10 września rusza LHC

Udostępnij

Dział: Fizyka

Wielki Zderzacz Hadronów - Large Hadron Collider (LHC) - największy na świecie akcelerator cząstek elementarnych zostanie pierwszy raz uruchomiony 10 września - ogłosiła Europejska Organizacja Badań Jądrowych (CERN). Przy jego budowie pracują także Polacy.

Ich dziełem są m.in. kluczowe elementy dwóch detektorów - ATLAS-u i CMS-u, a polski wkład finansowy w działanie CERN wynosi ok. 1 mln franków szwajcarskich i stanowi nieco ponad 2 proc. budżetu organizacji.

Prawo do korzystania z instalacji badawczej w CERN każdy kraj członkowski uzyskuje proporcjonalnie do swojego wkładu finansowego, dlatego około 2 proc. pracowników i osób uczestniczących w badaniach stanowią naukowcy z Polski.

Jak napisano w przesłanym PAP komunikacie, to właśnie 10 września naukowcy wprowadzą do akceleratora pierwszą wiązkę cząstek, wstępnie przyspieszoną do energii 450 GeV (Gigaelektronowoltów). Elektronowolt to jednostka energii, prędkości i masy używana w fizyce cząstek elementarnych. Dla porównania, 1 GeV to mniej więcej energia pojedynczego protonu w stanie spoczynku.

LHC to kołowy akcelerator, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Umieszczony jest w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km. Kiedy urządzenie przejdzie pomyślnie wszystkie testy, będą w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek, najczęściej protonów. W odpowiednim momencie wiązki zostaną nakierowane na siebie i zacznie dochodzić do ich zderzeń. Właśnie te zderzenia będą przedmiotem badań fizyków.

"Zadaniem LHC jest przyspieszanie wiązek cząstek poruszających się w przeciwnych kierunkach i wprowadzanie ich na kurs kolizyjny - tłumaczy Jolanta Olszewska z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN (IFJ). - Następujące w wyniku tego zderzenia rejestrowane są następnie przez skomplikowane detektory". Na potrzeby LHC zbudowano aż cztery takie urządzenia: ATLAS, CMS, ALICE i LHC-B. I właśnie w budowie pierwszego z nich - ATLASu - uczestniczyli naukowcy z IFJ.

Przygotowania do startu akceleratora nie są jeszcze zakończone. "Uruchomienie takiej maszyny nie polega na zwykłym wciśnięciu guzika" - napisano w komunikacie. Chodzi przede wszystkim o to, że aby osiągnąć maksymalne skupienie wiązki, naukowcy muszą zastosować bardzo silne pole magnetyczne. Mające je wytwarzać elektromagnesy to zupełnie nowe, zbudowane specjalnie w tym celu urządzenia. Jest ich łącznie 1600.

Oparte na technologii półprzewodnikowej elektromagnesy muszą zostać schłodzone do temperatury 1,9 Kelwina (- 271 stopni Celsjusza), czyli być zimniejsze niż kosmiczna próżnia. Schładzanie jest stopniowe i osiągnięcie odpowiedniej temperatury trwa kilka miesięcy. LHC ma osiem niezależnych zestawów takich elektromagnesów. Każdy z nich najpierw musiał zostać osobno sprawdzony, czyli próbnie schłodzony. Dopiero teraz fizycy są gotowi do jednoczesnego schłodzenia wszystkich elektromagnesów i mogą przygotowywać się do wprowadzenia wiązki do akceleratora.

Zanim to jednak nastąpi, konieczne będzie zsynchronizowanie działania LHC z innymi akceleratorami używanymi w CERN. Ponieważ do Wielkiego Zderzacza Hadronów cząstki mają trafiać już z pewną energią, muszą im ją wcześniej nadać mniejsze akceleratory. Ostatnim ogniwem łączącym te akceleratory z LHC jest Super Proton Synchrotron (SPS), również kołowy akcelerator, zaprojektowany do przyspieszania protonów.

Po wprowadzeniu do LHC pierwszej wiązki fizycy jeszcze do końca roku będą dostrajać urządzenie. Dopiero wtedy ma być ono zdolne do nadania wiązce energii rzędu 5 TeV (Teraelektronowoltów). Teraelektronowolt to tysiąc razy więcej niż Gigaelektronowolt - po wprowadzeniu do LHC wiązka musi być rozpędzana do prędkości sto razy większej niż ta, z którą do niego trafi. Fizycy przewidują, że po osiągnięciu optymalnych parametrów LHC będzie w stanie przyspieszać cząstki do energii 7 TeV.

