Europos branduolinių tyrimų centre CERN oficialiai atidarytas didysis hadronų kolaideris (LHC). Į jo inauguraciją buvo pakviesti ir Lietuvos atstovai, rašo „Lietuvos žinios“.
Kaip LŽ sakė CERN komandos narys, Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto Puslaidininkių fizikos katedros profesorius Juozas Vaitkus, iš pradžių diskutuota, ar nereikėtų iškilmingo renginio atidėti, kol atomų ir subatominių dalelių greitintuvas, kuriame dalelėms suteikiama milžiniška energija ir jos susmogiamos, vėl bus paleistas, tačiau nuspręsta, kad paprastas techninis gedimas nedaro jokios įtakos pačiam greitintuvo veikimo principui.
Bandymai Dano Browno knygoje „Angelai ir demonai“ išgarsintame 27 km ilgio žiedo pavidalo 100 m po žeme netoli Ženevos įrengtame tunelyje vėl turėtų prasidėti kitąmet ankstyvą pavasarį. Šių metų Nobelio fizikos premija buvo paskirta elementariųjų dalelių kvarkų tyrėjams. Vienas didžiausių CERN eksperimentų taip pat daugiausia dėmesio skirs šioms elementariosioms dalelėms, tiksliau, vadinamajam B kvarkui.
Kalti magnetai?
Pačioje LHC paleidimo pradžioje atsiradęs gedimas dar labiau sustiprino kai kurių visuomenės sluoksnių nuogąstavimus, kad CERN eksperimentai gali nulemti vos ne pasaulio pabaigą. Prof. J.Vaitkus patikino, kad tokiems gedimams yra pasirengta ir žmonių saugumas garantuojamas. Kiekvienas darbuotojas, patekdamas į tunelį, gauna visą reikiamą ekipuotę, taip pat yra numatytos vietos, kur žmonės turėtų rinktis, jei kas panašaus atsitiktų.
Kaip skelbia oficialus CERN pranešimas, pirminiai LHC avarijos tyrimai atskleidė, kad į greitintuvo šaldymo sistemą trečiame ir ketvirtame sektoriuje pateko didelis helio kiekis. Specialistų nuomone, tai įvyko dėl elektros jungčių tarp dviejų superlaidžių daleles greitinančių magnetų gedimo.
„Kiekvieną sudėtingą įrenginį paleidžiant yra atliekami įvairūs testai, - sakė į CERN projektus įsitraukusios VU mokslininkų grupės vadovas prof. habil. dr. J.Vaitkaus. - Šiuo atveju visuomenės dėmesį patraukė pirmasis, kai vienu didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo kanalu buvo paleistas protonų pluoštas. Vėliau jau be tokio ažiotažo protonų pluoštas nukreiptas kitu kanalu - tikrinta, kaip jie skries priešinga kryptimi. Šis testas taip pat įvyko sėkmingai. Buvo patikrinta ir protonų pluoštų energijos didinimo sistema. Tada protonų pluoštai sustabdyti ir pradėtas tikrinti magnetų žiedas.“ Tam, kad protonai lėktų žiedu, jų pluoštas tame gana ploname vamzdelyje visą laiką turi būti labai gražiai suformuotas. Protonų lėkimo trajektoriją valdo magnetai. Buvo atliktas testas, kaip magnetai veiks, kai bus įjungti maksimaliu režimu, kurio reikės, kai protonai pasieks maksimalų greitį. Būtent šią sistemą įjungiant įvyko elektrotechninis gedimas. Magnetai yra šaldomi helio srautu. Vamzdeliais tekantis supertakus helis atvėsina magnetus iki superžemos temperatūros. Kai vienas magnetas užkaito, automatiškai sutriko ir šaldymo sistema. Temperatūrai pakilus helis virto garais ir vamzdis trūko, todėl šioje sistemoje buvo helio nuotekis.
Išvengiant didesnės
Avarija, pasak mokslininko, būtų buvusi kur kas didesnė, jei toks gedimas nutiktų tuo metu, kai greitintuve lėkė protonai. Jų pluoštas, išsprūdęs iš magnetų kontrolės režimo, lėktų jau ne ratu, o tiesiai ir visą energiją atiduotų vamzdelio bei tunelio sienoms.
