Cel mai mare si cel mai scump experiment stiintific din toate timpurile va incepe miercuri la CERN: Large Hadron Collider, un accelerator de particule in care fizicienii vor ajunge, in sfarsit, la energii de ordinul celor care stau in spatele proceselor relevante care se produc in univers.

Large Hadron Collider este, la ora actuala, cel mai puternic accelerator de particule de care dispun fizicienii. Ba chiar mai mult decat atat: este acceleratorul care a castigat competitia. Imaginat in anii ’80 si inceput in 1994, LHC s-a aflat mereu in competitie directa cu cele mai puternice acceleratoare de particule de peste ocean si in special cu Tevatron, acceleratorul de la Fermi Lab, concurentul sau direct in intrecerea care are drept obiect cateva dintre cele mai importante intrebari ale fizicii contemporane.

Exista un top al intrebarilor fara raspuns in domeniile de granita ale stiintei. Acele intrebari despre care toti cercetatorii stiu ca vor impinge mai departe intelegerea universului, eventual cu un premiu Nobel atasat in coada.

  • Ce se afla in univers in afara materiei vizibile? Care este originea si compozitia « materiei intunecate », cea care pare sa alcatuiasca peste 90% din masa totala a universului?
  • De ce exista in univers mai multa materie decat anti-materie?
  • Care este originea maselor ?
  • Ce s-a intamplat imediat dupa Big-Bang? Cum s-a trecut de la “marea explozie” la aparitia particulelor materiale din care este facut universul?

Pentru a raspunde la aceste intrebari insa, este nevoie de dispozitive experimentale care sa ajunga la energii niciodata obtinute pana acum. Large Hadron Collider este primul dintre aceste dispozitive cu care va incepe, probabil, o noua fizica. El a fost construit pentru a permite atingerea unor energii de 7 ori mai mari decat cele obtinute pana in prezent in dispozitivele de acest tip.

LHC – ce este si cum functioneaza

  • Detectorul ATLAS Silver Alpha
    LHC este cel mai mare experiment din istoria fizicii particulelor; va ajunge la energii de 1 TEV (trilioane de electroni-volti), cam de 7 ori mai mari decat cele obtinute in prezent de cel mai mare accelerator de particule in functiune
  • LHC va fi folosit la accelerarea si ciocnirea protonilor la energii niciodata atinse pana acum, cam 30 de milioane de ciocniri pe secunda. In fiecare dintre aceste ciocniri vor fi produse noi particule, unele, probabil, inca necunoscute
  • Fizicienii spera ca LHC sa ofere raspunsuri la cele mai discutate provocari ale prezentului: misterioasa « materie intunecata » sau bosonii Higgs, « particulele lui Dumnezeu », despre care cercetatorii spun ca se afla la originea maselor tuturor corpurilor din univers
  • Patru detectori gigant, de dimensiunea unei catedrale stau la baza celor sase experimente esentiale la care este folosit LHC. Patru dintre aceste experimente vor raspunde la cele mai importante intrebari ale fizicii actuale: « Care este originea masei ? », « Ce este materia intunecata ? » si « Cum arata lumea imediat dupa Big-Bang ? »
  • Aproape 1 milion de canale de colectare a datelor pentru fiecare detector. Volumul de date colectate este echivalent cu imprimarea a 100.000 de CD-uri pe secunda
  • O « ferma » de cateva mii de computere, la CERN, va organiza datele care vor fi in prealabil trecute printr-un sistem de filtrare asemanator cu filtrarea mesajelor « spam ». Aceste date de baza vor fi apoi prelucrate de o retea de calcul distribuit de tip GRID, formata din mai multe zeci de mii de computere aflate in institutii de pe cinci continente
De mai multe ori in secolul trecut, fizicieni celebrii au declarat fizica atomica drept un « capitol incheiat » in istoria cunoasterii. In 1930, modelul atomic era considerat complet: se descoperisera electronii, protonii si neutronii, fizica cuantica descria o parte dintre interactiunile acestor particule si singura intrebare la care mai trebuia raspuns era, eventual, ce tine impreuna, in nucleu, protonii si neutronii.

