6. april 2010.

Utorak, 30. mart 2010. digao je na noge celokupnu svetsku javnost. Svi su očekivali vesti iz Švajcarske, iz CERNa. Na kraju dana svi su pomalo bili razočarani. Za širu javnost oduševljenje nije isto kao i za naučnike. No eksperiment je odlično započet.

Piše: Nikola Božić

Foto: CERN

Uotorak, 30. mart 2010. godine je istorijski datum u istoriji nauke po tome što je tog dana konačno uspešno započet eksperiment koji predstavlja mnogi bi rekli „rađanje nove fizike“. Ekpseriment koji je zahtevao dosta finansija, privukao veliku pažnju medija i javnosti, i koji je zbog problema sa opremom odlagan nekoliko puta.

Šta je CERN?

Evropska organizacija za nuklearna istraživanja, prepoznatljiva po skraćenici CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) je institucija nastala pre nekoliko decenija sa ciljem miroljubiovog proučavanja nukelarne fizike. Pre petnaest godina započeta je izgradnja novog velikog akclereatora čestica u tunelu veličine 27 kilometara koji se nalazi ispod francusko-švajcarske granice u blizini Ženeve.

Akceleratori su, inače, veliki instrumenti koji ubrzavaju elementarne čestice (elektrone, protone). To se najčešće postiže tako što snop čestica kruži u jakom mangentnom polju koje mu dodaje energiju u svakom okretu i na taj način ga ubrzava.

Tako ubrzanim snopovima gađa se meta ili se snopovi međusobno sudaraju, kako bi se oslobodila velika energija iz koje mogu da nastanu nove čestice. Među tim česticama se nalazi i motiv gradnje novog akceleratora – Higsov bozon. To je jedina elementarna čestica koja nedostaje po Standardnom modelu, teoriji koja opisuje strutkuru materije, odnosno, ono od čega je čitav svet sagrađen.

Božija čestica

Foto: CERN

Zbog čega ranije nismo mogli da identifikujemo ovu česticu? Zbog energije. Naime proces posmatranja sve sitnijih gradivnih elemenata zahteva sve veće oslobođene energije. Ako posmatrate običan atom, potrebno je da uložite neku energiju da biste ga podelili na pozitivne jone i elektrone. Sa druge strane, za cepanje jezgra atoma potrebne su velike energije, što se postiže bombardovanjem jezgra neutronima. Kad se ide još dublje, izvesno je da vam za detaljniji pogled “unutra” treba sve veća energija, koja će stvoriti sve veći broj novih čestica.

Realizacijom ovog eksperimenta timovi naučnika će pokušati da u tom mnoštvu nastalih čestica ulove “Božiju česticu”, kako još nazivaju Higsov bozon, česticu za koju tek ovim uređajima možemo stvoriti dovoljno energije kako bi nastala.

Ovim eksperimentima, stvorene čestice će osvetleti stanje u ranom Svemiru, neposredno posle Velikog praska, i razrešiti razne dileme koje naučnici imaju.

Ostale elementarne čestice

Da se vratimo malo na mikro svet. Elementarne čestice su osnovna gradivna tela u prirodi. Osnovna osobina je da su nedeljevi. Atom je u istoriji bio prva čestica koja se smatrala nedeljivom, i zbog toga poneo taj naziv koji znači „nedeljiv“. Međutim usavršavanjem ekeperimentalnih metoda i teorijskih modela koji su opisivali eksperimentalne podatke, shvatilo se da se atom sastoji od jezgra i elektrona, a kasnije da se jezgro sastoji od protona i neutrona. Međutim, tu se nije zaustavilo usitnjavanje. A atomu je ostalo samo ime, i to iz istorijskih razloga.

Komandni centar. Foto: CERN

Akceleratori su nam omogućili da sada možemo reći da imamo na desetine elementarnih čestica koje izgrađuju sve ostale ciglice materije, koje su običnom čoveku lakše za poimanje. U vreme dok još nije bilo sistematizacije elementarnih čestica, u prvoj polovini 20. veka Enriko Fermi, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku, je na pitanje o nekoj od čestica odgovorio svome studentu: “Mladiću, kada bih mogao da zapamtim imena svih tih čestica bio bih botaničar.”