Labai atsakingas pirmosios savaitės bandymų momentas buvo sustabdyti paleistus protonų pluoštus. Dėl to per daug nediskutuota, tačiau pabrėžta, kad visa procedūra įvyko taip, kaip ir turėjo įvykti. „Tokios procedūros, kad protonai būtų sustabdomi, vėl paverčiami vandenilio dujomis ir išleidžiami lauk, nėra. Iš tikrųjų protonų pluoštas yra nukreipiamas į tam tikrą kamerą, pripildytą grafito, ir visą savo energiją, kurią įgavo greitintuve, atiduoda grafitui, jį įkaitindami, - pasakojo fizikas. - Tuo metu, kai paleisti protonai pasieks maksimalų greitį ir juos reikės sustabdyti, tam tikras grafito tūris gana didelėje kameroje įkais iki 500 laipsnių temperatūros. Kitos medžiagos galėtų oksiduotis, lydytis, keisti savo formą, tačiau grafitui tokia temperatūra jokios įtakos nedaro. Ši medžiaga todėl ir pasirinkta, nes yra neutrali, sugeba sugerti ir po to išsklaidyti visą energiją į aplinką be jokių padarinių.“
Dabar kriogeninė sistema atšildoma, kad būtų galima nustatyti konkrečias gedimo detales. Pasak CERN pranešimo, reikės mažiausiai trijų keturių savaičių, kol iki dviejų laipsnių virš absoliutaus nulio atšaldyti sektoriai bus atšildyti iki kambario temperatūros. Kai gedimas bus pašalintas, reikės dar vieno mėnesio, kad sektoriai vėl būtų atšaldyti iki reikiamos temperatūros. Tada LHC jau būtų galima įjungti, tačiau turės prasidėti planiniai profilaktikos darbai. Toks yra jau seniau patvirtintas greitintuvo darbo grafikas - gruodžio mėnesį jis visada bus išjungiamas profilaktikai, kuri truks visą žiemą.
Planuojama vėl paleisti protonų pluoštus greitintuve ankstyvą pavasarį. Po serijos tęstinių paleidimų prasidės pirmieji dalelių srautų susidūrimai.
Niekur nedaryta
Po kelerių metų numatyta modernizuoti LHC eksperimentus, kad duomenų surinkimas bei apdorojimas vyktų kur kas sparčiau ir rezultatų būtų galima pasiekti greičiau nei per 10 metų, kaip dabar numatyta. Bent perpus sutrumpinti laiką leistų nauji detektoriai - atsparesni radiacijai ir maždaug septynis kartus spartesni nei dabartiniai, sumontuoti greitintuve.
Kaip pasakojo VU Medžiagotyros ir taikomųjų mokslų instituto Naujų medžiagų tyrimo ir matavimo technologijų skyriaus vedėjas J.Vaitkus, per CERN atliekamus didžiuosius eksperimentus priešingomis kryptimis lekiantys protonai susidauš patekę į tam tikrą kamerą. Per susidūrimą atsiradusios dalelės - nauji protonai, neutronai, pionai - lakstys į visas puses ir jau mažesne energija bombarduos keturių centimetrų atstumu nuo protonų pluošto įrengtus detektorius. Pralėkusias daleles detektoriai registruos, bet kartu bus jų pažeidžiami, todėl laikui bėgant neteks gebėjimo registruoti ir nebebus tinkami tolesnei signalų apdorojimo sistemai.
VU fizikai, bendradarbiaudami su kitų šalių mokslo institucijomis, kaip tik ir kuria naujus detektorius, kuriais po trejų ketverių metų būtų galima pakeisti dabartinius. Jau rastas būdas, kaip pagerinti silicio kristalus, iš kurių pagaminti dabartiniai detektoriai, tačiau naujo tipo detektorių savybės nėra iki galo atskleistos, ypač kai jie yra apšvitinami iki labai didelių apšvitų.
Vilniečių sukurta įranga, leidžianti matuoti bandinį didesniu nei 10 metrų atstumu, jau nuvežta į Helsinkio universitetą. Suomiai, ją įstatę į savo greitintuvą, atliks bandomuosius testus, kaip elgsis detektorius, kai yra bombarduojamas mažesnės energijos dalelių.
Tokie bandomieji testai atliekami ir kitose šalyse, tik detektoriai skirtingai apšvitinami - protonais, neutronais, pionais ir tiriamos vis kitos medžiagos savybės. Didelės apimties tyrimai, kaip elgiasi vienaip apšvitinta medžiaga per kitą apšvitinimą, leis nustatyti, kaip keičiasi jos savybės. „Tai, kas čia atliekama, dar niekur pasaulyje nėra padaryta, todėl esame nežinioje. O tai, ką padarysime, bus įdomu mokslo visuomenei ir leis priimti sprendimą, koks silicis labiau tinkamas naujiems detektoriams gaminti, - sakė CERN komandos narys. - Kai bus aišku, kokios turi būti detektoriaus savybės, jau kiti galvos, kaip jas optimaliai išnaudoti. Jeigu detektorius gali, pavyzdžiui, prisiminti ar pamiršti, kad buvo sužadintas po 10 ar 15 milijardinių sekundės dalių, o dabar žiedu lekiantys protonai susidaužia kas 25 milijardines sekundės dalis, tad gal reikia daugiau protonų, kad jie susidaužtų kas 15 ar 10 milijardinių sekundės dalių?!“
Dieviškoji ir gražusis
Iš CERN numatytų atlikti didžiausių eksperimentų bus įdomūs ne tik bandymai pagauti vieną labiausiai ieškomų elementariųjų dalelių - Higso bozoną, dar vadinamą dieviškąja dalele. Škotų mokslininkas prof. Peteris Higgsas sukūrė teoriją, kodėl skirtingos dalelės gali turėti skirtingą masę. Manoma, kad kūno masę lemia būtent Higso bozonas, ir tikimasi, kad per eksperimentą, susidūrus priešingomis kryptimis lekiančių protonų pluoštams, ši dalelė iššoks.
