Veliki lov na „Božiju česticu”

FIZIKA ČESTICA
Duboko pod zemljom naučnici zaviruju u nepregledna nebeska prostranstva pokušavajući da dokuče i ustrojstvo vascelog kosmosa i izgled najsićušnijih tvarnih mrvica.

Za nekoliko dana (10. septembar) proradiće najčudovišnija klopka u koju bi tek za dve godine trebalo da bude uhvaćen najneuhvatljiviji begunac. Veoma tajanstveno, zar ne?

I nije: otpočinje lov na „Božiju česticu” ili Higsov bozon. Zašto je fizičari uporno proganjaju duže od četiri decenije? Ako otkriju vidljiv trag, a do sada je bilo nekih naznaka, dokazaće, konačno, da je ona izvorište mase za sve ostale elementarne čestice.

A za ispunjenje zavetnog cilja nauke valjalo je imati u rukama četiri keca – najveću, nasloženiju, najskuplju i najmnogoljudniju – skalameriju ikad sagrađenu, „Veliki hadronski sudarač” (Large Hadron Collider). Graditeljski poduhvat bez premca je okončan, veoma skupocena mašina položena u kružni prsten na dubini od sto metara. I otpočelo je hlađenje tečnim helijumom kakvo nigde, ama baš ni u jednom kutku vaseljene, ne postoji: do 270 Celzijusovih stepeni ispod nule (1,8 Kelvinovih), što je veoma blizu apsolutne nule.

Kakva će se igra „svetlosti i senki” odigravati?

Krckalica čestica

(/slika2)U najmoćnijoj „krckalici čestica”, ogromnom akcelatoru, ubrzavaju se snopovi protona gotovo do svetlosne brzine, poslednje poznate i priznate granice; svaki će projuriti 11.245 puta u sekundi! Potom se proučavaju tragovi u nadi da će se stići do poslednjeg, krajnjeg, od kojeg sve satkano, do a-tomosa kako ga je pre dve i po hiljade godina nazvao Demokrit iz Abdere.

Ako u sudaru ima dovoljno energije, nastaju nove jer se energija i materija – prema slavnoj jednačini Alberta Ajnštajna (E=mc2) – pretvaraju jedna u drugu. Što je energija ubrzanja veća, to se dublje prodiru u materiju.

Većina ubrzivača i sudarača nije toliko velika i neobična, televizor u svakom domu je to isto u malom (elektrone ispušta zagrejana žica, ubrzava ih električno polje, usmerava magnetsko, a otkrivaju se – detektuju kad pogode ekran).

U podzemlju CERN-a (Evropska organizacija za nuklearna istraživanja nadomak Ženeve) nalaze se četiri – lanac akceleratora: čestice kreću iz najmanjeg i ubrzavajući se prelaze u sve veće, a na kraju stižu u najveći – „Veliki hadronski sudarač”. U grubim crtama, on je sastavljen od podzemnog koluta s dve cevi, u kojima se ubrzavaju „reke protona” u suprotnim smerovima, svaki energije do sedam teravatelektronvolti, i četiri detektora u kojima se posmatraju sudari. Snažnim magnetima (indukcija do osam tesla), postavljenim sa strane, mlazevi čestica se savijaju da bi strujali kružnim tokom. Na mestima sudara njihova energija se udvostručuje na – 14 teravata.
Svaki proton dostiže maltene svetlosnu brzinu koja iznosi približno 300.000 kilometara u sekundi, a u tački sudara temperatura dostiže deset hiljada milijardi Celzijusovih stepeni i više. Stoga se magneti neprekidno hlade tečnim helijumom. Pretpostavnja da će to biti najhladnije mesto u svekolikom kosmosu.

Akceleratori su i svojevrsni džinovski mikroskopi u kojima se kroz detektore – naše elektronske oči – gviri u sastav subatomskih čestica, toliko stisnutim da razmaci među njima među ne prelaze jedan femtometar (bilijarditi deo metra ili 10^-15). Očekuje se da „Veliki razbijač” koji se većim delom proteže ispod Francuske,a manjim ispod Švajcarske, oponašajući „Veliki prasak” (otprilike pre 13,7 milijardi godina), najdublje prodre u nepoznato, da nas kao u „vremenskoj mašini” vrati u bilioniti deo sekunde (10^-12) nakon strahotne eksplozije u kojoj je nastao sadašnji svemir.

