Najveći akcelerator čestica na svijetu privremeno se gasi. Evo zašto

Large Hadron Collider ili LHC, privremeno je zaustavljen. Riječ je o najvećem i najsnažnijem akceleratoru čestica na svijetu, smještenom u CERN-u, blizu Ženeve, na granici Francuske i Švicarske. Nakon završetka posljednjeg razdoblja sudaranja čestica, LHC ulazi u veliku fazu nadogradnje koja će trajati nekoliko godina. Ova pauza nije znak problema, nego planirani dio razvoja jednog od najvažnijih znanstvenih instrumenata na svijetu. CERN ovu fazu naziva Long Shutdown 3, odnosno LS3, a cilj je pripremiti LHC za novu eru rada pod nazivom High-Luminosity LHC ili HiLumi LHC. Drugim riječima, LHC se ne gasi zauvijek. Naprotiv, ide na veliku modernizaciju kako bi se nakon povratka mogao koristiti za još preciznija istraživanja temeljnih čestica i zakona svemira. Što je zapravo LHC? LHC je golemi podzemni akcelerator čestica dug oko 27 kilometara. U njemu se snopovi čestica, najčešće protona, ubrzavaju gotovo do brzine svjetlosti, a zatim se sudaraju. Znanstvenici analiziraju rezultate tih sudara kako bi bolje razumjeli od čega je svemir sastavljen i kako funkcioniraju osnovne sile prirode. Najpoznatije otkriće povezano s LHC-om je Higgsov bozon, čestica čije je postojanje potvrđeno 2012. godine. To je bilo jedno od najvažnijih znanstvenih otkrića modernog doba i veliki trenutak za fiziku čestica. No LHC nije važan samo zbog Higgsova bozona. Tijekom godina omogućio je otkriće velikog broja novih hadrona i otvorio vrata brojnim istraživanjima u fizici čestica, kozmologiji i astrofizici. Zahvaljujući podacima iz LHC-a, znanstvenici mogu testirati teorije o temeljnoj strukturi materije, tamnoj tvari, antimateriji i ranim trenucima svemira. Zašto se LHC sada zaustavlja? LHC ulazi u fazu dugog zaustavljanja jer ga CERN želi pretvoriti u znatno snažniji i precizniji instrument. Tijekom Long Shutdown 3 provodit će se održavanje, zamjena dijelova, nadogradnja infrastrukture i modernizacija eksperimenata. Najvažniji cilj je priprema za High-Luminosity LHC. Pojam “luminoznost” u ovom kontekstu označava broj sudara čestica koji se događaju u određenom vremenu. Što je luminoznost veća, to eksperimenti prikupljaju više podataka. Novi HiLumi LHC trebao bi povećati ukupnu luminoznost za faktor deset u odnosu na izvorni dizajn LHC-a. To znači da će znanstvenici moći prikupljati puno veće skupove podataka i proučavati rijetke procese koje je dosad bilo vrlo teško uočiti. Sljedeća verzija bit će znatno sposobnija Kada se LHC vrati u novoj konfiguraciji, trebao bi omogućiti mnogo preciznija mjerenja poznatih čestica i potencijalno otkriti nove pojave koje današnji eksperimenti ne mogu dovoljno jasno vidjeti. Poseban naglasak bit će na detaljnijem proučavanju Higgsova bozona, ali i na potrazi za znakovima fizike izvan Standardnog modela. Standardni model zasad vrlo uspješno opisuje temeljne čestice i sile, ali ne objašnjava sve. Primjerice, još uvijek ne znamo što je tamna tvar, zašto u svemiru ima puno više materije nego antimaterije i kako u potpunosti uklopiti gravitaciju u isti okvir s ostalim temeljnim silama. Veća količina podataka mogla bi pomoći znanstvenicima da uoče sitna odstupanja od očekivanih rezultata. Upravo takva odstupanja često su prvi trag prema novoj fizici. Što će se nadograđivati? Nadogradnja LHC-a jedan je od najvećih tehničkih zahvata otkako je akcelerator izgrađen. CERN navodi da će u samom LHC-u biti uklonjeno i zamijenjeno više od 1,2 kilometra magneta i drugih komponenti. Radovi će obuhvatiti LHC, injektore, eksperimente i brojne prateće sustave. Nadograđivat će se dijelovi akceleratorskog kompleksa, sigurnosni sustavi, električna mreža, tehničke galerije i eksperimentalni prostori. Veliki eksperimenti poput ATLAS-a i CMS-a također će dobiti značajne nadogradnje kako bi mogli obraditi puno veći broj sudara. To nije jednostavan posao. Riječ je o golemoj logističkoj i inženjerskoj operaciji u kojoj će sudjelovati tisuće stručnjaka iz CERN-a i partnerskih institucija