Česlovas Šimkevičius. Kada Didžiajame hadronų kolaideryje prasidės antrasis veiksmas? (19)
Rugsėjo 19 d. sukako metai, kai vos tik pradėjęs veikti dėl avarijos buvo sustabdytas Didysis hadronų kolaideris – LHC (Large Hadron Collider) Europos branduolinių tyrimų centre (CERN – Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire), netoli Ženevos.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Priminsime, kad LHC pradėjo veikti praėjusių metų rugsėjo 10 d., tačiau veikė neilgai. Kolaiderio veiklos pradžia sukėlė didelį visuomenės susidomėjimą. Visi įsiminė žodį „kolaideris“ ir plačiai diskutavo apie eksperimentų reikalingumą ir apie įrenginio galimai keliamą pavojų. Apie tai mes esame parašę jau ne vieną straipsnį (LHC nesukels pasaulio pabaigos, teigia CERN mokslininkai, Fizikos ateitis, LHC startavo (Video), Kaip veikia LHC? (Video) ir daug kitų).
Iš pradžių buvo manoma, kad visi remonto darbai bus baigti iki 2009-ųjų pavasario. Tačiau realybė buvo daug liūdnesnė: eksperimentų atnaujinimo data buvo kaskart nukeliama vis tolyn ir tolyn. Tik dabar Europos branduolinių tyrimų centras CERN‘as (CERN – Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) paskelbė, kad eksperimentai prasidės iš naujo lapkričio viduryje.
Avarija įvyko sujungime tarp 3 ir 4 superlaidžių magnetų sekcijų. Per avariją ištekėjo didelis kiekis skysto helio ir buvo sugadinti 53 superlaidūs magnetai. Iš viso LHC turi apie 1600 superlaidžių magnetų, kurių didžiausias sveria beveik 27 tonas. Reikia 96 tonų skysto helio įrenginio darbui palaikyti. Šiuo požiūriu LHC yra taip pat ir didžiausias pasaulyje skystą helį naudojantis įrenginys.
Tikslią avarijos priežastį pavyko nustatyta tik po detalios tų magnetų sekcijų apžiūros. Tai buvo galima padaryti tik praėjus dviem mėnesiams po avarijos, nes magnetai buvo atšaldyti iki 1,9 laipsnių virš absoliutaus nulio ir reikėjo laukti, kol jie atšils iki kambario temperatūros. Galima pabrėžti, kad LHC superlaidūs magnetai yra pati šalčiausia vieta visatoje, nes, kaip žinoma, tarpgalaktinės erdvės vidutinė temperatūra siekia 2,7 laipsnius virš absoliutaus nulio.
Paaiškėjo, kad pagrindinė avarijos priežastis buvo sujungimų defektai labai stiprios srovės superlaidaus kabelio vamzdyje. Įrenginyje naudojami superlaidūs magnetai, siekiant sukurti pakankamai stiprų pastovų magnetinį lauką visame 27 kilometrų ilgio vamzdyje, kuriuo beveik šviesos greičiu lekia protonų srautas. Iš viso įrenginyje yra apie 10 000 tokių sujungimų, todėl reikėjo iš pradžių sukurti neardančią metodiką jiems patikrinti, o paskui juos visus ir patikrinti. Paaiškėjo, kad sujungimai tarp 4 ir 5 sekcijų taip pat kelia įtarimų, todėl teko ir juos atšildyti. Tiesa, vėliau buvo priimtas sprendimas juos atšildyti tik iki skysto azoto (80 K) temperatūros ir joje patikrinti sujungimus.
Naujausias greitintuvo eksperimentų grafikas numato, kad lapkričio viduryje turėtų būti atlikti pirmieji suremontuoto greitintuvo bandymai, bet maksimali kiekvieno protonų srauto energija nesieks ir 3,5 teraelektronvoltų (TeV), o 4–5 TeV energija bus pasiekta tik apie 2010 m. vidurį. Vėliau 2010 m. spalio mėnesį numatoma įrenginį vėl sustabdyti, išsamiai patikrinti ir tik po to 2011 m. viduryje bandyti toliau didinti protonų srauto energiją iki projektinio 7 TeV galingumo, kuris reikalingas, kad būtų galima tikėtis aptikti paslaptingąją dalelę – Higso bozoną, nes susiduriančių priešpriešinių dalelių srauto energija pasieks reikalingą 14 TeV.
Paprastai žiemą CERN‘o įrenginiai neveikia, nes Šveicarijoje tuo metu elektros energija yra brangesnė nei vasarą, bet šiais metais numatoma padaryti išimtį ir įjungti kolaiderį. Darbas žiemą kainuos papildomai maždaug 15 mln. Šveicarijos frankų (34 mln. litų). CERN‘as paskelbė, kad projekto biudžetas dėl to nebus didinamas ir pavyks išsiversti naudojant tik anksčiau planuotas išlaidas. Beje, kolaiderio remontui, kuris kainavo apie 40 mln. Šveicarijos frankų (91 mln. litų), taip pat nebuvo naudojamos papildomos lėšos, o viskas padengiama iš centro biudžeto, kurį sudaro 20-ties valstybių narių įnašai.
