Czytaj także

Tevatron szuka bozonu Higgsa

Ostatnia aktualizacja: 17.02.2009 13:37

Czy należący do CERNu LHC da się przegonić Amerykanom?

LHC wciąż nie działa, a tymczasem CERN zaczyna mieć konkurencję. Być może to nie naukowcy spod Genewy jako pierwsi potwierdzą istnienie „Boskiej cząsteczki”. Na starcie stawili się bowiem Amerykanie.

Nieuchwytna cząstka

Bozon Higgsa to cząstka, która została przewidziana teoretycznie, ale nie potwierdzono jeszcze jej istnienia doświadczalnie. Istnienie bozonu Higgsa jest postulowane przez Model Standardowy – zgodnie z tzw. mechanizmem Higgsa pola kwantowe sprzęgają się z polem Higgsa, w wyniku czego następuje spontaniczne złamanie symetrii, a bezmasowe cząstki Modelu Standardowego nabierają masy. Właśnie dlatego bozon Higgsa nazywany jest też „Boską cząsteczką” - ponieważ ma być odpowiedzialny za to, że materia posiada masę.

Warto pamiętać, że bozon Higgsa to jedna z dwóch cząstek przewidzianych w Modelu Standardowym, których jeszcze nie zaobserwowano. Aby potwierdzić istnienie cząstki Higgsa, w CERN powstał największy zderzacz hadronów, LHC. Problem polega jednak na tym, że dzieło europejskich naukowców wciąż na dobre nie ruszyło, a prawdopodobieństwo, że amerykański zderzacz Tevatron wykryje bozon Higgsa, w najgorszym razie wynoszą 50 proc. W najlepszym 96 proc., pochwalili się właśnie Amerykanie z Fermilab, instytucji, która dysponuje Tevatronem.

"Stary, ale jary"

Tevatron wybudowano w latach 1983-1999. To poprzednik europejskiego Wielkiego Zderzacza, który czasu uruchomienia LHC zderzał cząstki o najwyższych energiach. Dopóki LHC stoi, Tevatron wciąż jest najpotężniejszy. Obydwie maszyny stosują zresztą tę samą metodę poszukiwań: zderzania subatomowej materii, rozpędzonej do bardzo dużych prędkości. Jeśli bozon Higgsa istnieje, prędzej czy później pokaże się wśród „odprysków” powstałych na skutek tych zderzeń.

LHC wciąż jednak nie działa. Lyn Evans, walijski uczony, który dowodzi projektem LHC od jego fazy koncepcyjnej, żali się, że poślizgi czasowe sprawią, iż największe odkrycie w fizyce wymyka się Europejczykom z rąk. Właśnie o tym rozmawiali przedstawiciele CERN i Fernilab na dorocznym zjeździe Amerykańskiego Stowarzyszenia ds. Rozwoju Naukowego (American Association for the Advancement of Science - AAAS), który odbył się w dniach 12-16 lutego tego roku w Chicago.

CERN bez nagrody

Zidentyfikowanie tzw. ”Boskiej Cząsteczki” było celem CERNu od samego początku jego istnienia, czyli od lat 1980. Kiedy uruchamiano LHC we wrześniu 2008, przepowiadano, że bozon „objawi” się światu latem 2009 roku. Nieprzewidziany 12-miesięczny postój akceleratora wstrzymał eksperymenty. Wykorzystał to Fermilab, zwiększając intensywnośc badań prowdzonych w zderzaczu Tevatron w Illinois. Paradoksalnie – to, na co Europejczycy czekali z drżeniem serca jako na koniec świata, czyli intensywne zderzanie cząstek o wysokiej energii w specjalnym zderzaczu, po drugiej stronie Atlantyku jest naukową codziennością…

Pier Oddone, nadzorujący działania Tevatronu, zaprezentował wyniki prac swojego zespołu. „ Istnieje bardzo duża szansa na to, że zobaczymy ślady bozonu Higgsa zanim zrobią to specjaliści z LHC” – chwali się dr Dmitri Denisov z Fermilab. – „Myślę, że mamy następne dwa lata na poszukiwania, jeśli wziąć pod uwagę to, co o dacie startu LHC powiedział nam Lyn Evans”. Złośliwe? Nie, realistyczne.

