Noul proiect al CERN este de a construi un mecanism care va fi de aproape patru ori mai mare decât cel mai mare dispozitiv existent. Dar pentru ce este exact?
The Big Hadron Collider (LHC) este, probabil, unul dintre cele mai misterioase dispozitive din lume. Este situat într-un tunel circular cu o lungime de 27 de kilometri, la granița dintre Franța și Elveția, iar sarcina sa principală este să ciocnească cele mai mici particule ale universului.
Acest mecanism a devenit celebru în întreaga lume în 2012, când CERN (Organizația Europeană pentru Cercetări Nucleare) a anunțat descoperirea bosonului Higgs. Teoria existenței acestei particule elementare a apărut în urmă cu multe decenii, calculele matematice din spatele modelului standard de particule elementare au presupus că există, dar nimeni nu a putut să o rezolve înaintea experimentului de la LHC.
Și acum CERN vorbește despre planurile de viitor. Experimente cu ajutorul LHC au fost efectuate încă din 2009 cu întreruperi pentru actualizarea mecanismului. Acum, doar o astfel de pauză și LHC va fi lansat din nou în 2021, după care va funcționa încă câteva decenii.
Dar proiectele existente sunt atât de ambițioase încât CERN discută o propunere de construire a unui succesor al LHC de câțiva ani. Iar acum angajații organizației sunt gata să povestească despre viziunea lor despre viitor.
Acum numit Future Circular Collider (FCC), planurile pentru construcția sa au fost anunțate în ianuarie 2019. BCC este mult mai mare și mai puternic decât acceleratorul actual. Deși acesta este doar un plan, încă nu a fost acceptat. Dacă planul este pus în aplicare, experimentele la BCC vor începe în anii 2040.
Potrivit CERN, costul total al construcției se va ridica la puțin peste 200 de miliarde de krooni (peste 1,5 trilioane de ruble - aprox. Trad.). Țările membre ale organizației vor finanța proiectul timp de câteva decenii. Norvegia este una dintre cele 22 de țări membre ale CERN și va contribui cu aproximativ 240 de milioane de krooni (peste 1,8 miliarde de ruble) în 2019.
Video promotional:
Dar de ce avem nevoie de un nou accelerator de particule, ce speră să obțină oamenii de știință?
Tunel lung
LHC este amplasat în același tunel ca acceleratorul de particule anterior, acolo a fost introdusă doar o nouă umplere. Lucrările dispozitivului anterior au fost reduse în 2000.
Dar un tunel complet nou, lung de 100 de kilometri, va fi construit pentru BCC. Datorită lungimii crescute a acceleratorului de particule, particulele se vor ciocni cu mult mai multă forță.
„De o sută de ani, coliziunea unor bucăți mici de materie cu mare forță a fost poate cea mai importantă metodă experimentală pentru studierea structurii și compoziției materiei”, spune Anders Kvellestad, un fizician de particule la Imperial College London.
De fapt, planul CERN prevede construirea mai multor dispozitive în același tunel, care vor fi amplasate unul după altul. Primul mecanism va ciocni electroni și pozitroni și poate fi utilizat pentru măsurători și studii mai precise, de exemplu, bosonul Higgs, despre care se știe departe de toate.
De asemenea, va fi posibilă detectarea urmelor cuantice de particule complet necunoscute fără a face observații directe.
Noua fizică?
În plus față de alte experimente care implică coliziunile electronilor și nucleilor atomilor de plumb, este planificat ulterior construirea unui mecanism foarte puternic prin care protonii se vor ciocni cu protonii din tunel.
„În fizica particulelor, ciocnirea unui proton cu un proton seamănă cu un trântor, în timp ce coliziunea unui electron cu un pozitron poate fi comparată cu un ciocan geologic mic. Primul dă mai multă putere, în timp ce cel de-al doilea este mai precis."
Puterea fasciculului de particule este măsurată în teraelectronvolți (TeV). LHC, lung de 27 de kilometri, poate suporta 14 TeV, în timp ce noul accelerator va rezista la o putere de până la 100 TeV.
Energiile mai mari vă permit să „ademeniți” particule mai masive, care poate nu au fost observate până acum și este posibil ca rezultatele unor astfel de experimente să vă dea o idee despre fizica complet nouă, explică Kvellestad.
Pentru că universul este încă plin de lucruri pe care oamenii de știință nu le înțeleg. De exemplu, nu există niciun răspuns la întrebarea despre ce sunt într-adevăr energia întunecată și materia întunecată, deși sunt concepte centrale în înțelegerea noastră actuală a universului.
Există, de asemenea, o mare problemă în fizica modernă. Relativitatea generală și teoria cuantică a câmpurilor, care descrie particule elementare, nu coincid. În prezent, nu există nicio explicație pentru gravitația în sine, care se încadrează în ambele modele.