Sedeamdesetih godina prošlog veka, postavljena je teorija koja opisuje svet elementarnih čestica. Standardni model elementranih čestica je teorija koja opisuje sve poznate elementrane čestice, a predvidela je u vreme postavljanja teorije nepoznate čestice. Verovatno je najbitnije to što je ovaj model pokazao da priroda nije toliko komplikovana koliko je izgledalo. Osim čestica, Standardni model opisao je i tri osnovne sile – jaku, slabu i elektromagnetnu. Ova teorija bila je saglasna i sa kvantnom mehanikom i specijalnom teorijom relativnosti.

Ogromne energije

CERNov akcelerator pod imenom Veliki sudarač hadrona (Large Hadron Copllider) je predviđen da ubrzava protone do ogromne energije od 7 TeV. On je projektovan da se ubrzani snopovi međusobno sudare, što će oslobaditi energiju od 14 TeV i omogućiti nastanak procesa dosad neviđenih u eksperimentima. Zanimljivo je da su ove energije, mada ogromne za kvantne objekte i mikro svet, u makroskopskim razmerama uporedive sa energijom koju ima jedan insekt u letu.

Ove energije će omogućiti nastanak elementarnih čestica koje do sada nismo mogli da stvorimo u ekesperimentalnim uslovima. I one koje očekujemo, ali verovatno i neke potpuno nove. Zbog svega ovoga postoji veliko iščekivanje naučnika.

Ukoliko eksperimentom uspemo da pokažemo postojanje Higsovog bozona, potvrdićemo Standardni model. Ukoliko sa druge strane eksperiment pokaže da Higsov bozon ne postoji, teorijski fizičari će morati da se pozabave postavljanjem nove teorije koja opisuje svet oko nas.

Prvi rezultati. Foto: CERN

Ono što je sigurno, je da će eksperiment trajati više meseci, pa čak i godina. Sa jedne strane zbog toga što je potrebno ponoviti sudar više puta, a sa druge strane zbog činjenice da se u svakom sudaru produkuje velika količina podataka, za čiju obradu i najbržim računarima treba dosta vremena.

U ovome su i razlozi izneverivanja očekivanja najšire populacije. Svi su očekivali da trenutkom prvog uspešnog sudara možemo očekivati i rezultate. Euforija naučnika, sa druge strane, leži u činjenici da konačno sve funkcioniše kako treba, i da im naredne godine garantuju mnogo podataka koje treba analizirati.

Ovim povodom, prof. dr Petar Adžić, rukovodilac Beogradske grupe koja je angažovana na projektima u CERNu: „Značaj ovog projekta je ogroman. To je najveći, najsloženiji i najskuplji naučno-tehnološki projekat u nauci. Planirano je da sudaranje protona funkcioniše neprekidno dve godine. Nakon toga, protoni se neće kretati 6 meseci do godinu dana, a zatim se kreće u drugu etapu, gde ćemo probati da ih sudarimo pri energiji od 14 TeV. Dakle duplo većim energijama nego u ovom prvom sudaru.“

Strpljenje

Slavlje - sksperiment odlično zapčeo. Foto: CERN

Posle uspešnog početka eksperimenta, koji je predviđao sudare sa duplo manjim energijama nego u punom kapacitetu, pred nama su ogromne mogućnosti. Naučnici konačno u rukama imaju mašineriju koja im daje materijala za dalji rad i nova otkrića. Međutim važno je imati na umu da se eksperiment mora ponavljati mnogo puta pod različitim uslovima i energijama. Pored toga svaki sudar naučnicima i njihovoim superkompjuterima daje veliku količinu podataka koju treba obraditi.

I pored početne euforije, koja je možda, bar za najširu javnost, izneverena, treba biti strpljiv, i sačekati rezultate koji će biti istorijski, bez obzira na ishod. Još je važnije da će svi ovi eksperimenti sa sobom doneti i podatke koji će otvoriti nova polja za istraživanje i osvetleti nam još jedan segment u prirodi koji do sada nismo mogli „videti“.