diljem svijeta. ATLAS i CMS moraju izdržati puno veći broj sudara Eksperimenti u LHC-u morat će se prilagoditi novim uvjetima rada. U novoj fazi rada očekuje se znatno veći broj proton-proton sudara u svakom prolasku snopova čestica. To znači više podataka, ali i puno veći izazov u njihovoj obradi. Detektori će morati brže prepoznavati koji su sudari znanstveno najzanimljiviji. To je ogroman tehnički problem jer se u LHC-u događaju milijarde interakcija u sekundi, a samo vrlo mali dio njih može sadržavati tragove nečega novog i važnog. Zato će se mijenjati i nadograđivati sustavi za odabir događaja, poznati kao trigger sustavi, kao i dijelovi detektora koji bilježe putanje čestica, energiju i vrijeme prolaska kroz instrumente. CERN ne prestaje s radom Iako LHC tijekom ove faze neće imati snopove čestica, znanstveni rad u CERN-u neće stati. Tisuće istraživača nastavit će analizirati ogromne količine podataka prikupljene tijekom dosadašnjeg rada akceleratora. To je važan dio priče. Sudari su možda privremeno zaustavljeni, ali analiza podataka traje godinama. Moguće je da se nova otkrića pojave i tijekom razdoblja u kojem LHC fizički ne radi, jer se u već prikupljenim podacima još uvijek mogu skrivati važni tragovi. Istovremeno, znanstvenici i inženjeri pripremat će eksperimente za sljedeću generaciju rada. Kada HiLumi LHC krene, količina podataka bit će još veća, pa se sustavi moraju unaprijed pripremiti za taj izazov. CERN Kada se LHC vraća? CERN planira da se dijelovi akceleratorskog kompleksa postupno počnu vraćati u rad od sredine 2028. godine, dok je puni početak rada High-Luminosity LHC-a planiran za 2030. godinu. To znači da će LHC nekoliko godina biti izvan standardnog režima sudaranja čestica, ali s jasnim ciljem. Nakon povratka trebao bi biti znatno moćniji, precizniji i korisniji za istraživanja. Moderna alkemija i čudesa akceleratora Akceleratori čestica često se povezuju s vrlo apstraktnom fizikom, ali njihova istraživanja ponekad zvuče gotovo kao znanstvena fantastika. Znanstvenici su, primjerice, u posebnim uvjetima sudara teških iona u LHC-u proučavali procese koji mogu dovesti do pretvorbi elemenata, uključujući eksperimente u kojima se spominje pretvaranje olova u zlato uklanjanjem protona. Naravno, to nije alkemija u klasičnom smislu i ne radi se o praktičnoj metodi proizvodnje zlata. Riječ je o ekstremno rijetkim nuklearnim procesima koji se događaju u vrlo specifičnim uvjetima. Ipak, takvi primjeri dobro pokazuju koliko duboko akceleratori čestica mogu zadirati u samu strukturu materije. LHC nije jedini akcelerator na svijetu Iako je LHC najpoznatiji i najsnažniji akcelerator čestica, nije jedini. U svijetu postoji više desetaka tisuća akceleratora različitih veličina i namjena. Većina ih se ne koristi za potragu za novom fizikom, nego u medicini, industriji, proizvodnji materijala, sigurnosnim sustavima i istraživanjima nuklearne fizike. Dok LHC prolazi kroz nadogradnju, drugi akceleratori diljem svijeta nastavit će raditi i provoditi istraživanja. Neki se koriste i za vrlo praktične ciljeve, primjerice u medicinskoj terapiji ili istraživanju načina za smanjenje dugoročnog problema nuklearnog otpada. Zašto je ova pauza važna? Privremeno gašenje LHC-a moglo bi zvučati kao kraj jedne ere, ali u stvarnosti je riječ o pripremi za novu. LHC je već promijenio naše razumijevanje svemira, a njegova nadograđena verzija mogla bi otvoriti još važnija pitanja. High-Luminosity LHC neće nužno “razbiti” postojeću fiziku preko noći, ali će znanstvenicima dati puno precizniji alat. A u fizici čestica upravo preciznost često vodi do najvećih otkrića. Ako se u ogromnoj količini novih podataka pojavi nešto što ne odgovara postojećim teorijama, to bi mogao biti početak potpuno novog poglavlja moderne fizike. Zato se LHC sada zaustavlja, ne zato da bi prestao raditi, nego zato da bi se vratio snažniji nego ikad.   Dražen MatkovićThe post Najveći akcelerator čestica na svijetu privremeno se gasi. Evo zašto first appeared on PC CHIP.