Eksperymenty prowadzone przy użyciu akceleratora LEP w CERN w latach 1990-2000 wykazały, że jeżeli cząstka Higgsa istnieje, to jej energia przekracza 114 GeV (gigaelektronowolta). “Prawdopodobieństwo tego, że to my zobaczymy bozon Higgsa jako pierwsi, wynosi 90 proc., jeśli ma on dużą masę. Jeżeli wynosi ona około 170 GV, to szanse są jeszcze większe i wynoszą 96 proc” – chwali się Denisov. Jeśli ostatnie przypuszczenie okaże się prawdą, specjaliści z Fermilab mają nadzieję zobaczyć bozon już tego lata.

Kto pierwszy na mecie?

“Tevatron działa bardzo dobrze” – podkreślają Amerykanie. Już ten fakt sprawia, że mają olbrzymia przewagę nad CERNem. Ale, oczywiście, im mniej masywny jest bozon Higgsa, tym dłużej będą trwały poszukiwania. Nawet jednak przy najmniejszej przewidywanej jego masie, Fermilab ocenia swoje szanse na 50 proc. To dużo, zwłaszcza, że konkurencja wciąż naprawia swój system chłodzenia…

Amerykanie są na progu odkrycia wszechczasów. “Zamiast zwykłej dwumiesięcznej przerwy świątecznej naukowcy z Fermilab pracują. To wyścig. Kto jest pierwszy, ten wygrywa” – mówi Denisov. Podobno już w około ośmiu kolizjach w Tevatronie mogły znajdować się wskazówki co do istnienia Boskiej Cząsteczki.

“Wyścig trwa” – potwierdza Lun Evans, który na konferencji prasowej w Chicago siedział obok pewnego siebie Denisova. – „Tevatron pracuje lepiej niż kiedykolwiek sądziłem, że może. Zbierają dane jak szaleni. Opóźnienia LHC dają im fory, a oni na pewno wykorzystają ten fakt tak, jak to tylko możliwe…” – komentuje szef projektu LHC.

Czy Europejczycy mają jeszcze w ogóle szanse? “Jeśli w Fermilab znajdą bozon Higgsa, to gratulacje… Nie sądzę jednak, by zrobili to zanim LHC zacznie znowu działać" – odgraża się Evans. – „Być może są w stanie odkryć ślady tej cząstki, ale nie wiem, czy są w stanie odkryć ja samą. Poza tym, jeśli bozon Higgsa ma inną masę, niż przypuszczają, to ich szanse na jej znalezienie są zerowe”.

Konkurencja z pewnością jest zdrowa po obu stronach, ale trzeba przyznać, że ze strony CERNu wszelkie zapowiedzi to były na razie po prostu czcze przechwałki. Europejczykom, którzy wznieśli Wielki Zderzasz Hadronów, wciąż jednak pozostaje nadzieja. LHC rozreklamowano wokół poszukiwań bozonu Higgsa, ale może on także przeprowadzać szereg innych eksperymentów. “Takich Tevatron nigdy nie będzie w stanie wykonać” – mówi Lyn Evans. Pozostaje trzymać kciuki za CERN i obserwować wyniki tego niezwykłego wyścigu.

Eugeniusz Wiśniewski

Zobacz więcej na temat: CERN Chicago Genewa konferencja prasowa koniec świata

Czytaj także

Co po LHC?

Ostatnia aktualizacja: 23.11.2009 13:05

Przedstawiamy naukowe możliwości i trwające już prace nad nowymi zderzaczami cząstek. Jeszcze potężniejszymi.

LHC to z pewnością nie ostatni z pomysłów naukowców, a większe i potężniejsze zderzacze cząstek nadal będą powstawać. Co czeka nas po LHC? Przedstawiamy naukowe możliwości i trwające juz projekty.

Co po odkryciu bozonu Higgsa?

Chociaż emocje towarzyszące startowi LHC i jego wyścigu z Tevatronem są olbrzymie, odnalezienie bozonu Higgsa nie oznacza bynajmniej rozwiązania wszystkich problemów fizyki. Doświadczalne potwierdzenie istnienia tzw. Boskiej Cząstki jest przewidywane w ciągu trzech najbliższych lat. Będzie oznaczało, że przewidywania Modelu Standardowego są słuszne i że Wszechświat jest przeniknięty polem Higgsa, dzięki czemu wszystkie cząstki uzyskują swoją masę.

Mimo to nawet po odkryciu bozonu Higgsa zderzacze nie przestaną powstawać. Kolejny super-zderzacz będzie mógł zderzać cząstki częściej i bardziej precyzyjnie, dzięki czemu weźmie pod lupę właściwości Boskiej Cząstki. Wysokie energie, na których będzie pracował, przydadzą się zwłaszcza wtedy, jeśli Higgs okaże się ciężką cząstką.

Naukowcy są zapobiegawczy. Już teraz przewidują, że do badania ciężkich cząstek lepiej nadaje się zderzacz liniowy – taki jak International Linear Collider (ILC – Międzynarodowy Zderzacz Liniowy), którego ukończenie planowane jest na ok. 2020 rok, a obecnie trwa jego faza koncepcyjna. Składający się z dwóch zderzaczy ILC będzie w stanie zderzać 10 miliardów elektronów, ich anty-cząstek i pozytronów, przyspieszając je do prędkości światła, a jego zadaniem będzie uzupełnianie analiz prowadzonych w LHC.

Europejczycy mają jednak pomysł na własny zderzacz liniowy. Budowa Kompaktowego Zderzacza Liniowego (CLIC – Compact Linear Collider) jest już zaplanowana przez CERN. Jego cechą będzie jeszcze wyższa energia zderzeń, która pomoże w badaniach nad właściwościami bozonu Higgsa.

Co jednak, jeśli nie odnajdziemy Higgsa?

Jeżeli w ciągu trzech lat nie uda się odnaleźć Boskiej Cząstki (i o ile nie będzie to wynikało z kolejnych awarii LHC), wówczas fizycy dojdą do wniosku, że oznacza to, że pole Higgsa jest bardziej skomplikowane. Co to oznacza w praktyce? Naukowcy przypuszczają, że mogłoby to wynikać z faktu rozkładu bozonu Higgsa na niewidzialne cząstki – czyli takie, które nie wchodzą w interakcję z detektorem. Drugim rozwiązaniem byłoby przyjęcie nie-standardowego modelu Higgsa, co oznaczałoby, że Boska Cząstka jest lżejsza lub cięższa niż przypuszczano – a przez to trudniejsza do odnalezienia. Różnych bozonów Higgsa mogłoby też być więcej, a pole Higgsa mogłoby okazać się bardziej egzotyczne.

Superprzewodzące wnętrze przyszłego ILC, źr. Fermilab Visual Media Services.

Tak czy siak, jeżeli w ciągu trzech lat nie uda się odnaleźć Boskiej Cząstki, trzeba będzie rozważyć inne mechanizmy. Na przykład uważa się, że bozon Higgsa może powstać na skutek kolizji dwóch bozonów W – warto zatem spróbować tego sposobu. Nawet jeżeli bozon Higgsa po prostu nie istnieje, wynik zderzenia bozonów W będzie dobrym punktem do podjęcia nowych badań i odnalezienia tego, co właściwie decyduje o masie materii. Do tego celu przyda się zaś jeszcze większy zderzacz – SuperLHC, który powstanie w wyniku przebudowy LHC.

Brak odkrycia bozonu Higgsa będzie zdecydowanie złą wiadomością dla konstruktorów wspomnianego wyżej ILC, ponieważ ten zderzacz liniowy będzie dysponował mniejszą energią niz LHC, a przez to szansa, że odnajdziemy w nim cięższego Higgsa, jest nikła. CLIC może być wówczas lepszą opcją.

Supersymetria – czym to się je?

To jednak nie przekreśla szans ILC na naukowy sukces, ponieważ współczesna fizyka ma w zanadrzu mnóstwo teorii, które czekają na swoje potwierdzenie. Jedną z nich jest Supersymetria (SUSY). To teoria, która sugeruje, że we Wszechświecie powinna istnieć identyczna liczba fermionów i ich partnerów supersymetrycznych - bozonów. Mówiąc innymi słowy – każda cząstka ma swojego anty-partnera. Tak np. elektronowi, który jest fermionem, powinien towarzyszyć hipotetyczny bozon o tym samym ładunku, który nazywamy selektronem, a fotonowi, który jest bozonem, powinien towarzyszyć fermion fotino. Jak dotąd nie zaobserwowano żadnych supersymetrycznych partnerów znanych już cząstek, ale wielu fizyków jest przekonana, że tacy „partnerzy” istnieją. Niektóre hipotezy fizyczne dają wyniki bliższe rzeczywistości po uwzględnieniu supersymetrii, co jest przesłanką potwierdzającą tę teorię.

Restart LHC, źr. CERN.

Inaczej niż w przypadku bozonu Higgsa, cząstki według tej teorii nie pokazują się bezpośrednio – w niektórych modelach wręcz przenikają detektor, w ogóle na niego nie oddziałując. Ich obecność można potwierdzić nie-wprost, wnioskując ją z energii, której brakuje w danym zderzeniu. W najbardziej prawdodpodbnej wersji SUSY, najlżejsze cząstki powinny zacząć „pojawiać się” dzięki tej metodzie już w ciągu pierwszego roku pracy LHC. Trzeba przypom,nieć, że najlżejsza supersymetryczna cząstka jest kandydatem fizyków na główny składnik tzw. ciemnej materii.

SuperLHC mógłby podjąć pomiary masy i spinu większości cząstek przewidywanych przez SUSY, a także wykryć najcięższe z nich, pozostające poza badawczym zasięgiem LHC. Do badania SUSY najlepsze będą jednak zderzacze liniowe, ponieważ energia początkowa kolidujących elektronów i pozytronów jest znana. To sprawia, że idealnym kandydatem do ich badania będzie właśnie ILC.

Nowa fizyka – czy to jest groźne?

Jak dotąd nie udało się wymyślić teorii wszystkiego. Także Model Standardowy zdecydowanie nią nie jest. Właśnie dlatego termin „nowa fizyka” odnosi się do wszystkiego, co nie mieści sie w Modelu Standardowym. Poza Supersymetrią, w jej skład wchodzą także grawitony czy cząstki kojarzone z dodatkowymi wymiarami. Jeżeli są lekkie, powinniśmy je zobaczyć już w LHC
Kiedy dany fenomen zostanie zaobserwowany, będzie trzeba uzupełnić teorie, która go przewiduje. Na przykład potwierdzenie SUSY czy modeli z dodatkowymi wymiarami będzie krokiem w kierunku rozwinięcia teorii strun. sLHC będzie doskonałym narzędziem do zbierania danych na temat nowej fizyki. Zderzacze liniowe okażą się zaś przydatne do uszczegółowienia zebranych danych.

LHC w pełnej okazałości, źr. CERN.

CO NAS CZEKA? POCZET ZDERZACZY:

Super LHC
Jeszcze większa i jeszcze potężniejsza wersja LHC, bazująca na obecnie istniejącym Wielkim Zderzaczu. Jego możliwości będą 10-krotnie większe niż LHC – a zatem 10 razy więcej kolizji o 10 razy większej energii po to, żeby obejrzeć ciekawsze zderzenia. Europo, drżyj!
Data ukończenia: 2018
Koszt: 1.27 miliarda $

ILC
Jeżeli uda się potwierdzić finansowanie do 2012, rozpoczną się prace nad 35-kilometrowym prostym tunelem. LHC zderza protony (zawierające kwarki i gluony), ILC będzie natomiast zderzał elektrony i pozytrony.
Data ukończenia: lata 2020-te
Koszt: 8 miliardów $

CLIC
Będzie zderzał elektrony i pozytrony – dokładnie tak jak ILC. Także czeka jeszcze na aprobatę międzynarodowego środowiska naukowego. Będzie krótszy od ILC i będzie mógł doprowadzać do kolizji o wyższych energiach (sugeruje się, że takie same energie ILC mógłby otrzymać, dysponując 140-km tunelem).
Data ukończenia: lata 2020-te
Koszt: Nieoficjalnie ok. 10 miliardów $

A w przyszłości:
Very LHC (Very Large Hadron Collider) - to na razie tylko propozycja. Następca sLHC już czeka na wejście w fazę koncepcyjną. Miałby zderzać cząstki z energią 40 do 200 TeV i musiałby być zbudowany od zera. Mówi się już także o zderzaczach mionów i LHeC, gdzie kolidowałyby elektrony z protonami.

Eugeniusz Wiśniewski

Na podstawie: New Scientist

Zobacz więcej na temat: CERN Europa kandydaci

Czytaj także

Droga do ciemnej materii i boskiej cząstki otwarta

Ostatnia aktualizacja: 30.03.2010 21:57

Początek ery nowych odkryć", "przełom w fizyce" - takimi słowami określają naukowcy wtorkowy start cyklu zderzeń protonów przy energii 7 TeV i zacierają ręce.

LHC to Wielki Zderzacz Hadronów w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Zderzeń cząstek z taką energią, jaką osiągnięto w LHC, nie wykonało jeszcze żadne laboratorium na świecie.

"Boska cząstka" Higgsa za kilkanaście miesięcy?

Jedną z hipotetycznych cząstek, której istnienie poprzez zderzanie ciężkich cząstek chcą udowodnić naukowcy jest bozon Higgsa. To cząstka, od której (według teorii) zależy masa wszystkich innych cząstek (m.in. protonów, elektronów, neutronów).

To od siły oddziaływania z cząstkami Higgsa miałoby zależeć czy cząstka jest lekka (jak np. elektron) czy ciężka (np. proton). Jak napisano w komunikacie prasowym CERN, możliwe jest, że cząstka ta zostanie odkryta nawet w ciągu tych kilkunastu miesięcy, kiedy w LHC będzie dochodziło do zderzeń z energią ok. 7 TeV (teraelektronowoltów). "Szansa na odkrycie będzie, jeśli cząstka Higgsa ma masę ok. 160 GeV (gigaelektronowoltów). Jeśli jest znacznie lżejsza lub bardzo ciężka, to za tym podejściem będzie o wiele trudniej ją znaleźć" - napisano w komunikacie.

Cząstki supersymetryczne tworzące ciemną materię

Natomiast, jak dodano, istnieje duża szansa na odkrycie którejś z tzw. cząstek supersymetrycznych. Teoretycy przewidują, że są to nieznane dotąd odpowiedniki wszystkich znanych cząstek elementarnych.

Część z nich mogła już zaniknąć, po zmniejszeniu się gęstości materii we wszechświecie. Ale niektóre prawdopodobnie istnieją nadal.

Z takich cząstek mogłaby np. składać się tzw. ciemna materia. Są to zagadkowe obiekty kosmiczne, które nie wysyłają widzialnego promieniowania (nie świecą), ale na pewno mają masę, bo wywołują przyciąganie grawitacyjne.

"Detektory ATLAS i CMS będą mogły zebrać dane, które pozwolą im podwoić zakres energii, w których będą poszukiwały nieznanych cząstek. Do tej pory mogły szukać cząstek supersymetrycznych o masie do 400 GeV. Teraz będą mogły szukać cząstek o masie do 800 GeV" - napisano w komunikacie.

20 lat pracy CERN i awarie

Projektowanie i budowanie akceleratora cząstek elementarnych LHC trwało 20 lat. Jest to

wspólne przedsięwzięcie 20 państw europejskich zrzeszonych w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN). Polska należy do tej organizacji od 1991 r. Decyzję o budowie akceleratora LHC podjęto w latach 80. Prace projektowe trwały do 1994 r., kiedy ostatecznie rada CERN zatwierdziła projekt.

Akcelerator kosztował ok. 3 mld euro. Do jego budowy użyto zupełnie nowych, opracowanych specjalnie w tym celu technologii. Inauguracja akceleratora odbyła się we wrześniu 2008 r.

Wkrótce potem LHC uległ poważnej awarii i nie działał przez ponad rok. W listopadzie ubiegłego roku udało się uruchomić instalację, która pracowała do końca roku. Zabrano wtedy dane na podstawie zderzeń przy stosunkowo niewielkich energiach. Po planowej przerwie zimowej akcelerator ruszył ponownie w marcu.

Od tamtej pory sukcesywnie zwiększano energię wiązek, aż 19 marca udało się osiągnąć energię 3,5 TeV.

Elektronowolty i zderzenia

Elektronowolt to jednostka energii, prędkości i masy używana w fizyce cząstek elementarnych. Dla porównania, 1 GeV (Gigaelektronowolt) - mniejszy 1 tysiąc razy od 1 TeV - to mniej więcej energia pojedynczego protonu w stanie spoczynku.

Akceleratory działające w innych ośrodkach badawczych na świecie nie mogą na razie osiągać takich energii zderzeń, do jakich doszło we wtorek w LHC. Najpotężniejszy z nich - Tevatron, działający w amerykańskim ośrodku Fermilab - może rozpędzić wiązkę cząstek do energii ok. 1 TeV, czyli zderzenia odbywają się przy energii ok. 2 TeV. W LHC jedna wiązka osiąga energię 3,5 TeV czyli zderzenia odbywają się z enegią 7 TeV.

Zderzenia 100 metrów pod ziemią

Large Hadron Collider (ang. Wielki Zderzacz Hadronów) to kołowy akcelerator cząstek, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Umieszczony jest w specjalnym kolistym tunelu, 100 metrów pod ziemią. Tunel ma średnicę ok. 9 km.

Są w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek (najczęściej protonów), które następnie zderzają się ze sobą. W LHC naukowcy próbują doprowadzić sztucznie do takiego skupienia materii, które umożliwi powstanie cząstek cięższych niż te, które na co dzień można obserwować.

Cztery detektory

Do rejestracji cząstek, pojawiających się w miejscach zderzeń, służą cztery zestawy detektorów - ATLAS, CMS, ALICE i LHCb - umieszczone w czterech miejscach na obwodzie akceleratora. Każdy z nich jest zaprojektowany do wykrywania innego rodzaju cząstek i zjawisk. Razem będą dostarczały naukowcom 3 tys. GB (gigabajtów) danych dziennie, co przekłada się na dziesiątki PB (petabajtów, czyli milionów gigabajtów) danych rocznie. Z tej masy informacji fizycy na całym świecie będą się starali wyłuskać ślady odkryć, bo obserwacja powstawania i rozpadu cząstek ma na celu uzyskanie w warunkach laboratoryjnych dowodów na istnienie cząstek i procesów, o których na razie mówią tylko teorie.

ag, PAP

Zobacz więcej na temat: CERN Genewa POLSKA

Czytaj także

Odnaleźli "boską cząstkę"?

Ostatnia aktualizacja: 22.02.2011 11:55

Fizycy z CERN ogłosili, że już posiadają wystarczającą ilość danych, aby ostatecznie potwierdzić lub obalić twierdzenie o istnieniu "boskiej cząstki". Ale nie ogłaszają jeszcze, jaki jest werdykt.

Wielki Zderzacz Hadronów miał zakończyć prace już w tym roku, ale tak się nie stanie. To dlatego, że naukowcy z CERN są coraz bliżej odkrycia bozonu Higgsa.

To dzięki „boskiej cząstce” nasz swiat wygląda tak, jak wygląda, i obowiązują w nim takie, a nie inne prawa fizyki. Bozon Higgsa to cząstka, która została przewidziana teoretycznie, ale nie potwierdzono jeszcze jej istnienia doświadczalnie. Istnienie bozonu Higgsa jest postulowane przez Model Standardowy – zgodnie z tzw. mechanizmem Higgsa pola kwantowe sprzęgają się z polem Higgsa, w wyniku czego następuje spontaniczne złamanie symetrii, a bezmasowe cząstki Modelu Standardowego nabierają masy. Właśnie dlatego bozon Higgsa nazywany jest też „boską cząsteczką” - ponieważ ma być odpowiedzialny za to, że materia w ogóle posiada masę.
Warto pamiętać, że bozon Higgsa to jedna z dwóch cząstek przewidzianych w Modelu Standardowym, których jeszcze nie zaobserwowano. Własnie między innymi po to, aby potwierdzić jej istnienie cząstki Higgsa, w CERN powstał największy na świecie zderzacz hadronów, LHC.

Do końca 2011 roku miał zakończyć się pierwszy etap prac w LHC. Proszę się nie martwić, warta 10 miliardów dolarów maszyna nie zostanie zlikwidowana. Ma nastąpić jej przebudowa, która największy zderzacz świata zmieni w... jeszcze większy, SuperLHC.

Od początku funkcjonowania LHC było wiadomo, że na obecne badania są przewidziane tylko trzy lata. To one miały sprawdzić, czy „boska cząstka” istnieje. Jeżeli w ciągu trzech lat nie udałoby się tego zrobić (i o ile nie wynikałoby to z kolejnych awarii LHC), fizycy uznaliby, że pole Higgsa jest bardziej skomplikowane.

