FIZIKA

Pripremio: M. Rajković

Rekonstrukcija najvećeg eksperimentalnog postrojenja u fizici i priprema za nova otkrica

LHC za više energije

Veliki hadronski sudarač (LHC) u Centru za evropska nuklearna istraživanja (CERN) u Ženevi (Švajcarska), tehnološki najsloženije eksperimentalno postrojenje koje je čovek dosad napravio, u naredne dve godine biće detaljno rekonstruisan a njegove „zvezdane performanse“ (stellar performance ) oplemenjene novim rešenjima. Za to vreme, istraživači će na miru moći da analiziraju rekordnu količinu sakupljenih podataka. U središtu njihove pažnje je novootkrivena čestica, koja se još opire konačnoj identifikaciji. Oni su sve više uvereni da je reč o Higs bozonu („Božjoj čestici“), koji bi trebalo da potvrdi vladajuću teoriju o fundamentalnoj strukturi materije.

Miloš Djordjević

Rolf Hojer (Rolf-Dieter Heuer), generalni direktor CERN-a, rekao je u novogodišnjoj poruci personalu ove u svetu najveće naučne laboratorije, da ćemo 2012. godinu „pamtiti po prvom otkriću na LHC“, koje može biti „prekretnički trenutak u istoriji nauke“. Naime, četvrtog jula prošle godine na seminaru u CERN-u saopšteno je da je otkrivena nova čestica i da je reč o bozonu. „Naučnici u tom trenutku nisu mogli da budu dovoljno precizni i da potvrde: 'Da, to je Higsov bozon!', jedina čestica Standardnog modela koja eksperimentalno nije potvrđena. Trebalo je ispitati sve druge njene karakteristike (sve kanale raspada, spin, parnost, sprezanje odnosno interakciju sa ostalim ćesticama,... )“, kaže prof. Petar Adžić sa Fizičkog fakulterta u Univerziteta u Beogradu, vođa srpskog tima na eksperimentu CMS.

Naučnici su, u međuvremenu, analizirali dva i po puta veću količinu podataka od one koja im je bila dostupna u trenutku objave otkrića. Poslednji preliminarni rezultati koje su članovi dve najveće kolaboracije, ATLAS i CMS saopštili na konferenciji u Morionu (Italija), ukazuju da nova čestica sve više „liči“ na Higsov bozon, koji ostalim česticama daje masu. Bozoni su klasa čestica koje imaju celobrojni spin ili 0, a parnost može da im bude pozitivna ili negativna. Bozon koji ima spin nula i pozitivnu parnost naziva se skalarnim bozonom, a bozon koji ima spin nula i negativnu parnost, naziva se pseudoskalarnim bozonom. „Poslednje analize pružaju jake argumente da sa 95 odsto poverenja možemo da kažemo da je spin otkrivne čestice 0, a parnost pozitivna. Prema Standardnom modelu (SM), ta svojstva karakterišu Higsov bozon. K ombinovani rezultati analize u interakcijama nove čestice s drugim česticama takođe sugerišu da je reč o Higsovom bozonu prema predvidjanjima SM”, kaže prof. Adžić.

Dok traje rekonstrukcija LHC, fizičari će imati dovoljno vremena da potpuno ispitaju nepreglednu šumu eksperimentalnih podataka. Kada je o novo otkrivenoj čestici reč, u cilju daljeg izučavanja njenih karakteristika, obe kolaboracije će morati, na primer, da ispitaju njena kvantna svojstva, n ačin na koji ona interaguje s drugim česticama, da izuče predviđene, ali možda i nepredviđene i neočekivane kanale njenog raspada. Sve te rezultate će onda da uporede sa teorijskim predviđanjima SM. Detekcija ovog bozona je veoma redak događaj, rečeno je na konferenciji u Morionu. Potrebno je oko hiljadu milijardi (1012) proton-proton sudara da bi se registrovao jedan ovakav događaj i mnogo više podataka sa Velikog hadronskog kolajdera da bi se ispitali svi kanali raspada ove čestice.

profesor Petar Adžić.

Doajen među našim istraživačima u CERN-u veli da, iako je to malo verovatno sada, još postoje pretpostavke i da je reč o nekom drugom bozonu sa istim karakteristikama ili o jednom od Higsovih bozona kako predviđaju neke nove teorije. Ipak, zasada „nema indikacija“ da je to slučaj: „ Najverovatnije ćemo se zadržati na nivou karakteristika koje su u skladu sa Standardnim modelom, kaže dr Petar Adžić. „Primenjivaće se i drugi modeli, kao što su oni koji pretenduju da budu proširenje SM ili da predstavljaju možda sveukupnu teoriju u fizici visokih energija, pri čemu bi SM bila jedna njena dobra aproksimacija na nižim energijama. To je jedan od teorijskih aspekata koji svakako ne bi trebalo da bude odbačen, ali sada moramo da radimo u skladu sa eksperimentalnim činjenicama i da se nadamo da će veći broj podataka u drugom delu eksploatacije LHC baciti više svetla i na deo fizike koji pretenduje da nasledi SM“.

