"Fantastyczna chwila" - pierwsza wiązka protonów w Wielkim Zderzaczu Hadronów

W Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych (CERN) rozpoczął się największy w historii świata eksperyment naukowy - uruchomiono Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Rankiem 10 września pierwsza wiązka protonów pokonała 27-kilometrowy obwód akceleratora cząstek. Chwili tej towarzyszyła sa...

W Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych (CERN) rozpoczął się największy w historii świata eksperyment naukowy - uruchomiono Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Rankiem 10 września pierwsza wiązka protonów pokonała 27-kilometrowy obwód akceleratora cząstek. Chwili tej towarzyszyła salwa oklasków w pomieszczeniu kontrolnym oraz wielki oddech ulgi naukowców czekających na ten dzień od lat.

Wydarzenie toruje drogę ku nowej erze odkryć w dziedzinie fizyki cząstek. LHC pomoże naukowcom znaleźć odpowiedź na kluczowe pytania dotyczące Wszechświata, natury ciemnej materii, tego, co zdarzyło się na krótko po Wielkim Wybuchu oraz ile istnieje wymiarów.

- To fantastyczna chwila - mówi kierujący projektem LHC Lyn Evans. - Możemy teraz oczekiwać nadejścia nowej ery w wiedzy na temat pochodzenia i ewolucji Wszechświata.

Wielki Zderzacz Hadronów składa się z ułożonych w koło o obwodzie 27 km magnesów nadprzewodzących, a umieszczony jest na głębokości 100 metrów pod powierzchnią ziemi w okolicach Genewy po obu stronach granicy francusko-szwajcarskiej. Wewnątrz koła przyspieszane są dwie wiązki cząstek (hadronów) poruszające się po obwodzie w przeciwnych kierunkach. Tor ruchu cząstek ustalają potężne magnesy, które skupiają wiązki w celu zwiększenia prawdopodobieństwa zderzenia dwóch cząstek. Według CERN, cząstki są tak małe, że doprowadzenie do ich zderzenia można porównać do "wystrzelenia igieł z dwóch oddalonych od siebie o 10 km miejsc z taką precyzją, że w połowie drogi spotkają się".

Umieszczone na obwodzie zderzacza stanowiska eksperymentalne będą badać, co dzieje się w momencie zderzenia cząstek. Obserwacje te mają pomóc naukowcom w znalezieniu odpowiedzi na rozliczne pytania dotyczące natury Wszechświata.

Dwa największe detektory eksperymentalne to toroidalny układ detektorów ATLAS (A toroidal LHC apparatus) i detektor mionów CMS (Compact muon solenoid). Będą one analizować powstałe w wyniku zderzenia cząstki, identyfikować je i określać ich tor ruchu i energię. Oba stanowiska zaprojektowano niezależnie od siebie w oparciu o istotnie różniące się technologie, dzięki czemu odkrycia dokonane przy pomocy jednego detektora będzie można zweryfikować przy pomocy drugiego.

Jedna z największych zagadek, jaką być może pomoże rozwiązać LHC dotyczy natury masy. Mówiąc prostymi słowami, nie wiemy, dlaczego niektóre cząstki ważą, podczas gdy inne wydają się być w ogóle pozbawione masy. Według naukowców, problem ten może wyjaśnić cząstka zwana bozonem Higgsa. Kłopot polega na tym, że jak dotąd nikomu nie udało się zaobserwować bozonu Higgsa, tak więc jego istnienie nie jest pewne. Dowody na istnienie tej tajemniczej cząstki będą próbowały znaleźć detektory ATLAS i CMS.

Oprócz tego Wielki Zderzacz Hadronów będzie badał ciemną materię. Choć z substancji tej składa się niemal 96% Wszechświata, wiemy o niej bardzo mało. Teorie dotyczące składu ciemnej materii sprawdzane będą w stanowiskach ATLAS i CMS.

W innym miejscu LHC, w stanowisku eksperymentalnym LHCb (Large Hadron Collider beauty), badane będą różnice między materią a antymaterią. W ramach tego eksperymentu podjęta też zostanie próba odpowiedzi na pytanie, dlaczego przyroda woli materię od antymaterii.

Jednocześnie detektor ALICE (A large ion collider experiment) będzie badać warunki, jakie panowały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. Detektory te będą też szukać dowodów istnienia dodatkowych, ukrytych wymiarów przestrzeni.

- To moment historyczny w nauce, stanowiący kulminację dziesięcioleci pracy - mówi Keith Mason, kierownik brytyjskiej Science and Technology Facilities Council, która uczestniczyła w pracach nad LHC. - Czekający na LHC naukowcy mogą śmiało postawić największe pytania, jakie trapią współczesną naukę. Niezależnie od tego, czy uda nam się dokonać oczekiwanych przez nas odkryć, czy też nasze teorie zostaną zupełnie obalone, podręczniki fizyki nigdy już nie będą takie same.

W toku eksperymentów generowane będą olbrzymie ilości danych - w przybliżeniu 15 milionów gigabajtów rocznie. Obsługa i analiza tych danych realizowana będzie przy pomocy olbrzymiej informatycznej sieci gridowej. Dane zostaną wstępnie przetworzone w CERN, a następnie przesłane do 11 głównych ośrodków obliczeniowych na świecie. Stamtąd zostaną one przekazane do kolejnych 120 ośrodków o mocy obliczeniowej wystarczającej do przechowywania znacznych ilości danych i wykonywania złożonych analiz. Z danych ostatecznie będą mogli korzystać naukowcy na całym świecie, uzyskując do nich dostęp poprzez klastry komputerowe, a nawet z poziomu komputera osobistego.

Na uruchomienie pierwszych wiązek w Wielkim Zderzaczu Hadronów wielu naukowców czekało już od dawna - koncepcja budowy LHC została przedstawiona po raz pierwszy na początku lat 80. W ciągu kolejnych lat w grupach roboczych analizowano pytania, na jakie tego rodzaju maszyna może udzielić odpowiedzi, a w 1994 r. projekt został zatwierdzony przez Radę CERN. Od tego momentu prace stale posuwały się do przodu, a na początku bieżącego roku ustawiono pierwsze elementy stanowisk eksperymentalnych LHC. Cały obiekt ostatecznie schłodzono do temperatury bliskiej zera bezwzględnego. W sierpniu naukowcom udało się wprawić w ruch wiązki cząstek na krótkich odcinkach obwodu akceleratora w kierunku zgodnym i przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Pracami CERN kieruje 20 państw członkowskich. Komisja Europejska ma w organizacji status obserwatora.