Велики лов на „Божију честицу”

ФИЗИКА ЧЕСТИЦА
Дубоко под земљом научници завирују у непрегледна небеска пространства покушавајући да докуче и устројство васцелог космоса и изглед најсићушнијих тварних мрвица.

За неколико дана (10. септембар) прорадиће најчудовишнија клопка у коју би тек за две године требало да буде ухваћен најнеухватљивији бегунац. Веома тајанствено, зар не?

И није: отпочиње лов на „Божију честицу” или Хигсов бозон. Зашто је физичари упорно прогањају дуже од четири деценије? Ако открију видљив траг, а до сада је било неких назнака, доказаће, коначно, да је она извориште масе за све остале елементарне честице.

А за испуњење заветног циља науке ваљало је имати у рукама четири кеца – највећу, насложенију, најскупљу и најмногољуднију – скаламерију икад саграђену, „Велики хадронски сударач” (Large Hadron Collider). Градитељски подухват без премца је окончан, веома скупоцена машина положена у кружни прстен на дубини од сто метара. И отпочело је хлађење течним хелијумом какво нигде, ама баш ни у једном кутку васељене, не постоји: до 270 Целзијусових степени испод нуле (1,8 Келвинових), што је веома близу апсолутне нуле.

Каква ће се игра „светлости и сенки” одигравати?

Крцкалица честица

(/slika2)У најмоћнијој „крцкалици честица”, огромном акцелатору, убрзавају се снопови протона готово до светлосне брзине, последње познате и признате границе; сваки ће пројурити 11.245 пута у секунди! Потом се проучавају трагови у нади да ће се стићи до последњег, крајњег, од којег све саткано, до а-томоса како га је пре две и по хиљаде година назвао Демокрит из Абдере.

Ако у судару има довољно енергије, настају нове јер се енергија и материја – према славној једначини Алберта Ајнштајна (Е=mc2) – претварају једна у другу. Што је енергија убрзања већа, то се дубље продиру у материју.

Већина убрзивача и сударача није толико велика и необична, телевизор у сваком дому је то исто у малом (електроне испушта загрејана жица, убрзава их електрично поље, усмерава магнетско, а откривају се – детектују кад погоде екран).

У подземљу ЦЕРН-а (Европска организација за нуклеарна истраживања надомак Женеве) налазе се четири – ланац акцелератора: честице крећу из најмањег и убрзавајући се прелазе у све веће, а на крају стижу у највећи – „Велики хадронски сударач”. У грубим цртама, он је састављен од подземног колута с две цеви, у којима се убрзавају „реке протона” у супротним смеровима, сваки енергије до седам теравателектронволти, и четири детектора у којима се посматрају судари. Снажним магнетима (индукција до осам тесла), постављеним са стране, млазеви честица се савијају да би струјали кружним током. На местима судара њихова енергија се удвостручује на – 14 теравата.
Сваки протон достиже малтене светлосну брзину која износи приближно 300.000 километара у секунди, а у тачки судара температура достиже десет хиљада милијарди Целзијусових степени и више. Стога се магнети непрекидно хладе течним хелијумом. Претпоставња да ће то бити најхладније место у свеколиком космосу.

Акцелератори су и својеврсни џиновски микроскопи у којима се кроз детекторе – наше електронске очи – гвири у састав субатомских честица, толико стиснутим да размаци међу њима међу не прелазе један фемтометар (билијардити део метра или 10^-15). Очекује се да „Велики разбијач” који се већим делом протеже испод Француске,а мањим испод Швајцарске, опонашајући „Велики прасак” (отприлике пре 13,7 милијарди година), најдубље продре у непознато, да нас као у „временској машини” врати у билионити део секунде (10^-12) након страхотне експлозије у којој је настао садашњи свемир.

Милиони података

(/slika3)Да би се проучавали судари или догађаји, како су их крстили физичари, који се дешавају такорећи у магновењу, на четири места (три у Француској и једно у Швајцарској) постављени су детектори, да снимају (800 милиона протон-протон судара у секунди). Из сваког судара сливаће се по десет милиона података! Е да бисте то сачували и обрадили, сваке године потребно је складиште од 15 петабајта (15 билиона бајтова), што би одговарало стубу DVD дискова високом три метра!

Најновије процене предвиђају да се у скорој будућности на целој планети годишње стварати неколико хиљада петабајта података, од чега ће готово један одсто отпадати на „Велики хадронски сударач”. Да би се огромни рудник свакојаких чињеница прекопао и проучио, стручњаци су предложили мрежу, чија би снага одговарала збиру од 100 најбржих личних рачунара. Ниједан постојећи суперкомпјутер није у стању да се ухвати у коштац с толиким израчунавањима.

Већ после годину дана прогоњени Хигсов бозон (назван према шкотском истраживачу Питеру Хигсу) требало би да упадне у зготовљену замку. Када се он измери и изучи, разоткриће се једна од највећих тајни физике и космологије: порекло масе честица.

Замишља се да је свеколики космос испуњен једним пољем, Хигсовим пољем, које прожима сав вакуум и које постоји баш свуда. Честице под дејством тог поља стичу масу, а то је маса мировања. Маса није унутрашња одлика честица, већ настаје у њеном међуделовању (интеракција) са околином. Хигсово поље даје масу предметима на свим местима, и то без икаквог усмеравања.

У последњој години „Великог електронско-позитронског сударача” (LEP), претечи недавно склопљеног, забележена су два догађаја за које се верује да би могли да буду трагови Хигсовог бозона. Нажалост, истраживања су обустављена, машина растављена, а састављен нови акцелератор (LHC) у којем ће тајанствени бегунац – како се очекује –оставити покоји отисак зато што ће се честице убрзавати до већих енергија него раније. Хигсов бозон могао би да се распада на неколико начина, у оптицају је пет.

Дотична међународна лабораторија подсећа на Вавилонску кулу, у којој се свакодневно чује десетине језика, иако се званично споразумева само на два – француском и енглеском. Смештена је у око хиљаду здања и у Швајцарској и у Француској (надземно већином у првој, а подземно углавном у другој). Окупља шест и по хиљада истраживача са 500 универзитета из осамдесетак земаља, укључујући Србију, које опслужује око три хиљаде стално запослених.

-----------------------------------------------------------

Космичке циглице

Стандардни модел, најприхваћенија теорија данас, заснива се на три кључне претпоставке.

Прво, целокупна материја сачињена је од две групе честица – шест лептона и шест кваркова. Имајући у виду да свакој одговара по једна античестица, број се удвостручује – 24 основне или „градивне циглице”.

Друго, међудејства (интеракције) честица, описана математичким законима, почивају на три силе – слабој, електромагнетској и јакој (гравитациона се занемарује у мајушном свету елементарних честица).

Треће, дејство или преношење сила обавља се разменом честица, при чему свакој врсти набоја одговара одређена честица преносилац (бозон).