Co to oznacza w praktyce? Naukowcy przypuszczają, że mogłoby to wynikać z faktu rozkładu bozonu Higgsa na niewidzialne cząstki – czyli takie, które nie wchodzą w interakcję z detektorem. Drugim rozwiązaniem byłoby przyjęcie nie-standardowego modelu Higgsa, co oznaczałoby, że Boska Cząstka jest lżejsza lub cięższa niż przypuszczano – a przez to trudniejsza do odnalezienia. Różnych bozonów Higgsa mogłoby też być więcej, a pole Higgsa mogłoby okazać się bardziej egzotyczne. Do jego badań przyda się zaś jeszcze większy zderzacz – własnie SuperLHC, który powstanie w wyniku przebudowy LHC.

Z końcem 2011 roku kończy sie pierwotnie zakreślony termin poszukiwań „pierwszej wersji" bozonu Higgsa. Ale CERN przesunął właśnie termin zamknięcia LHC o rok – badania idą tak znakomicie, że fizycy wciąż nie stracili nadziei na odkrycie bozonu przy obecnej mocy przerobowej LHC.

Energia zderzeń w tej chwili to 3,5 TeV. SuperLHC będzie zderzał przy 7 TeV. Ostateczną moca urządzenia będzie 14 TeV. To przy tej mocy zderzacz odtworzy dla fizyków Wielki Wybuch w mikroskali.

Niespodziewane subatomowe osobliwości

W poniedziałek fizycy z CERN ogłosili, że już w tej chwili posiadają najprawdopodobniej wystarczającą ilość danych, aby ostatecznie potwierdzić lub obalić twierdzenie o istnieniu boskiej cząstki. Być może dysponują już także danymi, które pozwolą nam wreszcie zrozumieć, czym jest ciemna materia, co, jak zapowiadają, będzie tożsame z odkryciem „nowej klasy niespodziewanych subatomowych osobliwości”.

- Mamy nadzieję, że z końcem przyszłego roku będziemy mogli powiedzieć coś więcej na temat Higgsa – mówi Felicitas Pauss, szefowa działu stosunków międzynarodowych CERN.

Co oczywiste, część naukowców wolałaby, żeby wynik był negatywny – to znaczy, żeby nie udało się odnaleźć bozonu Higgsa. Bo wtedy cała zabawa zaczęłaby się od nowa. – Jeśli go nie zaobserwujemy, to będziemy bardzo podekscytowani, bo to oznaczałoby, że mamy do czynienia z czymś zupełnie nowym – cieszy się z góry Nicholas Hadley z Uniwersytetu Maryland, który współpracuje z CERN. Z drugiej strony – wydać tyle pieniędzy na LHC i nic nie znaleźć...?

Zimą 2011/2012 LHC zostanie zatrzymane, ale tylko na krótko. Przez cały 2012 rok ma pracować pełna parą. – Jeżeli LHC będzie dawał nam coraz lepsze wyniki w takim samym tempie jak w tym roku, to mamy przed soba bardzo ekscytujący czas – mówi dr Steve Myers, nadzosujący wszystkie akceleratory CERN. LHC to, oczywiście, pupilek rodziny.

Bozonu Higgsa poszukuje również amerykański Tevatron, który jednak wkrótce zakończy swoją działalność. Pamiętajmy jednak, że LHC to nie ostatnie słowo ludzkości w dziedzinie zderzaczy. Po obydwóch stronach oceanu już powstają potężniejsze. Do badania ciężkich cząstek lepiej będzie nadawał się zderzacz liniowy – taki jak International Linear Collider (ILC – Międzynarodowy Zderzacz Liniowy), którego ukończenie planowane jest na ok. 2020 rok, a obecnie trwa jego faza koncepcyjna. Potem nadejdzie era Very LHC (Very Large Hadron Collider), który miałby zderzać cząstki z energią 40 do 200 TeV (!) i musiałby być zbudowany od zera. Mówi się już także o zderzaczach mionów i LHeC, gdzie kolidowałyby elektrony z protonami. Europejczycy mają takżek pomysł na własny zderzacz liniowy. Budowa Kompaktowego Zderzacza Liniowego (CLIC – Compact Linear Collider) jest już zaplanowana przez CERN. Jego cechą będzie jeszcze wyższa energia zderzeń, która pomoże w badaniach nad właściwościami bozonu Higgsa (co po LHC? przeczytaj więcej o zderzaczach przyszłości >>>).

Eugeniusz Wiśniewski

(telegraph.co.uk/newscientist.com/polskieradio.pl)

Zobacz więcej na temat: CERN pieniądze

Czytaj także

Tevatron odkrył nową fizykę?

Ostatnia aktualizacja: 08.04.2011 15:00

Tevatron nie jest tak potężny jak Wielki Zderzacz Hadronów, ale być może dokonał własnie wielkiego odkrycia. To zupełnie nieznane cząstki i zupełnie nowa fizyka.

Foto: fot. sxc.hu

Fizycy w Europie poszukują "boskiej cząstki” – bozonu Higgsa. Fizycy w USA znaleźli coś, czego się nie spodziewali. To nowa siła albo zupełnie nowa fizyka. Cały naukowy świat wstrzymał oddech...

FermiLab, do którego należy Tevatron, ogłosił odkrycie w środę. Zdaniem fizyków pracujących na największym amerykańsim zderzaczu cząstek (był największy na świecie do momentu uruchomienia europejskiego LHC – Wielkiego Zderzacza Hadronów), na świecie może istnieć zupełnie nowa cząstka elementarna, której istnienia nikt jeszcze nie przewidział.

Na razie to tylko hipoteza, ale dane z Tevatronu wskazują, że nowa cząstka może faktycznie istnieć. Jej ślad zaobserwowano podczas zderzeń protonów i ich odpowiedników ze świata antymaterii, czyli antyprotonów.

Podobnie jak poszukiwany przez LHC bozon Higgsa, nowa cząstka ma być odpowiedzialna za to, że materia posiada masę. Jeśli to prawda, to właśnie ona, a nie bozon Hoggsa, jest „boska” i odpowiada na większośc pytań, które stawiają fizycy. Dokładniej rzecz biorąc – nowa cząstka ma umożliwiać pojawienie się tej, którą dotąd nazywamy „boską”. I wszystkich innych. – Bozon Higgsa pasuje do układanki, którą już posiadamy. Ta nowa cząstka przenosi nas poza ten układ. To zupełnie nowa siła – mówi Giovanni Punzi, fizyk z międzynarodowego zespołu, który analizuje dane z Tevatronu.

- Nikt nie wie, co to jest – dodaje Christopher Hill, fizyk teoretyczny z FermiLab. – Jeśli jednak dane się potwierdzą, będzie to najważniejsze odkrycie od pół wieku.

Punzi: - Za wszystkim, co znamy, może stać zupełnie nowa siła, której nie znamy. To świat zupełnie nowych oddziaływań. Nowa cząstka ma zupełnie inne właściwości. Jedno jest pewne: na pewno nie jest bozonem Higgsa.

Co dokładnie zdarzyło się w Tevatronie? Podczas zderzeń protonów i antyprotonów pojawiły się oczekiwane przez fizyków cząstki elementarne, zgodne z Modelem Standardowym. Pojawiły się jednak i takie cząstki, których ten Model nie przewiduje. Jak wyjaśnia Ian O’Neill z Discovery, to tak, jakby podczas czołowej kolizji dwóch pociągów z odłamków zaczęły się spontanicznie tworzyć nowe pojazdy. Większość z nich to znane nam samochody, ale wśród nich nagle pojawiły się pojazdy, których nie znamy i których zasad działania do końca nie rozumiemy.

Jeśli obecność tej cząstki zostanie potwierdzona, trzeba będzie przepisywać podręczniki do fizyki, przede wszystkim tabelkę z tzw. Modelem Standardowym, który stanowi zbiór wszystkich znanych cząstek elementarnych tworzących materię i siły obecne we wszechświecie.

Część specjalistów stara się chłodzić nastroje. – To może być po prostu anomalia – mówi Jon Butterworth z CERN. Kto jednak nie chciałby skoczyć w nieznane? Nawet konkurencja z LHC z trudem tłumi rumieniec ekscytacji. - Mam jednak nadzieję, że się mylę – dodaje szybko Butterworth.

Zobacz więcej na temat: CERN discovery Europa USA