Fizyk: niespodzianki w Wielkim Zderzaczu Hadronów? Co najmniej za rok!

Data dodania: poniedziałek, 15 czerwca 2015, autor: naukawpolsce.pap.pl

Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) wznawia pracę, ale w najbliższych miesiącach fizycy nie spodziewają się przełomowych odkryć. Teraz sprawdzają, czy wszystko po modernizacji zadziała - mówi PAP fizyk dr Maciej Górski, który uczestniczy w jednym z eksperymentów.

Po trwającej dwa lata modernizacji Wielki Zderzacz Hadronów w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN pod Genewą wznawia swoją pracę. Cząstki już zderzają się z docelową energią (13 TeV) - prawie dwukrotnie większą niż w poprzednim etapie. To jednak jeszcze nie znaczy, że w LHC - największym na świecie przyspieszaczu cząstek - wkrótce dojdzie do przełomowych odkryć. - Jeśli chodzi o odkrycia w LHC, prawdziwe niespodzianki nie powinny się pojawić wcześniej niż za rok. Trudno liczyć na to, że dziś włączymy akcelerator i jutro ogłosimy wyniki - mówi w rozmowie z PAP dr Maciej Górski, kierownik Zakładu Wysokich Energii Narodowego Centrum Badań Jądrowych, który uczestniczy przy jednym z eksperymentów przy LHC

Wyjaśnia, że choć w LHC udało się już uzyskać oczekiwaną energię zderzeń, to inżynierowie cały czas starają się poprawić tzw. świetlność aparatury. - To parametr, który mówi, ile zderzeń na sekundę zachodzi w każdym eksperymencie. Teraz świetlność jest znacznie mniejsza, niż byśmy chcieli. A jeśli świetlność nie będzie duża, trudno mówić o możliwościach odkryć - zaznacza Górski.

Przyznaje, że docelowa świetlność LHC ma być uzyskana za jakiś miesiąc, a to będzie dopiero początek. - Akcelerator ruszył w pierwszym etapie tak naprawdę w 2010 r., a odkrycie cząstki Higgsa ogłoszono dopiero w 2012 r. - przypomina dr Górski. Zaznacza, że trzeba zebrać nawet kilkaset, kilka tysięcy zdarzeń świadczących o występowaniu np. jakiejś nowej cząstki, żeby móc stwierdzić, że się ją odkryło. A problemem jest to, że zdarzenia te występują bardzo, bardzo rzadko. I trzeba je wyszukać wśród miliardów zdarzeń zwykłych i nieciekawych.

- Szukamy igły w stogu siana. Na razie stóg jest mały, więc igły w nim jeszcze nie ma, a nawet jak będzie, to nie jest tak, że włożymy w ten stóg rękę i od razu na tę igłę natrafimy. To dość długa procedura - komentuje fizyk z NCBJ.

Pod powierzchnią ziemi w CERN znajdują się dwa ogromne pierścienie o obwodzie 27 km. W pierścienie te wpuszczane są rozpędzone paczki protonów. Na razie w pierścieniach krąży jednocześnie tylko kilka takich paczek protonów, a docelowo ma być ich aż po 2800 w jednym pierścieniu. Każda taka paczka ma długość ok. 30 cm, jest cieńsza niż włos i zawiera 100 mld protonów. Część paczek leci w jednym pierścieniu, zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a część - w drugim pierścieniu w stronę przeciwną. Pierścienie w czterech miejscach na obwodzie przecinają się i może tam dochodzić do zderzeń rozpędzonych cząstek.

- Zderzanie protonów to delikatna operacja - włosem o długości 30 cm trzeba trafić w drugi taki włos. A przecież obie paczki poruszają się prawie z prędkością światła - opisuje dr Górski. W wyniku tych zderzeń uwalniana jest ogromna energia i mogą powstawać cząstki, których właściwie nigdzie indziej nie ma szansy zaobserwować. Poznanie natury tych cząstek daje naukowcom wgląd m.in. w to, co działo się zaraz po Wielkim Wybuchu.

W miejscach, gdzie pierścienie się przecinają, prowadzone są cztery eksperymenty. Różnią się one zwłaszcza detektorami i tym, czego w zderzeniach cząstek szukają naukowcy. Eksperymenty CMS (przy nim pracuje dr Górski) i ATLAS są największe i najbardziej ogólne. Z kolei przy eksperymentach LHCb i ALICE badane są bardziej szczegółowe aspekty dotyczące natury cząstek.

W detektorach przy LHC rejestrowane są cząstki, które w zderzeniach powstają (mogą to być np. mezony K, mezony pi, protony, antyprotony, fotony, elektrony czy miony). - Po zarejestrowaniu wszystkiego, co powstaje w zdarzeniu, mamy informacje o tym, co się zdarzyło. Możemy szukać nowych, nieznanych zjawisk - objaśnia dr Górski.

Dodaje, że w LHC rejestruje się kilkadziesiąt różnych rodzajów kolizji, do których w zderzaczu może dochodzić. Dane z eksperymentu porównuje się z wynikami symulacji opartych na przewidywaniach teoretycznych. W wyniku tego działania powstaje wykres. - Jeśli nie zdarzyło się nic nowego, wykres jest gładki. A jeśli na wykresie pojawi się maksimum - możemy powiedzieć, że zdarzyło się coś ciekawego. Wykresy potwierdzające istnienie cząstki Higgsa mają właśnie takie maksimum - stwierdza Górski.

Fizyk z NCBJ zaznacza, że badania prowadzone w LHC mają doprowadzić m.in. do dokładniejszego poznania właściwości cząstki Higgsa. Górski wyjaśnia, że istnienie tego bozonu przewidzieli w swojej publikacji 51 lat temu Peter Higgs i Francois Englert. Akurat ich propozycje udało się zweryfikować doświadczalnie. Ale jest wiele kolejnych modeli, które czekają na potwierdzenie lub obalenie.

- W szczególności są to teorie supersymetryczne, które wskazują, że każda cząstka, którą na razie znamy (np. elektron, każdy z kwarków, foton) ma cząstkę stowarzyszoną, zbliżoną do niej własnościami. Różni się od niej tylko pewnym parametrem - spinem, który - w uproszczeniu - odpowiada za to, jak ta cząstka się kręci - mówi Górski.

Jeśli teorie supersymetryczne okazałyby się prawdziwe, można byłoby np. wyjaśnić, skąd się bierze ciemna materia. - Na razie główne argumenty na istnienie ciemnej materii pochodzą z astrofizyki, z analizy zachowania się galaktyk. Badanie ich własności sugeruje, że masa galaktyk jest większa niż poznane na razie obiekty, takie jak gwiazdy czy planety - zaznaczył. Gdyby udało się potwierdzić istnienie stabilnych cząstek stowarzyszonych z cząstkami już poznanymi, byłoby to potwierdzeniem tego, co zaobserwowali astrofizycy.

- Nie sądzę, że do tego typu odkrycia dojdzie szybciej niż za rok - zaznacza badacz, ale przyznaje, że jest na co czekać.

Źródło: PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala