După o pauză de câțiva ani, căutarea particulelor noi este reluată la centrul de cercetare nucleară CERN
Va fi urmărită și materia întunecată
Pauza de întreținere la Large Hadron Collider (LHC) de la Centrul European de Cercetare Nucleară CERN de lângă Geneva a durat trei ani, dar, acum, giganticul accelerator de particule a fost modernizat și este gata pentru noi descoperiri. LHC își începe al treilea mandat cu energie mai mare și își propune să realizeze mai multe ciocniri de particule. În ultimele câteva săptămâni, acceleratorul a crescut energia, pas cu pas. Dacă totul decurge conform planului, detectoarele vor fi pornite în această după-amiază (marți, 5 iulie-n.n)
Materia întunecată misterioasă, în vizor!
Una dintre marile speranțe ale fizicienilor este să se apropie de misterioasa materie întunecată, care reprezintă circa un sfert din conținutul de energie al Universului, în următoarea rundă, la LHC. Măsurătorile astronomice au arătat de mult timp că stelele se rotesc mai repede decât se aștepta, în jurul centrelor galaxiilor. Teoretic, acestea ar trebui aruncate în spațiu. Această observație a provocat uimire în rândul astronomilor, deoarece, până la urmă, mii de galaxii pot fi observate astăzi – și nici una dintre ele nu pare să se dizolve de la sine. Prin urmare, trebuie să existe mai multă masă, care nu poate fi detectată cu mijloacele tehnice actuale, motiv pentru care a fost numită materie întunecată. Dar nimeni nu știe din ce este făcută această materie întunecată. Prin urmare, fizicienii de la Cern caută particule grele care interacționează doar slab cu lumina.
Inteligența artificială și tehnologiile cuantice
Pentru a face față cantităților enorme de date care sunt produse în mod constant în acest experiment, inteligența artificială și învățarea automată sunt acum indispensabile. Recent, au fost lansate și inițiative de utilizare a noilor tehnologii cuantice pentru fizica particulelor. „Este, în continuare, science fiction!” spune Joachim Mnich, director de cercetare și procesare a datelor la CERN. Pe termen lung, totuși, senzorii cuantici ar putea fi utilizați pentru a detecta antimateria, de exemplu. Ceea ce este special la situația actuală în fizica particulelor este că nu este clar ce se caută de fapt. În trecut, abordarea de a găsi dovezi experimentale pentru predicțiile teoretice a fost o motivație importantă – de exemplu pentru supersimetrie – pe scurt -Susy. Pentru a explica diverse probleme ale modelului standard al fizicii particulelor, s-a postulat cu ani în urmă că fiecare particulă de Modelul Standard are o particulă-geamănă grea. Acești parteneri supersimetrici ar putea unifica trei dintre cele patru forțe fundamentale ale Fizicii. Când LHC a intrat în prima rundă, în 2008, existau speranțe mari de a găsi dovezi pentru supersimetrie, dar, până acum, această căutare nu a avut succes. Între timp, căutarea supersimetriei pare să fi fost scoasă de pe ordinea de zi. „Scopul nostru nu este să căutăm să demonstrăm o anumită teorie, precum supersimetria!”- a spus Gianotti, referitor la repornirea LHC. „Scenariul meu de vis ar fi să produc o particulă de materie întunecată!” – a precizat cercetătorul.
Marele inel accelerator LHC de la centrul european de cercetare nucleară Cern din Geneva a stabilit deja o serie de recorduri: Cu o circumferință de 26.659 de metri, este în primul rând cel mai mare experiment științific de pe pământ.
Cu o temperatură de funcționare de 1,9 Kelvin, este chiar cu un grad mai rece în inelul de accelerație decât în spațiul interstelar. Și nicăieri altundeva protonii nu pot fi ciocniți cu o energie atât de mare – de unde și numele Large Hadron Collider, deși abrevierea LHC este mai cunoscută. În 2012, LHC a fost primul care a detectat bosonul Higgs, care conferă altor particule elementare masa lor. A fost considerată una dintre ultimele piese ale puzzle-ului Modelului standard al fizicii particulelor.
Nou record energetic
După un inventar bun de trei ani, LHC a fost acum îmbunătățit din nou. În ultimele săptămâni, acceleratorul a fost accelerat pas cu pas, iar dacă totul decurge conform planului, detectoarele vor fi activate marți, 5 iulie. Noi recorduri urmează să fie stabilite din nou la LHC: numărul de coliziuni înregistrat va fi dublat ca urmare a upgrade-ului! Energia de coliziune va fi, de asemenea, crescută din nou: LHC urmează să depășească recordul său mondial anterior de 13 teraelectroni volți și acum să ajungă la 13,6 teraelectroni volți.
Mașina superlativelor ar trebui astfel să fie bine echipată pentru a face noi descoperiri senzaționale în următoarele luni și următorii ani. Cu toate acestea, ceea ce este special la situația actuală în fizica particulelor de această dată este că nu este complet clar ce se caută de fapt.
Poartă către o nouă fizică
Dacă există o particulă asociată cu materia întunecată enigmatică, LHC este, fără îndoială, cea mai bună mașină pentru a găsi acea particulă.
În plus, în următoarea rundă urmează să fie efectuate măsurători și mai precise ale bosonului Higgs, ceea ce – așa speră fizicienii particulelor – ar putea deschide ușa către o nouă fizică. În această fază, directorul general al CERN, Fabiola Gianotti, se vede într-o situație similară cu Cristofor Columb: „Suntem pe cale să pornim în complet necunoscut și nu știm ce vom descoperi!” În orice caz, când detectoarele de la LHC vor fi pornite, marți, va exista următoarea șansă de a prinde noi străluciri ale marilor mistere ale cosmosului.
Nouă lucruri uimitoare despre accelaratorul LHC
- Este cea mai mare mașinărie din lume: inelul accelerator al LHC se află la circa o sută de metri sub pământ. Tubul său cu vid are o lungime de aproximativ 27 de kilometri și trece pe sub Franța și Elveția. 9.593 de magneți de-a lungul acceleratorului asigură că fasciculul rămâne focalizat pe toată lungimea.
- Detectoarele Titanic: Atlas, numit după titanul purtător de cer, este cel mai mare detector de la LHC. Are 46 de metri lungime și un diametru de 25 de metri. Instrumentele sale partenere nu sunt mai puțin puternice: detectorul CMS cântărește impresionanta greutate de 14 tone, iar instrumentul LHCb a fost echipat recent cu 10 kilometri de fibră de sticlă scintilatoare, care poate detecta particule.
- Vid ca în spațiu: Pentru ca protonii să poată circula netulburați prin inelul de accelerație, în acesta trebuie să predomine un vid ultra-înalt. Cu ajutorul unor sisteme complexe de pompare, ultima moleculă de gaz cu care s-ar putea ciocni particulele este îndepărtată. În acest fel, LHC realizează un vid în inelul de accelerație care se apropie de golul spațiului interstelar.
- Mai rece decât spațiul: sunt necesari magneți puternici pentru a menține particulele de curse în linie. Cu toate acestea, numai bobinele supraconductoare ating puterea necesară a câmpului magnetic. Dacă unele materiale sunt răcite foarte profund, rezistența lor electrică scade la aproape zero. În această stare, ele pot genera câmpuri magnetice puternice. La LHC, bobinele au o vibrație de 1,9 grade Kelvin. Este cu un grad mai rece decât spațiul deschis.
- Aproape de viteza luminii: când protonii ating viteza lor maximă, ei călătoresc cu 0,999999991% din viteza luminii. Acest lucru le permite să realizeze mai mult de 11.000 de rotații pe secundă. În acest interval de viteză, accelerația suplimentară face ca protonii să devină mai grei. Această energie este apoi disponibilă în ciocniri, pentru a produce particule exotice.
- Flux de date: Cern stochează un total de 400 de petabytes de date fizice înregistrate de diverșii detectori. Banda magnetică s-a dovedit a fi un mediu de stocare: poate fi scrisă rapid și este relativ ușor de stocat. Cantitatea anterioară de date corespunde unei înregistrări pe bandă de peste 2.000 de ani.
- Energie record : În a treia rulare, LHC își va depăși propriul record: în timp ce acceleratorul a atins anterior o energie de coliziune de 13 teraelectronvolți (TeV), este de așteptat să atingă curând 13,6 TeV. Deși aceasta corespunde unei creșteri de doar cinci procente, LHC își menține locul ca cel mai puternic accelerator de particule din lume.
- Concentrarea la lățimea unui fir de păr: magneții LHC asigură focalizarea strânsă a fasciculului de protoni. În zonele detectorilor mari, unde se întâlnesc cele două fascicule opuse, fasciculul este focalizat la zece microni. Este de aproximativ șapte ori mai subțire decât un fir de păr uman.
- Sport de echipă: imaginea unui fizician ciudat care revoluționează de unul singur cercetarea, a dispărut de mult! Azi, știința este un sport de echipă. Mărimea grupurilor de cercetare de la LHC este, de asemenea, extremă: în jur de 5.500 de oameni din peste 40 de țări sunt implicați numai în Atlas și CMS!