Milioni podataka

(/slika3)Da bi se proučavali sudari ili događaji, kako su ih krstili fizičari, koji se dešavaju takoreći u magnovenju, na četiri mesta (tri u Francuskoj i jedno u Švajcarskoj) postavljeni su detektori, da snimaju (800 miliona proton-proton sudara u sekundi). Iz svakog sudara slivaće se po deset miliona podataka! E da biste to sačuvali i obradili, svake godine potrebno je skladište od 15 petabajta (15 biliona bajtova), što bi odgovaralo stubu DVD diskova visokom tri metra!

Najnovije procene predviđaju da se u skoroj budućnosti na celoj planeti godišnje stvarati nekoliko hiljada petabajta podataka, od čega će gotovo jedan odsto otpadati na „Veliki hadronski sudarač”. Da bi se ogromni rudnik svakojakih činjenica prekopao i proučio, stručnjaci su predložili mrežu, čija bi snaga odgovarala zbiru od 100 najbržih ličnih računara. Nijedan postojeći superkompjuter nije u stanju da se uhvati u koštac s tolikim izračunavanjima.

Već posle godinu dana progonjeni Higsov bozon (nazvan prema škotskom istraživaču Piteru Higsu) trebalo bi da upadne u zgotovljenu zamku. Kada se on izmeri i izuči, razotkriće se jedna od najvećih tajni fizike i kosmologije: poreklo mase čestica.

Zamišlja se da je svekoliki kosmos ispunjen jednim poljem, Higsovim poljem, koje prožima sav vakuum i koje postoji baš svuda. Čestice pod dejstvom tog polja stiču masu, a to je masa mirovanja. Masa nije unutrašnja odlika čestica, već nastaje u njenom međudelovanju (interakcija) sa okolinom. Higsovo polje daje masu predmetima na svim mestima, i to bez ikakvog usmeravanja.

U poslednjoj godini „Velikog elektronsko-pozitronskog sudarača” (LEP), preteči nedavno sklopljenog, zabeležena su dva događaja za koje se veruje da bi mogli da budu tragovi Higsovog bozona. Nažalost, istraživanja su obustavljena, mašina rastavljena, a sastavljen novi akcelerator (LHC) u kojem će tajanstveni begunac – kako se očekuje –ostaviti pokoji otisak zato što će se čestice ubrzavati do većih energija nego ranije. Higsov bozon mogao bi da se raspada na nekoliko načina, u opticaju je pet.

Dotična međunarodna laboratorija podseća na Vavilonsku kulu, u kojoj se svakodnevno čuje desetine jezika, iako se zvanično sporazumeva samo na dva – francuskom i engleskom. Smeštena je u oko hiljadu zdanja i u Švajcarskoj i u Francuskoj (nadzemno većinom u prvoj, a podzemno uglavnom u drugoj). Okuplja šest i po hiljada istraživača sa 500 univerziteta iz osamdesetak zemalja, uključujući Srbiju, koje opslužuje oko tri hiljade stalno zaposlenih.

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

Kosmičke ciglice

Standardni model, najprihvaćenija teorija danas, zasniva se na tri ključne pretpostavke.

Prvo, celokupna materija sačinjena je od dve grupe čestica – šest leptona i šest kvarkova. Imajući u vidu da svakoj odgovara po jedna antičestica, broj se udvostručuje – 24 osnovne ili „gradivne ciglice”.

Drugo, međudejstva (interakcije) čestica, opisana matematičkim zakonima, počivaju na tri sile – slaboj, elektromagnetskoj i jakoj (gravitaciona se zanemaruje u majušnom svetu elementarnih čestica).

Treće, dejstvo ili prenošenje sila obavlja se razmenom čestica, pri čemu svakoj vrsti naboja odgovara određena čestica prenosilac (bozon).