Otkriće ili potvrđivanje da (ne) postoiji Higs bozon bio je jedan od primarnih zadataka gradnje LHC- a i dva njegova glavna eksperimenta CMS i ATLAS, ali ne i jedini. Među drugim ciljevima gradnjeVelikog hadrosnkog sudarača, koji takođe predstavljuju visoke istraživačke zahteve u fizici čestica, najpoznatiji su: nagoveštaji čestica koje bi mogle da predstavljaju „tamnu materiju“, otkriće efikasnijeg metoda za utvrđivanje asimetrije između materije i antimaterije, kao i utvrđivanje kvantitativne veličine ili razloga za postojanje te asimetrije u prirodi...

Dosad smo najviše govorili o kolajderu LHC koji čine dva prstena za sudare snopova protona koji se kreću u suprotnom smeru, ali u tim prstenovima mogu da se ubrzavaju i čitavi joni, odnosno jezgra teških atoma napominje naš sagovornik. Izvanredan rad Velikog hadronskog sudarača i performanse svih detektora (CMS je, na primer, od raspoloživog broja podataka pri sudarima protona detektovao čak 95%, zvaničnici tvrde da može i više, 96, 97%), omogućili su da se do nekih podataka i otkrića dođe i pre nego što je to realno bilo moguće. Posle rekonstrukcije, na višim energijama i sa boljom vrednošću luminoznosti možemo da očekujemo neuporedivo više kvalitetnih podataka i možda nova otkrića. Mašina je radila na 3,5 TeV po snopu ili 7 TeV ukupno, a 2012. godine na 4 TeV po snopu, odnosno 8 TeV ukupno. U drugoj etapi, od 2015, ona će raditi na dvostruko višim energijama.

- S obzirom na to da je LHC sposoban da ubrzava i čitava jezgra, a ne samo protone, objašnjava prof. Adžić, u tim interakcijama su potvrđeni neki fenomeni za koje se sumnjalo da postoje, a nagovešteno j e i postojanje novih. U našim eksperimentima dobijeni su i neki rezultati za koje trenutno nemamo objašnjenja i tek treba da ih objasnimo. A to je uobičajeno za svaku vrstu istraživanja, posebno u fizici visokih energija, jer se na tako visokim energijama do sada nikad nije radilo i nismo mogli da znamo da li isti zakoni fizike važe i na tim energijama ili ne.

Jedno od najznačajnijih otkrića u sudarima teških jona jeste definitivna potvrda kvarkgluonske plazme , naročite materije za koju se verovalo da je bila stvorena u ranom stadijumu univerzuma. To je osobito stanje materije, u kome kvarkovi i gluoni zbog ogromne temperature i visoke energije mogu biti slobodni (gluoni su vektorski bozoni koji poseduju spin 1 i negativnu parnost, kao i foton, a među kvarkovima prenose jaku ili nuklearnu silu). U toj izuzetno vreloj kaši vladaju drugačiji zakoni materije nego što je materija koju mi vidimo danas i koja se ohladila posle 13,7 milijardi godina. Dosadašnji eksperimenti su potvrdili da je moguće stvoriti takvu vrstu materije, a jedan od primarnih zadataka fizičara u drugoj etapi rada LHC biće da utvrde da li bi takva materije mogla da bude stvorena ne samo u sudarima teških jona, nego i u sudarima protona, iako u j e tim interakcijama ukupna količina mase mnogo manja. Problematika u fizici teških jona se razlikuje od fizike čestica, ali su detektori na Velikom hadronskom sudaraču opremljeni i za ovu vrstu istraživanja. Dvojica Adžićevih saradnika koje se bave tom vrstom fizike su dr Jovan Milošević i doktoran t Damir Devetak .

Veliko iznenađenje za istraživače predstavljale su distribucije koje nisu bile očekivane u sudarima protona, jer su karakteristične samo za sudare teških jona. „Sada se vidi da bismo na vrlo visokim energijama i u sudarima protona mogli da tražimo slične efekte kao i u sudarima teških jona, iako se te dve vrste interakcija razlikuju po prirodi“, navodi prof. Adžić.

U drugoj etapi svoje eksploatacije LHC će raditi tri ili četiri godine. Istraživači će imati na raspolaganju snopove protona sa energijama između 6 i 7 TeV (ukupno oko 13 TeV), bolju luminoznost, promenjene delove detektora koji su ili već zastareli zbog razvoja novih tehnologija ili su oštećeni usled velike radijacije, pa su morali biti zamenjeni. Tada će, verovatno u većim količinama, proizvesti česticu za koju sumnjaju da je Higsov bozon, a možda otkriju i druge, nepoznate čestice i fenomene.

M. Rajković

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja