CERNi uus projekt on ehitada mehhanism, mis on peaaegu neli korda suurem kui olemasolev suurim seade. Kuid milleks see täpselt on?
Suur hadronite põrkaja (LHC) on vaieldamatult üks müstilisemaid seadmeid maailmas. See istub 27 kilomeetri pikkuses ümmarguses tunnelis Prantsusmaa ja Šveitsi piiril ning selle peamine ülesanne on põrutada universumi väikseimad osakesed.
See mehhanism sai kogu maailmas kuulsaks 2012. aastal, kui CERN (Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon) teatas Higgsi bosoni avastamisest. Selle elementaarosakese olemasolu teooria ilmus mitu aastakümmet tagasi, elementaarosakeste standardmudeli taga olevad matemaatilised arvutused eeldasid, et see on olemas, kuid keegi ei suutnud seda enne LHC-s tehtud katset parandada.
Ja nüüd räägib CERN tulevikuplaanidest. LHC abiga on katseid tehtud alates 2009. aastast katkestustega mehhanismi värskendamiseks. Nüüd just selline paus ja LHC käivitatakse uuesti aastal 2021, misjärel see töötab veel mitu aastakümmet.
Kuid olemasolevad projektid on nii ambitsioonikad, et CERN on juba mitu aastat arutanud ettepanekut LHC järeltulija rajamiseks. Ja nüüd on organisatsiooni töötajad valmis rääkima oma tulevikuvisioonist.
Nüüd nimega Future Circular Collider (FCC), kuulutati selle ehitamise plaanid välja 2019. aasta jaanuaris. BCC on praegusest kiirendist palju suurem ja võimsam. Kuigi see on vaid plaan, pole seda veel heaks kiidetud. Kui kava rakendatakse, algavad katsed BCC-s 2040ndatel.
CERNi andmetel ulatub ehituse kogumaksumus veidi üle 200 miljardi krooni (üle 1,5 triljoni rubla - umbes tõlge). Organisatsiooni liikmesriigid finantseerivad projekti mitu aastakümmet. Norra on üks CERNi 22 liikmesriigist ja selle panus on 2019. aastal umbes 240 miljonit krooni (üle 1,8 miljardi rubla).
Reklaamvideo:
Miks on aga vaja uut osakestekiirendit, mida teadlased loodavad sellega saavutada?
Pikk-pikk tunnel
LHC asetati samasse tunnelisse kui eelmine osakeste kiirendi, sinna pandi lihtsalt uus täidis. Eelmise seadme tööd lühendati 2000. aastal.
Kuid BCC jaoks ehitatakse täiesti uus 100 kilomeetri pikkune tunnel. Osakeste kiirendi suurenenud pikkuse tõttu põrkuvad osakesed palju suurema jõuga.
"Sada aastat on väikeste mateeria tükkide kokkupõrge suure jõuga olnud võib-olla kõige olulisem eksperimentaalne meetod mateeria struktuuri ja koostise uurimiseks," ütleb Londoni Imperial College osakestefüüsik Anders Kvellestad.
Tegelikult kutsub CERNi plaan üles ehitama samasse tunnelisse mitu seadet, mis asuvad üksteise järel. Esimene mehhanism põrkab elektronid ja positronid ning seda saab kasutada täpsemate mõõtmiste ja uuringute tegemiseks, näiteks Higgsi bosonil, mille kohta pole seni kõik teada.
Samuti on võimalik otseseid vaatlusi tegemata tuvastada täiesti uute tundmatute osakeste kvantjälgi.
Uus füüsika?
Lisaks muudele katsetele, mis hõlmavad pliiaatomite elektronide ja tuumade kokkupõrkeid, on kavas hiljem ehitada väga võimas mehhanism, mille abil prootonid põgenevad tunnelis paiknevate prootonitega.
„Osakestefüüsikas sarnaneb prootoni kokkupõrge prootoniga kelguhaamriga, samas kui elektroni kokkupõrget positroniga saab võrrelda väikese geoloogilise haamriga. Esimene annab rohkem võimu, teine aga täpsem."
Osakesekiire võimsust mõõdetakse teraelektronvoltides (TeV). 27 kilomeetrit pikk LHC saab hakkama 14 TeV-ga, uus gaasipedaal peab vastu kuni 100 TeV võimsust.
Kõrgemad energiad võimaldavad „meelitada välja“massiivsemaid osakesi, mida varem ei pruukinud täheldada, ja on võimalik, et selliste katsete tulemused annavad aimu täiesti uuest füüsikast, selgitas Kvellestad.
Sest universum on endiselt täis asju, millest teadlased aru ei saa. Näiteks puudub vastus küsimusele, mis tume energia ja tumeaine tegelikult on, ehkki need on meie praeguses arusaamas universumist kesksed mõisted.
Ka tänapäevases füüsikas on suur probleem. Elementaarosakesi kirjeldav üldrelatiivsusteooria ja kvantväljavälja teooria ei kattu. Praegu pole raskusjõu enda seletust, mis sobiks mõlemasse mudelisse.
Sõltumata sellest, kuidas te seda vaatate, on universumi mõistmisel midagi puudu. Pakutakse palju selgitusi, kuid teadlased vajavad tõendusmaterjali.
Ja füüsikud lootsid, et LHC praegune osakestekiirendi annab vihje uue füüsika kohta. Seda pole veel juhtunud, kuid LHC töötab veel palju aastaid.
„Me teame nüüd kõik väikestest, kuid huvitavatest erinevustest olemasolevate andmete teooria ja praktika vahel. Seetõttu loodan, et LHC järgmise vooru tulemused näitavad meile, kas need lahknevused on nn uue füüsika tagajärg või on need lihtsalt statistilised erinevused,”ütleb Kvellestad.
Kuid on ka kahtlusi uute osakeste kiirendite ehitamise plaanide osas.
Kas see tõesti midagi teeb?
Saksa füüsik Sabine Hossenfelder on üks MCC ettepaneku kriitikutest. Ta kirjutas raamatu sellest, kuidas füüsika on liiga palju seotud võrrandite "iluga".
The New York Timesi veerus kritiseerib ta projekti eriti selle eest, et CERN pakub seda samade lubadustega, mis anti enne LHC ehitamist: leida tumeaine ja selgitada universumi päritolu.
Probleem on selles, et sellist tulemust ei saa kuidagi tagada, väidab Hossenfelder. Füüsikud olid peaaegu kindlad, et leiavad LHC abiga Higgsi bosoni, kuid nüüd pole neil nii paljutõotavaid eesmärke.
Supersümmeetria on teooria, mis ennustas mitme erineva osakese olemasolu, mis võiksid standardmudeli lünki täita, kuid neid osakesi pole katsetes veel puudutatud.
Hossenfelder väidab, et füüsika peaks praegu uurima muid võimalusi ja parem on oodata suure kiirendi ehitust, keskendudes küsimusele, miks oletatavad osakesed LHC-s ei ilmunud.
Kui olete huvitatud, saate projekti kriitikast lähemalt lugeda tema ajaveebist. Ta ütleb ka, et kui LHC abiga on lähiaastatel tõesti midagi võimalik leida, siis võib pilt muutuda.
Alusuuringud
"Pärast Higssi bosoni avastamist pole meil enam teoreetilisi" garantiisid ", et järgmise põlvkonna katsetes leiame uusi osakesi," ütleb Anders Kvellestad. uurimisseisund - kui keegi ei tea, mis võib järgmise katse käigus selguda."
"Füüsika ajaloos on mitmeid näiteid avastustest, mida keegi ette ei näinud."
Kvellestad usub, et isegi kui füüsikud on eriarvamusel, mida nendelt katsetelt oodata, ei tohiks see olla argument uute suurte katsete läbiviimise vastu.
Tänu uutele osakeste kiirenditele saavad teadlased juba teadaolevaid osakesi paremini uurida ja mõõta, ütles Kvellestad.
Peate üles ehitama suurema mehhanismi, kuid mitte nüüd?
"Pole kahtlust, et osakeste füüsika teadusuuringute edasine tee kulgeb suurema mehhanismi kaudu," ütleb rahvusvahelise keskkonna- ja kliimauuringute keskuse Cicero teaduri Bjørn Samset. Ta on väljaõppe järgi algtasemel osakeste füüsik ja töötas CERNis.
"Ainus küsimus on, kas on aeg seda üles ehitada või on parem keskenduda muudele asjadele praegu."
Samuti usub ta, et füüsikale oleks tõenäoliselt rohkem kasu, kui esmalt hinnataks teisi projekte üksikasjalikumalt, mis võiks aidata paremini mõista, mida täpselt uus seade võib leida.
Samset toob näitena tumeda aine.
"Paljud lootsid, et LHC-l on piisavalt energiat, et luua osakesi, millest tumeaine võib olla valmistatud."
Esitatud on palju teooriaid ja mõned on ümber lükatud, kuid paljusid tuleb siiski kontrollida. Küsimus on selles, kas poleks võib-olla parem keskenduda muudele meetoditele, näiteks spetsiaalsetele anduritele, millega saate tumeainet otse jäädvustada.
Kui BCC ehitatakse, ei juhtu seda niipea, kuid Samset rõhutab, et on väga oluline selliseid projekte eelnevalt arutada.
“Ootamise oht on kogemuste kaotamine. CERNi tehnikud on tõelised mustkunstnikud, nad panevad kiirendi tegema uskumatuid asju. Kui me ei hakka järgmise projekti kavandamist nüüd, võib palju sellest kogemusest kaduda."
Samas usub ta, et kogemusi saab teiste projektide raames edasi anda. Kuid ta on kindel, et hiiglaslikke kiirendeid ikkagi ehitatakse.
"Selline mehhanism tuleks üles ehitada ja see ehitatakse üles, aga võib-olla on see veel liiga vara?"
Lasse Biørnstad