Per metus, kol buvo remontuojamas kolaideris, nutiko nemažai svarbių su juo susijusių įvykių. Štai šių metų pavasarį pasirodė JAV režisieriaus R. Hovardo (Ron Howard ) filmas „Angelai ir demonai“, kuriame yra kelios scenos, nufilmuotos pačiame kolaideryje. Kalbama, kad aktorius T. Henksas (Tom Hanks) parodė labai didelį susidomėjimą numatomais eksperimentais, kai lankėsi CERN‘e. O štai visai nesenai sužinojome, kad Prancūzijos policija areštavo vieną CERN'o darbuotoją ir pareiškė jam įtarimus dėl bendradarbiavimo su teroristine organizacija „Al-Qaeda“.
Nesnaudė ir skeptikai, prieštaraujantys visokiems eksperimentams kolaideryje. Anksčiau gąsdinę publiką juodosios skylės susidarymo galimybe, dabar jie pradėjo ieškoti kitų pavojų, kuriuos gali sukelti veikiantis LHC. Pasak jų, kolaideris gali sukurti „strandželetų“ (angl. strangelet) – keistosios materijos dalelių. Jos turėtų susidėti iš keistųjų kvarkų ir yra vienos iš galimų kandidačių, galinčių paaiškinti tamsiosios materijos prigimtį. Kaip žinoma, paskutiniai astrofizikų duomenys rodo, kad tamsiosios materijos masė mūsų stebimoje visatoje maždaug šešis kartus viršija įprastinės materijos masę. Šios tamsiosios materijos pamatyti neįmanoma – ji buvo aptikta tik dėl savo gravitacinio poveikio.
Naujausios hipotezės teigia, kad „strandželetai“ gali kondensuotis į nedidelius lašelius, bet jų masė yra didžiulė, nes 1 kubinis centimetras tokios medžiagos turėtų sverti apie 10 milijonų tonų! Pasirodė net hipotezių, kad Žemė gali susidurti su tokiu keistosios materijos lašeliu. Tokiu atveju pasekmės gali būti katastrofiškos. D. Andersonas su kolegomis net paskelbė, kad toks susidūrimas galėjo įvykti 1993 m. lapkričio 24 d. Tada kelios seismografinės stotys užfiksavo keistus signalus, kuriuos galima interpretuoti kaip kelių dešimčių tonų masės dalelės pralėkimą kiaurai per mūsų planetą.
LHC priešininkai teigia, kad greitintuve sukurti „strandželetai“ galėtų visą įprastinę materiją paversti į keistąją, panašiai kaip „ledas-9“ visą vandenį paverčia ledu K. Voneguto (Kurt Vonnegut) romane „Katės lopšys“ (Cat‘s cradle). Tuo metu, kai buvo rašomas šis romanas (1963 m.), buvo žinomos aštuonios ledo modifikacijos. Rašytojas sugalvojo devintąją ledo modifikaciją, kuri pasižymi tuo, kad tirpsta tik esant 45,8 laipsnių Celsijaus temperatūrai. Šaltesnis vanduo, susilietęs su tokiu ledu, bematant sukietėtų. Dabar žinoma daugiau kaip 40 ledo modifikacijų, bet nė viena iš jų nepasižymi romane aprašytomis savybėmis.
Tamsiosios materijos paieška dabar vyksta labai intensyviai, ir galbūt greitai paaiškės, kad „strandželetai“ neturi su ja nieko bendra. Tačiau jų sąveika su įprastine materija yra sunkiai prognozuojama, todėl kolaiderio priešininkų abejonės šiuo klausimu vis dėlto negali būti paprastai išsklaidytos.
Kita dalis LHC priešininkų teigia, kad kolaideris nebus išbandytas visu galingumu niekada. Tam priešinasi pati gamta, nes negalima suformuoti didelio Higso dalelių srauto, tai prieštarauja gamtos dėsniams. Tokią hipotezę dar 2007-aisiais paskelbė japonas M. Ninomija iš Jukavos instituto Kiote ir H. Nilsenas iš Nilso Boro instituto Kopenhagoje.
Vėliau jie savo hipotezę dar patobulino, ir taip gimė „Gamtos dėsnių modelis su stebuklais“. Jo esmė tokia: gamtoje yra kažkoks „ombudsmenas“, kuris stebi, kad neįvyktų stebuklų, prieštaraujančių gamtos dėsniams. Tokiu atveju jis įsikiša ir trukdo atlikti tokius eksperimentus. Matyt, didelis Higso bozonų srautas labai nepatinka šiam „ombudsmenui“, ir jis visomis priemonėmis trukdo atlikti tokį eksperimentą.
Kas skaitė brolių A. ir B. Strugackių romaną „Prieš milijardą metų iki pasaulio pabaigos“, gerai prisimena panašią ten aprašytą situaciją. Romane vienas teoretikas bandė sukurti naują teoriją, bet jam kažkas nuolat trukdė tai daryti. Veikiausiai jis suprato, kad pati gamta priešinasi šios teorijos sukūrimui. Tokia teorija galėtų parodyti, kaip būtų galima įveikti antrąjį termodinamikos dėsnį. O koks tada tai dėsnis, jei jį galima apeiti?
Taigi, tenka šiek tiek palaukti. Jei iki Kalėdų Didysis hadronų kolaideris pradės veikti ir nesuges, o jo galingumas bus visą laiką didinamas, tai reikš, kad M. Ninomijos ir H. Nilseno teorija klaidinga. Bet jei vėl prasidės kolaiderio darbo nesklandumai, tai teks gerokai susimąstyti. O gal iš tikrųjų egzistuoja tas „ombudsmenas“. Kas tai galėtų būti, mokslininkai kol kas nebando aiškinti. Gal tai netgi pats Dievas, bet pagal šią teoriją jis turėtų valdyti mus iš ateities.