Celem naukowców eksperymentujących z LHC, w tym Polaków, jest m.in. weryfikacja teorii mówiącej, że wszędzie wokół nas znajduje się niewidoczne pole kwantowe, zwane polem Higgsa. Cząstki tego pola (cząstki Higgsa) wywierałyby wpływ na znane cząstki elementarne i w ten sposób wpływałyby na ich masę. Istnienie pola Higgsa to jedno z możliwych wyjaśnień faktu, że cząstki elementarne, chociaż pod względem różnych właściwości są do siebie bardzo podobne, różną się masą. Problem ten nurtuje fizyków od dawna.

I także na tym polu polscy naukowcy z IFJ mają swoje zasługi - to właśnie oni podczas prac nad LHC zajmowali się znajdywaniem i testowaniem algorytmów poszukiwania cząstek Higgsa.

Fizycy mają również nadzieję na odkrycie przy pomocy LHC tzw. cząstek supersymetrycznych - nowego rodzaju materii, którego istnienie postulują teorie fizyczne. Odkrycie cząstek supersymetrycznych byłoby krokiem do zrozumienia natury tzw. ciemnej materii. Chodzi o wykryte przez astronomów w kosmosie skupiska materii, która nie wysyła żadnego wykrywalnego promieniowania, ale tworzy pole grawitacyjne - dzięki temu wiadomo, że musi mieć masę. Obliczenia wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej niż zwykłej, znanej nam. Poza tym naukowcy przypuszczają, że nieznanych form materii jest więcej a ta, którą znamy, stanowi zaledwie ok. 5 proc. masy wszechświata.

Wokół planowanego uruchomienia potężnego akceleratora krąży wiele mitów. M.in. pojawiają się głosy, że w urządzeniu może powstać czarna dziura, co doprowadzi do katastrofy. W marcu amerykańskie media informowały, że w sądzie na Hawajach złożony został pozew przeciwko podobnym do CERN ośrodkom badawczym w USA, również przeprowadzających doświadczenia z akceleratorami. Osoby, które pozwały te ośrodki argumentowały, że eksperymenty tam przeprowadzane mogą doprowadzić do końca świata. O próbę zniszczenia Ziemi oskarżali też CERN.

W kwietniu br. w Warszawie Uniwersytet Warszawski i Instytut Problemów Jądrowych PAN zorganizowały konferencję popularnonaukową w całości poświęconą LHC. W jej trakcie dyrektor CERN Robert Aymar mówił, że sugestie, jakoby po uruchomieniu akceleratora mogło dojść do kataklizmu, są nieuzasadnione i obraźliwe. "Takie procesy są w USA wytaczane regularnie przez różne osoby, ilekroć jakieś laboratorium uruchamia nowy eksperyment fizyczny. Nigdy z żadnego z tych procesów nic nie wynikło. Naukowcy pracujący w CERN naprawdę nie są tak nieodpowiedzialni, że mogliby robić eksperymenty, których skutki groziłyby katastrofą. Nie jesteśmy szaleńcami, gotowymi zniszczyć Ziemię i nawet tego nie zauważyć" - mówił Aymar. Dodał, że bezpieczeństwo ludzi i środowiska naturalnego było zawsze priorytetem przy projektowaniu eksperymentów naukowych w CERN.

"Prawdą jest, że w trakcie eksperymentów w akceleratorze mogą powstać miniaturowe czarne dziury. Jednak te twory nie będą żadnym zagrożeniem. Pojawią się na ułamek sekundy i znikną, rozpadając się na zwykłe cząstki elementarne, składniki każdej materii" - zapewniał.

"Eksperymenty LHC przesuną granice naszego poznania w głąb struktury materii i wstecz do epoki, w której wiek Wszechświata liczony był w mikrosekundach" - powiedział w kwietniu PAP rzecznik prasowy Instytutu Problemów Jądrowych dr Marek Pawłowski.

Wśród polskich zespołów badawczych uczestniczących w budowie Wielkiego Zderzacza Hadronów, znajdują się m.in. ekipy z laboratoriów w Warszawie, Krakowie, Świerku i Wrocławiu. Poza tym Polska, jako członek CERN-u, jest współwłaścicielem LHC.

Źródło: naukawpolsce.pap.pl

ostatnia zmiana: 2008-08-11

Udostępnij

« powrót

Komentarze

Reklama - Wykorzystajmy wspólnie nasz potencjał! • Kontakt • Patronat • Praca dla studentów •