W EUROPIE POWSTAJE NOWY CERN, KTÓRY PRZYĆMI SWOJEGO POPRZEDNIKA !

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 tego planu urzędnicy CERN przedstawili śródokresowy przegląd studium wykonalności nowego gigantycznego zderzacza, który pozwoliłby osiągnąć szereg przełomowych odkryć naukowych, w tym wykryć nieuchwytną ciemną energię.

Nowy akcelerator, zwany Future Circular Collider (FCC), ma powstać na granicy Francji i Szwajcarii. Jego długość będzie trzykrotnie większa niż LHC – 91 kilometrów w porównaniu do 27. Ponadto, jeśli Wielki Zderzacz Hadronów, działając z pełną mocą, jest w stanie wytworzyć około 13 TeV (co już jest wartością astronomiczną), to jego następca będzie w stanie osiągnąć 100 TeV.

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

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

Oba te zjawiska stanowią jak dotąd nierozwiązane paradoksy w ramach Standardowego Modelu Kosmologicznego. I o ile ciemną materię można, nawet jeśli nie zobaczyć, to przynajmniej „poczuć” poprzez jej wpływ grawitacyjny, to ciemną energię można oceniać tylko po jednym efekcie, prawdopodobnie przez nią inspirowanym – przyspieszonym rozszerzaniu się Wszechświata.

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

Pierwszą fazą FCC jest zderzacz elektronowo-pozytonowy, którego uruchomienie zaplanowano na 2045 rok. Według ekspertów będzie on kosztował 17 miliardów dolarów. Kolejna część zderzacza zostanie uruchomiona „nie wcześniej niż w 2070 roku” i będzie wymagała dodatkowych kosztów finansowych i przemysłowych. Pod tym względem sam pomysł stworzenia FCC jest poddawany gruntownej krytyce. Kosztujący wiele miliardów euro od czasu odkrycia bozonu Higgsa (co miało miejsce w 2012 roku), LHC nie dokonał żadnych znaczących odkryć, które uzasadniałyby ogromne koszty jego działalności.

Teraz fizycy z CERN, według niektórych kolegów, zamierzają nabyć nową, znacznie droższą „zabawkę”, która również może okazać się bezużyteczna. Na przykład dr Sabine Hossenfelder z Centrum Filozofii Matematycznej w Monachium stwierdziła, że nie ma powodu, aby oczekiwać, że FCC pomoże odkryć cokolwiek nowego na temat ciemnej materii lub energii: „Najbardziej prawdopodobną rzeczą, jaką taka maszyna mogłaby zrobić, jest po prostu poprawa pomiarów niektórych stałych w modelu standardowym i aux”.

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

Sir David King, były główny doradca naukowy rządu Wielkiej Brytanii, zgadza się i uważa, że „wydawanie miliardów na tę maszynę byłoby nierozsądne”. Nie zdecydowano jednak jeszcze, jaką decyzję o losie gigantycznego zderzacza podejmą uczestnicy CERN w 2028 roku.

Czy bozon Higgsa to rewolucja w nauce, czy nie?

Z punktu widzenia astronomów i fizyków to, co możemy dotknąć rękami i zobaczyć oczami we wszechświecie, 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. To właśnie o tych 95% współczesna nauka nic nie wie. Nie mamy pojęcia, co może się tam znajdować ani jak może wyglądać. Wystarczy wyobrazić sobie, ile jeszcze cząstek znajduje się we wszechświecie, które nie zostały jeszcze odkryte.

Chociaż musimy złożyć hołd, w 2013 roku odkryto bozon Higgsa, jest to przełom naukowy wykorzystujący akcelerator cząstek, lub, prościej, najdroższą cząstkę. Bez niego masa nie istnieje. Z prędkością światła dwie wiązki cząstek poruszają się w przeciwnym kierunku. Rezultatem jest ogromna ilość energii w minimalnej przestrzeni, przekształcona w materię. Energia zawsze podlega ewolucji i transformacji, a im więcej energii znajduje się w tak małej przestrzeni, tym większa szansa na stworzenie większych cząstek.

Masa jest zawsze przekształcana w energię i zachodzi również proces odwrotny. Elektrony są leptonami, niepodzielnymi cząstkami. Elektron przyspieszony do prędkości światła będzie miał znacznie mniej energii niż proton. Kiedy protony zderzają się, obserwujemy cząstkę powstałą 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 obejmuje całą przestrzeń i dlatego jest odpowiedzialne za grawitację. Na przykład przestrzeń podczas bezwładności.

To pole ma bozon przenoszący, który jest dziś znany jako bozon Higgsa. Jednocześnie nikt nigdy nie widział samego pola, a naukowcy tylko zakładali jego istnienie, ponieważ cząstki zostały odkryte za pomocą znanego zderzacza. Tego samego akceleratora cząstek, który przekształca energię w materię. Zderzacz jest już w stanie poruszać protony niemal z prędkością światła.

Dla tych, którzy nie rozumieją, po raz kolejny pola Higgsa nie można wykryć za pomocą eksperymentów. Zasadniczo jest to model oparty na hipotezie, który dzięki pośrednim dowodom uzupełnił standardowy model fizyki.

Światło naukowe stworzyło mikrokosmos, w którym istnieją różne cząstki o działaniu bozonowym. Bozon istnieje tylko w fermionach, a nie w fotonach. Oznacza to, że fotony nie mają masy. Ale jak materia może mieć cząstki bez masy jest tajemnicą. Oznacza to, że nie jesteśmy bliżej zrozumienia wszechświata.