Indiferent de modul în care îl privești, lipsește ceva în înțelegerea universului. Multe explicații sunt oferite, dar cercetătorii au nevoie de dovezi.
Și fizicienii sperau că actualul accelerator de particule al LHC va oferi un indiciu despre fizica nouă. Acest lucru nu s-a întâmplat încă, dar LHC va funcționa mai mulți ani.
„Acum știm totul despre unele mici, dar interesante discrepanțe între teorie și practică în datele existente. Prin urmare, mă aștept ca rezultatele următoarei runde a lucrării LHC să ne arate dacă aceste discrepanțe sunt consecința „fizicii noi” sau sunt doar variații statistice”, spune Kvellestad.
Există, de asemenea, câteva îndoieli cu privire la planurile de a construi noi acceleratoare de particule.
Va face ceva cu adevărat?
Fizicianul german Sabine Hossenfelder este unul dintre criticii propunerii MCC. Ea a scris o carte despre modul în care fizica este prea preocupată de „frumusețea” ecuațiilor.
Într-o coloană din The New York Times, ea critică proiectul, în special, pentru faptul că CERN îl oferă cu aceleași promisiuni făcute înainte de construcția LHC: să găsească materie întunecată și să clarifice originea universului.
Problema este că un astfel de rezultat nu poate fi garantat în niciun fel, spune Hossenfelder. Fizicienii erau aproape siguri că vor găsi bosonul Higgs cu ajutorul LHC, dar acum nu au ținte atât de promițătoare.
Supersimetria este o teorie care a prezis existența mai multor particule diferite care ar putea completa golurile din Modelul Standard, dar aceste particule nu au fost încă atinse în experimente.
Hossenfelder susține că fizica ar trebui să exploreze alte posibilități de acum și este mai bine să aștepți cu construcția unui accelerator mare, concentrându-se pe întrebarea de ce presupuse particule nu au apărut în LHC.
Dacă sunteți interesat, puteți citi mai multe despre criticile aduse proiectului pe blogul ei. Ea mai spune că dacă, cu ajutorul LHC, în următorii ani, este cu adevărat posibil să găsești ceva, atunci imaginea se poate schimba.
Cercetare de baza
„După descoperirea bosonului Higss, nu mai avem„ garanții”teoretice că vom găsi particule noi în următoarea generație de experimente”, spune Anders Kvellestad. starea de cercetare - când nimeni nu știe ce poate fi dezvăluit în următorul experiment."
„Există mai multe exemple de descoperiri din istoria fizicii pe care nimeni nu le-a prevăzut”.
Kvellestad consideră că, chiar dacă fizicienii nu sunt de acord cu ce să se aștepte de la aceste experimente, acesta nu ar trebui să fie un argument împotriva conducerii unor noi experimente.
Datorită noilor acceleratoare de particule, oamenii de știință vor putea investiga și măsura mai bine particulele deja cunoscute, a spus Kvellestad.
Trebuie să construiți un mecanism mai mare, dar nu acum?
„Nu există nicio îndoială că viitorul cercetării în fizica particulelor va trece printr-un mecanism mai mare”, spune Bjørn Samset, cercetător la Centrul Cicero pentru Cercetări Internaționale de Mediu și Climă. El este un fizician de particule elementare prin instruire și a lucrat la CERN.
"Singura întrebare este dacă este timpul să o construim sau dacă este mai bine să vă concentrați pe alte lucruri deocamdată."
De asemenea, el crede că fizica ar beneficia probabil mai mult dacă mai întâi alte proiecte ar fi evaluate mai detaliat, ceea ce ar putea ajuta să înțeleagă mai bine ce ar putea găsi noul dispozitiv.
Samset citează materia întunecată ca exemplu.
„Mulți au sperat că LHC va avea suficientă energie pentru a crea particule din care poate fi făcută materia întunecată”.
Multe teorii au fost prezentate și unele au fost respinse, dar multe încă trebuie verificate. Întrebarea este dacă s-ar putea să nu fie mai bine să vă concentrați asupra altor metode, cum ar fi senzorii speciali, cu care puteți capta direct materia întunecată.
Dacă BCC este construit, acest lucru nu se va întâmpla în curând, dar Samset subliniază că este foarte important să discutăm în avans astfel de proiecte.
„Pericolul de așteptare este pierderea experienței. Tehnicienii de la CERN sunt adevărați magicieni, fac ca acceleratorul să facă lucruri incredibile. Dacă nu începem să planificăm următorul proiect acum, multe din această experiență s-ar putea pierde."
În același timp, consideră că experiența poate fi transferată în cadrul altor proiecte. Dar este încrezător că vor fi construite acceleratoare uriașe.
"Un astfel de mecanism ar trebui construit și va fi construit, dar poate este încă prea devreme?"
Lasse Biørnstad
