ELITY BUDUJĄ NOWY ZDERZACZ HADRONÓW – JAKI JEST TAJNY CEL TEGO PROJEKTU ?

Najpotężniejszym obecnie akceleratorem cząstek jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), ale  od kilku lat trwają prace  nad jego następcą, który będzie jeszcze bardziej imponujący. W ramach planu urzędnicy CERN przedstawili śródokresowy przegląd studium wykonalności nowego gigantycznego zderzacza, który umożliwiłby szereg przełomowych odkryć naukowych, w tym wykrycie nieuchwytnej ciemnej energii.

Nowy akcelerator, nazwany Future Circular Collider (FCC), ma powstać na granicy Francji i Szwajcarii. Jego długość będzie trzykrotnie większa od długości LHC – 91 kilometrów wobec 27. Dodatkowo, jeśli Wielki Zderzacz Hadronów, pracując na pełnej mocy, będzie w stanie wytworzyć około 13 TeV (co jest już wartością astronomiczną), to jego następca będzie w stanie osiągnąć 100 TeV.

Nic więc dziwnego, że samo napisanie studium wykonalności takiego projektu zajmuje lata. Proces rozpoczął się w 2021 r., a jego zakończenie spodziewane jest w 2025 r. W swoim przeglądzie śródokresowym naukowcy starali się uwzględnić jak najwięcej szczegółów, takich jak lokalizacja przyszłego pierścienia akceleratora, koncepcje detektorów, a nawet aspekty finansowe.

„Naszym celem jest badanie właściwości materii w najmniejszej skali i przy jak największej energii” – powiedziała dyrektor generalna CERN Fabiola Gianotti podczas prezentacji przeglądu śródokresowego, wyjaśniając, że mówimy także o tak egzotycznych zjawiskach, jak ciemna materia i energia .

Obydwa te zjawiska reprezentują nierozwiązane jeszcze paradoksy w ramach Standardowego Modelu Kosmologicznego. A jeśli ciemną materię można, nawet jeśli nie widać, chociaż „wyczuć” poprzez jej wpływ grawitacyjny, to ciemną energię można ocenić tylko na podstawie jednego efektu, prawdopodobnie przez nią inspirowanego – przyspieszonej ekspansji Wszechświata.

W 2028 r. uczestnicy CERN będą dyskutować o przyszłości nowego projektu zderzacza. Ale nawet jeśli wszystko pójdzie dobrze i zostaną przeznaczone niezbędne środki, jego budowa rozpocznie się nie wcześniej niż w połowie lat 30. XX wieku, a zderzacz będzie uruchamiany etapami.

Pierwszą fazą FCC jest zderzacz elektronów i pozytonów, którego uruchomienie zaplanowano na 2045 rok. Według ekspertów będzie to kosztować 17 miliardów dolarów. Kolejna część zderzacza zostanie oddana do użytku „nie wcześniej niż w 2070 r.” i będzie wymagała dodatkowych kosztów finansowych i przemysłowych.

Pod tym względem sam pomysł utworzenia FCC podlega ostrej krytyce. Kosztujący wiele miliardów euro od odkrycia bozonu Higgsa (co miało miejsce jeszcze w 2012 roku) LHC nie dokonał żadnych znaczących odkryć, które uzasadniałyby ogromne koszty jego działań. Teraz fizycy z CERN-u, zdaniem części kolegów, zamierzają nabyć nową, znacznie droższą „zabawkę”, która również może okazać się bezużyteczna.

Na przykład dr Sabine Hossenfelder z Monachium Centrum Filozofii Matematycznej stwierdziła, że ​​nie ma powodu oczekiwać, że FCC pomoże odkryć coś nowego na temat ciemnej materii lub energii: „Najbardziej prawdopodobną rzeczą, jaką taka maszyna mogłaby zrobić, byłoby po prostu ulepszyć pomiary niektórych stałych w modelu standardowym i aux.

