LHC to Wielki Zderzacz Hadronów w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Zderzeń cząstek z taką energią, jaką osiągnięto w LHC, nie wykonało jeszcze żadne laboratorium na świecie.

Elektronowolt to jednostka energii, prędkości i masy używana w fizyce cząstek elementarnych. Dla porównania, 1 GeV (Gigaelektronowolt) - mniejszy 1 tysiąc razy od 1 TeV - to mniej więcej energia pojedynczego protonu w stanie spoczynku. Akceleratory działające w innych ośrodkach badawczych na świecie nie mogą na razie osiągać takich energii zderzeń, do jakich doszło we wtorek w LHC. Najpotężniejszy z nich - Tevatron, działający w amerykańskim ośrodku Fermilab - może rozpędzić wiązkę cząstek do energii ok. 1 TeV, czyli zderzenia odbywają się przy energii ok. 2 TeV. W LHC jedna wiązka osiąga energię 3,5 TeV czyli zderzenia odbywają się z enegią 7 TeV.

Reklama

Badacze zacierają ręce. "To wspaniałe być w tym dniu fizykiem cząstek elementarnych. Mnóstwo ludzi czekało bardzo długo na ten moment i właśnie ich cierpliwość i poświęcenie zaczyna przynosić owoce" - powiedział we wtorek dyrektor generalny Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN podczas transmitowanej na żywo w internecie publicznej prezentacji pierwszych zderzeń przy najwyższej energii, jaką kiedykolwiek udało się osiągnąć w jakimkolwiek laboratorium fizycznym.

Large Hadron Collider (ang. Wielki Zderzacz Hadronów) to kołowy akcelerator cząstek, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Umieszczony jest w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km. Są w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek (najczęściej protonów), które następnie zderzają się ze sobą. W LHC naukowcy próbują doprowadzić sztucznie do takiego skupienia materii, które umożliwi powstanie cząstek cięższych niż te, które na co dzień można obserwować.

Do rejestracji cząstek, pojawiających się w miejscach zderzeń, służą cztery zestawy detektorów - ATLAS, CMS, ALICE i LHCb - umieszczone w czterech miejscach na obwodzie akceleratora. Każdy z nich jest zaprojektowany do wykrywania innego rodzaju cząstek i zjawisk. Razem będą dostarczały naukowcom 3 tys. GB (gigabajtów) danych dziennie, co przekłada się na dziesiątki PB (petabajtów, czyli milionów gigabajtów) danych rocznie. Z tej masy informacji fizycy na całym świecie będą się starali wyłuskać ślady odkryć, bo obserwacja powstawania i rozpadu cząstek ma na celu uzyskanie w warunkach laboratoryjnych dowodów na istnienie cząstek i procesów, o których na razie mówią tylko teorie.

czytaj dalej >>>



Reklama

Jedną z takich hipotetycznych cząstek jest bozon Higgsa - cząstka, od której (według teorii) zależy masa wszystkich innych cząstek (m.in. protonów, elektronów, neutronów). To od siły oddziaływania z cząstkami Higgsa miałoby zależeć czy cząstka jest lekka (jak np. elektron) czy ciężka (np. proton). Jak napisano w komunikacie prasowym CERN przesłanym PAP we wtorek, możliwe jest, że cząstka ta zostanie odkryta nawet w ciągu tych kilkunastu miesięcy, kiedy w LHC będzie dochodziło do zderzeń z energią ok. 7 TeV (teraelektronowoltów). "Szansa na odkrycie będzie, jeśli cząstka Higgsa ma masę ok. 160 GeV (gigaelektronowoltów). Jeśli jest znacznie lżejsza lub bardzo ciężka, to za tym podejściem będzie o wiele trudniej ją znaleźć" - napisano w komunikacie.

Natomiast, jak dodano, istnieje duża szansa na odkrycie którejś z tzw. cząstek supersymetrycznych. Teoretycy przewidują, że są to nieznane dotąd odpowiedniki wszystkich znanych cząstek elementarnych. Część z nich mogła już zaniknąć, po zmniejszeniu się gęstości materii we wszechświecie. Ale niektóre prawdopodobnie istnieją nadal. Z takich cząstek mogłaby np. składać się tzw. ciemna materia. Są to zagadkowe obiekty kosmiczne, które nie wysyłają widzialnego promieniowania (nie świecą), ale na pewno mają masę, bo wywołują przyciąganie grawitacyjne. "Detektory ATLAS i CMS będą mogły zebrać dane, które pozwolą im podwoić zakres energii, w których będą poszukiwały nieznanych cząstek. Do tej pory mogły szukać cząstek supersymetrycznych o masie do 400 GeV. Teraz będą mogły szukać cząstek o masie do 800 GeV" - napisano w komunikacie.

Projektowanie i budowanie akceleratora cząstek elementarnych LHC trwało 20 lat. Jest to wspólne przedsięwzięcie 20 państw europejskich zrzeszonych w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Polska należy do tej organizacji od 1991 r. Decyzję o budowie akceleratora LHC podjęto w latach 80. Prace projektowe trwały do 1994 r., kiedy ostatecznie rada CERN zatwierdziła projekt. Akcelerator kosztował ok. 3 mld euro. Do jego budowy użyto zupełnie nowych, opracowanych specjalnie w tym celu technologii. Inauguracja akceleratora odbyła się we wrześniu 2008 r. Wkrótce potem LHC uległ poważnej awarii i nie działał przez ponad rok. W listopadzie ubiegłego roku udało się uruchomić instalację, która pracowała do końca roku. Zabrano wtedy dane na podstawie zderzeń przy stosunkowo niewielkich energiach. Po planowej przerwie zimowej akcelerator ruszył ponownie w marcu. Od tamtej pory sukcesywnie zwiększano energię wiązek, aż 19 marca udało się osiągnąć energię 3,5 TeV.