Ką tik paskirta Nobelio fizikos premija už elementariųjų dalelių kvarkų teorijos patobulinimą. Per LHC B eksperimentą bus tiriamos nestabilios elementariosios dalelės mezonai, kurių sudėtyje yra B kvarkai. Manoma, kad gražusis kvarkas (santrumpa B iš ang. „beauty“ - grožis) lemia, kad medžiaga ir antimedžiaga yra skirtingos.
„Visatoje nematyti didelio antimedžiagos kiekio, - sakė prof. J.Vaitkus, - nors manoma, kad pradiniu didžiojo sprogimo momentu, kai galaktikos išsilakstė į visas puses, medžiagos ir antimedžiagos buvo tiek pat. Per eksperimentą tikimasi suprasti, kiek B kvarkai skiriasi medžiagoje ir antimedžiagoje.“
Mums įprastos medžiagos atomuose elektronai yra neigiami, o protonai - teigiami. Antimedžiagoje yra atvirkščiai. Susidūrusi su medžiaga, antimedžiaga iš karto anihiliuojasi, paprasčiau tariant, pavirsta energija. Taip būtų galima paaiškinti jos trumpalaikiškumą.
Sekundę po sprogimo
Dar vienas CERN eksperimentas, pavadintas „Alice“, bus skirtas suvokti, kaip vyko didysis sprogimas, kokias savybes turėjo medžiaga, kai buvo labai smarkiai suspausta.
„Manoma, kad bus sukurta medžiaga, kurią sudarys vien kvarkai ir gliuonai - dalelės, kurios, kaip yra suprasta, sukabina kvarkus, kad jie vienas nuo kito nepabėgtų, - pasakojo prof. J.Vaitkus. - Kai gliuonai sukabina tris kvarkus, gauname protoną. Per „Alice“ eksperimentą tikimasi sukurti labai didelį kvarkų bei gliuonų ansamblį ir pasižiūrėti, kaip elgiasi ta medžiaga, kokia turėjo būti mūsų Visata praėjus vienai milijoninei sekundės daliai nuo sprogimo pradžios.“
Atliekant labai gerai apgalvotus Higso bozono, gražiojo kvarko bei kvarkų ir gliuonų plazmos eksperimentus, tikimasi, kad per įvairiausius atomų bei subatominių dalelių susidūrimus atsiras dar ir teoriškai numatomų vadinamųjų supersimetrinių dalelių. Jos yra sunkios dalelės, tačiau nesąveikauja su šviesa, todėl yra nematomos. Astronomai yra pateikę hipotezę, kad visos galaktikos sukasi taip, lyg būtų gerokai sunkesnės nei vien žvaigždžių dariniai, nes gali būti, kad supersimetrinės dalelės, dar vadinamos tamsiąja medžiaga, ir sudaro didžiausią galaktikos masės dalį. Ar astronomų hipotezė yra teisinga, bus galima pasakyti, jei per CERN eksperimentus tos dalelės bus atrastos.
Keisti ir nepavojingi
CERN eksperimentai, prof. J.Vaitkaus įsitikinimu, suteiks kur kas geresnį pasaulio supratimą. Pavyzdžiui, šiuo momentu suvokiame kaip de facto, kad kūnų masė yra skirtinga, kitas pažinimo žingsnis - suprasti, kodėl ji yra skirtinga. Tada galbūt paaiškės ir gravitacijos kilmė, kodėl ji egzistuoja. „Ką duos tos naujos pažinimo gelmės, pamatysime jau vėliau, - sakė mokslininkas. - O dėl nuogąstavimų - tie, kurie rimtai svarsto, nemato jokios problemos. Net jei atsirastų kokių nors keistų dalykų, jie irgi bus tik mokslinių tyrinėjimų objektai, negalintys daryti įtakos pasauliui.“
Milda Kniežaitė