„Obawiam się, że finansowanie takiego eksperymentu będzie oznaczać, że wielu mądrych ludzi będzie marnować czas na badania, które nie doprowadzą do żadnego postępu. LHC miało solidne uzasadnienie. FCC nie ma takiego. Fizycy cząstek muszą przyznać, że ich czas minął. To jest era fizyki kwantowej” – podkreślił Hosselfelder.

Sir David King, były główny doradca naukowy rządu Wielkiej Brytanii, zgadza się z tym i uważa, że ​​„wydanie miliardów na tę maszynę byłoby lekkomyślnością”. Jednak jaką decyzję o losach gigantycznego zderzacza podejmą uczestnicy CERN w 2028 roku, jeszcze nie przesądzono.

Czy bozon Higgsa jest rewolucją w nauce, czy nie?

To, czego możemy dotknąć rękami i zobaczyć oczami we wszechświecie, z punktu widzenia astronomów i fizyków, to materia zbudowana z fermionów i leptonów. W nauce brzmi to jak materia barionowa, która stanowi mniej niż pięć procent wszechświata.

Oznacza to, że pozostałe dziewięćdziesiąt pięć procent to wyłącznie ciemna materia i ciemna energia. Właśnie o tych 95% współczesna nauka nic nie wie. Nie mamy pojęcia, co tam może być i jak może wyglądać. Wyobraź sobie, ile jeszcze cząstek jest we wszechświecie, a które nawet nie zostały odkryte.

Choć trzeba oddać hołd, w 2013 roku doszło do odkrycia bozonu Higgsa, jest to przełom naukowy z wykorzystaniem akceleratora cząstek, czyli najprościej najdroższej cząstki. Bez tego masa nie istnieje.

Z prędkością światła dwie wiązki cząstek poruszają się w przeciwnym kierunku. Rezultatem jest ogromna ilość energii na minimalnej przestrzeni, zamieniona w materię. Energia zawsze podlega ewolucji i transformacji, a im więcej energii znajduje się na tak małej przestrzeni, tym większa szansa na powstanie większych cząstek.

Masa zawsze zamienia się w energię i zachodzi również proces odwrotny. Elektrony to leptony, niepodzielne cząstki. Elektron rozpędzony do prędkości światła będzie miał znacznie mniej energii niż proton. Kiedy protony się zderzą, zaobserwujemy cząstkę utworzoną z energii zderzenia.

Podczas rozpadu cząstek elementarnych (bozonów) pojawiły się ślady nowych cząstek, co dało początek nowemu odkryciu. Cząstki elementarne są podstawą wszechświata, właściwości materii i sił.

Ale istnieje również pole Higgsa, które pokrywa całą przestrzeń i dlatego jest odpowiedzialne za grawitację. Na przykład przestrzeń podczas bezwładności. W polu tym znajduje się bozon transferowy, znany dziś jako bozon Higgsa.

Jednocześnie nikt nigdy nie widział samego pola, a naukowcy jedynie przypuszczali, że istnieje, skoro cząstki odkryto za pomocą dobrze znanego zderzacza. Ten sam akcelerator cząstek, który zamienia energię w materię. Zderzacz jest już w stanie przemieszczać protony niemal z prędkością światła.

Dla tych, którzy nie rozumieją, po raz kolejny pola Higgsa nie można wykryć eksperymentalnie. W istocie jest to model oparty na hipotezie, który na podstawie dowodów pośrednich uzupełnia standardowy model fizyczny.

Światło naukowe stworzyło mikrokosmos, w którym istnieją różne cząstki działania bozonów. Bozon istnieje tylko w fermionach, a nie w fotonach. Oznacza to, że fotony nie mają masy. Ale to, w jaki sposób materia może zawierać cząstki bez masy, pozostaje tajemnicą . Oznacza to, że wcale nie jesteśmy bliżej zrozumienia wszechświata.