po trku protonov nakaže njihovo ustvaritev in obstoj.
Drugo odkritje, ki ga utegnejo omogočiti trki protonov pri dvakrat večji energiji, je morebitni obstoj več vrst Higgsovih bozonov z različnimi masami in celo različnimi naboji. Tako vsaj predpostavlja supersimetrija – teorija, ki naj bi združevala vse štiri temeljne sile materije, ki vzdržujejo vesolje. Boljše razumevanje, kako Higgsov bozon reagira z drugimi delci, bi lahko osvetlilo tudi naravo temne snovi, upajo znanstveniki.
In, ne nazadnje, znanstveniki upajo, da bodo trki v nadgrajenem LHC morda pokazali na obstoj tako imenovanega bozona Z'. Ta je teoretično težja verzija bozona Z, delca, ki je v zvezi s šibko jedrsko energijo. Ta je povezana tako z jedrsko fuzijo kot z radioaktivnim razpadom. Skoraj vse fizikalne teorije o znanih silah predvidevajo obstoj takega bozona Z' – tudi teorije, utemeljene na domnevi o obstoju več dimenzij realnosti, ne zgolj dolžine, širine, globine in časa.
Predvideno ponovno obratovanje velikega hadronskega trkalnika torej vzbuja velika pričakovanja. Po Cernovem urniku se zagon s protoni v velikem hadronskem trkalniku začne v enajstem tednu, to je sredi marca, trkalnik pa naj bi bil pripravljen na meritve sredi maja. Sam podzemni predor so že ohladili, zato vročica pričakovanj vztrajno narašča.