Pentru a afla acest lucru, ideea a fost construirea unui dispozitiv in care, prin ciocniri intre atomi, sau prin bombardarea atomilor cu electroni, protoni sau neutroni, sa fie sparte nucleele, descoperind care sunt fortele care guverneaza lumea microscopica. Asa au aparut acceleratoarele de particule. Spre surpriza fizicienilor insa, ceea ce s-a descoperit a fost o noua lume.

Prin anii '60, fizica particulelor elementare ajunsese sa numere peste 100 de particule “noi”. Evident, a aparut intrebarea: sunt aceste particule cu adevarat « particule elementare » - blocurile fundamentale din care este construit tot ce exista? Nu cumva ele sunt la randul lor alcatuite din altceva?

Cuarci si anti-cuarci

CERN, vedere de sus
Foto: Hotnews
In 1964, Murray Gell-Mann si George Zweig au propus un model nou pentru fizica subatomica: in loc de sute de particule elementare, niste obiecte si mai mici, dar si mai stranii, numite cuarci. La baza a tot ceea ce exista, de la stele la oameni, ar fi trei tipuri de cuarci si anti-particulele corespunzatoare, numite anti-cuarci. De fapt, pentru a descrie lumea cuarcilor, termenii limbajului obisnuit sunt prost alesi : cuarcii nu sunt « particule » in acelasi fel in care bilele de biliard, celulele sau moleculele ar putea fi considerate particule.

In multe dintre teoriile fizicienilor din ultimii 40 de ani, cuarcii sunt mai degraba asimilabili unor corzi in vibratie care, in miscarea lor, pot produce tot felul de efecte si intermedia tot felul de interactiuni. Au trebuit cam 30 de ani pentru ca existenta cuarcilor sa fie pusa in evidenta prin experimente. Pentru aceasta a fost nevoie de acceleratoare de particule din ce in ce mai puternice. Cu ele, si cu imensa munca a mii de fizicieni teoreticieni, cuarcii fac parte acum din ceea ce numim « modelul standard » al particulelor elementare.

Modelul standard

Modelul standard explica cu foarte putine ingrediente din ce este facuta lumea si cum stau impreuna toate obiectele universului, sub actiunea a patru forte fundamentale. Modelul standard contine 6 tipuri de cuarci si sase tipuri de particule elementare numite leptoni (una dintre ele este electronul). In plus, exista particulele purtatoare de interactiuni, cum ar fi fotonul. Tot ce exista, incepand cu restul de « particule elementare » si ajungand la atomi si obiecte macroscopice, este compus din combinatii de cuarci si leptoni.

Cum functioneaza un accelerator

LHC, tunelul subteran
Foto:
Principiul de functionare al tuturor acceleratoarelor de particule este acelasi: particulele sunt accelerate si dirijate cu ajutorul unor campuri electromagnetice foarte puternice si sunt aduse la viteze apropiate de viteza luminii, dupa care intre particulele astfel accelerate se produc ciocniri. Fiecare astfel de ciocnire se numeste un «eveniment».

Scopul fizicienilor este sa izoleze aceste «evenimente» si sa colecteze datele legate de el, pornind de la care sa incerce sa spuna ce fel de particule au fost implicate in ciocnire. Majoritatea acceleratoarelor de particule produc ciocniri intre fascicule de particule; numarul de evenimente care se intampla intr-o secunda este foarte mare, de ordinul sutelor, miilor sau chiar mai mare.

Ceea ce inseamna ca una dintre problemele majore in construirea unui accelerator este cum vor fi colectate si prelucrate datele legate de « evenimentele » produse in el. Colectarea datelor revine unor detectori specializati care « cauta » anumite tipuri de evenimente. Pentru prelucrarea datelor s-au inventat tot felul de solutii, inclusiv... internetul.

(World Wide Web a fost inventat de Tim Berners Lee si echipa lui de la CERN, cu scopul de a rezolva tocmai aceasta problema).

Linkuri interesante

Un articol care demonteaza zvonurile alarmiste
http://www.interactions.org/cms/?pid=1026761

Cateva filmulete de la « fata locului » realizate de corespondentul BBC
http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7543089.stm
 
Descrierea complexului de acceleratori de la CERN
http://public.web.cern.ch/public/en/Research/AccelComplex-en.html  

Concluziile raportului LSAG (LHC Safety Assesment Group, 2003)
http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf