Lietuvis fizikas, Vilniaus universiteto profesorius, Lietuvos mokslų akademijos narys korespondentas, vienas iš puslaidininkių fizikos Lietuvos plėtotojų Juozas Vidmantis Vaitkus jau ne pirmą dešimtmetį dirba paslaptingajame CERN. Šiame straipsnyje profesorius Juozas Vidmantis Vaitkus atsako į klausimus apie CERN.
Lietuvis fizikas, Vilniaus universiteto profesorius, Lietuvos mokslų akademijos narys korespondentas, vienas iš puslaidininkių fizikos Lietuvos plėtotojų Juozas Vidmantis Vaitkus jau ne pirmą dešimtmetį dirba paslaptingajame CERN (tai prancūziško pavadinimo Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire santrumpa, reiškianti Europos Branduolinių tyrimų tarybą).
Ši organizacija garsėja bene ambicingiausiais užmojais pasaulyje, apie kuriuos dažnai pateikiama kontroversiška informacija ir radikalios nuomonės. Vieni sako, jog CERN – pažangos šviesulys, kiti – kad tai Žemę galintis pražudyti „velnio išmislas“. Nuo 1952 metų veikiančiame centre padaryta daugybė išradimų (atrastos įvairios subatominės dalelės, internetas ir kt.). Jame dirba maždaug 80-ies tautybių 8000 mokslininkų ir inžinierių iš 580 mokslo institucijų. Organizacijoje – dvidešimties Europos valstybių atstovai.
Neseniai paviešintas vienas CERN eksperimentas vėl sulaukė gausių diskusijų bangos. Šio centro veiklos priešininkas vokiečių biochemikas, endofizikas, biogenetikas, chaoso teorijos kūrėjas Otto E. Rössleris pareiškė, kad CERN esąs nesaugus, jo eksperimentai – pavojingi visai žmonijai, nes sukelia nedideles juodąsias skyles, galinčias įtraukti visą Žemę per maždaug penkerius metus. Dar 2008 m. O. E. Rössleris bandė apskųsti CERN'o eksperimentus Europos žmogaus teisių teismui, tačiau nesėkmingai.
Profesorius Juozas Vidmantis Vaitkus atsako į klausimus apie CERN.
Kaip Jums sekasi tolesni darbai CERN? Kas naujo pasiekta, patirta? Koks konkrečiai yra Jūsų darbas CERN?
Mūsų komandos darbai nukreipti į CERN ateitį. Ankstesniame periode (kuris baigėsi 1998 m.) dalyvavome programoje, kurios metu buvo nuspręsta, kokie detektoriai turi būti arčiausiai dalelių susismogimo taško. Tolesniame etape jau dirbo tie, kurie juos pagamino ir sumontavo ATLAS ir CMS eksperimentiniuose įrengimuose. Dabar tęsiame darbus, inicijuotus 2001 metais, kada buvo pradėta ieškoti būdų, kaip ne tik padidinti radiacijos detektorių atsparumą radiacijai, bet ir paspartinti eksperimentą, kad svarbiausi tikslai būtų pasiekti ne per dešimt metų, kaip numatyta, o greičiau. Šiuo metu jau beveik baigti vieno projekto darbai, kuriuos vykdant suprastas defektų poveikio mechanizmas (ką dabar aptarėme susirinkę Bukarešte), todėl kitame projekte, kurio sudėtyje buvo ankstesnysis projektas, jau bus patikslinta kryptis, kuria bus siekiama pagerinti detektorių parametrus ir tai darysime po dviejų savaičių Barselonoje. O šią savaitę renkasi kito projekto dalyviai Hamburge, kur bus pristatyti mūsų komandos rezultatai gauti modeliuojant detektoriaus elgesį darbinėse sąlygose, o taip pat bus suderinama kompleksinių tyrimų programa dėl naujos serijos bandinių, kuriuos jau baigia pagaminti Hamamatsu kompanija, tyrimo.
Barselonoje taip pat susirinks ir dar vieno projekto, kuriame ieškoma būdų pagerinti detektorių darbą juos atšaldant, dalyviai. Šiame pasitarime pristatysime unikalaus eksperimento, kurį atlikome Helsinkio greitintuvų laboratorijoje tiriant puslaidininkio savybes tuo metu, kada juos bombarduoja protonai.
Visi paminėti darbai skirti CERN ateičiai, kada vadinamasis Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas – red.) LHC virs superLHC, ir tai įvyks maždaug po kelerių metų. Viską lems dabartinis greitintuvo darbas, nes jam dirbant pilnu darbo krūvių detektoriai išeis iš rikiuotės per penkerius metus.
Šitie darbai vykdomi pagal Lietuvos ir CERN pasirašytą sutartį (2004 m.) ir jos protokolus (2005 m.) bei naują sutartį dėl dalyvavimo CMS (kompaktinio miuonų solenoido) eksperimente. Naujausia juose yra tai, kad Lietuvos vyriausybė šiems darbams 2010 metams tesurado 5000 litų, t. y. visa tai palikta asmeninio entuziazmo veiklai.
Dabar rengiamės ir dabartinio CERN veiklos galimybių išplėtimui. Tam sudaromas europinis projektas, kur mums tenka naujos radiacijos monitoringo sistemos sukūrimas (bus įdiegta Vilniuje sukurta metodika ir, panaudojant Lietuvos pramonės komponentus, sukurta matavimo įranga). Radiacijos monitoringas reiškia pastovią kontrolę apšvitos, kurią gauna daiktai ar prietaisai patalpinti tam tikroje vietoje. Kadangi skirtingose CERN eksperimentinių įrenginių vietose ta apšvita yra skirtinga, o jei yra pasiekiamas tam tikras jos lygis, reikia rengtis tos įrangos keitimui ar naujam sureguliavimui. Tie įrenginiai yra dideli, prilygsta maždaug 5–7 aukštų namui, todėl tų kontroliuojamų vietų yra daug ir reikalinga įranga, kuri tą procedūrą supaprastintų. Mes pasiūlėme kitokį būdą, lyginant su tuo, kuris yra pasirinktas. Buvo pripažinta, kad mūsiškis yra paprastesnis, tačiau dar nepakankamai išbandytas, todėl jis bus diegiamas kaip alternatyvinis, o jei viltys pasiteisins, tada jis taps ir pagrindiniu ateityje.
Paminėčiau, kad dabartinėje CERN LHC veikloje dalyvauja mūsų universiteto informatikai, kurie įtraukti į duomenų priežiūros komandos darbą. Į darbus įtraukiami ir fizikai-teoretikai (iš VU TFAI), kurie dalyvaus eksperimentinių duomenų apdorojimo darbuose.
Kas CERN gyvenime dabar aktualiausia, kokie tyrimai vykdomi?
CERN dabar vyksta gana rutininis gyvenimas: Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas dirba 3,5 TeV (teraelektronvoltų – tūkstančio milijardų elektronvoltų) energijos dalelių susismogimo režimu, pradedama ieškoti naujų dalelių.
Suprantu, kad šie energijos vienetai nieko nesako skaitytojams, todėl palyginimui teikiu: kambario temperatūroje dalelės (pvz., ore esančio atomo ar metale esančio elektrono vidutinė energija yra maždaug 0,026 elektronvoltų (eV), o esant 1000 laipsnių Celsijaus ta energija bus maždaug tris kartus didesnė. Televizoriaus kineskope elektronams suteikiama maždaug 3 kiloelektronvoltų (KeV) energija.
Jau sudaužius keliasdešimt milijonų protonų atrasta, kad tikrai elementariųjų dalelių pasaulis yra įvairesnis už iki šiol atrastąjį. Taip pat pirmą kartą Europoje pamatyti kelių rūšių kvarkai, kurie buvo atrasti JAV Fermio laboratorijoje. Specialistams galima būtų ir daugiau naujų atradimų išvardinti, bet tam tektų naudoti labai specifinius terminus. Gal didesne naujove laikytinas naujas eksperimentas, papildantis jau įrengtus įrengimus: pradėtas projektas MoEDAL, kurio metu tikimasi įrengtuose plastmasės blokuose aptikti labai keistų dalelių bei teoretikų prognozuojamo magnetinio monopolio pėdsakus. Savitai nauja yra ir tai, kad neseniai CERN prietaisas iškeliavo į kosmosą – tai The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS). Kosminėje erdvėje laksto ir didesnę energiją turinčios dalelės, todėl įdomu jas ten pagauti. Tai, kas pasakyta, sietina su paskutiniaisiais mėnesiais CERN. Tačiau jei apibendrintume tuos siekius, ar nusakytume svarbiausius uždavinius, kuriuos norima spręsti, tai jie yra tokie:
- I) Kodėl vienos dalelės yra sunkios, o kitos - lengvos? Galima ir kitaip paklausti – kodėl kūnai turi masę? Ar: Kodėl egzistuoja gravitacija? Tai svarbiausias klausimas, į kurį tikimasi atsakys Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas (LHC).
- II) Astronomai nustatė, kad galaktikos yra sunkesnės, negu jose sveria žvaigždės ir dujos. Kodėl? Manoma, kad galaktikas užpildo nematoma medžiaga – tamsioji materija, kurią greičiausiai sudaro supersimetrinės dalelės, kurių egzistavimą numato fizikai teoretikai. Jų ieškos LHC, taip pat ir naujausias jo įrenginys MoEDAL;
- III) Kosmologai įrodo, kad prieš 13,5 mlrd. metų visos galaktikos buvo viename taške, vyko Didysis sprogimas. Kokia buvo tos medžiagos sandara? Manoma, kad pavyks tos medžiagos savybes ištirti susmogus LHC du švino branduolius;
- IV) Nustatyta, kad Didžiojo sprogimo pradžioje medžiagos buvo tiek pat, kiek ir antimedžiagos, tačiau antimedžiaga išnyko. Kodėl? Yra manoma, kad tai lėmė b-kvarko ir b-anti-kvarko savybių skirtumas. Jas ir tirs LHC vienas iš eksperimentų - LHC-b.
Pakeliui bus sprendžiama ir eilė kitų smulkesnių uždavinių, pvz.: kas kinta dalelėje – protone, kai didėjant energijai didėja jo masė? LHC eksperimente protono masė padidės 7450 kartų.
Apie CERN veiklą viešai nedaug težinome. Neseniai buvo pranešta, jog pasiektas rimtas mokslinis atradimas, susijęs su didžiule energijos iškrova. Gal galite pakomentuoti, kas tai buvo?
Jei pažvelgtume į istoriją, tai CERN buvo sukurtas tam, kad ne tik JAV ir TSRS vykdytų fundamentinių pasaulio problemų tyrimus. Dabar tai atviras visam pasauliui galingiausias mokslinių tyrimų didelių energijų fizikos srityje centras, kuriame dirba ir JAV bei Rusijos mokslininkai.
2010 m. kovo 19 d. buvo pasiektas rekordas: didžiausia energija, kurią suteikė žmogus dalelei ir ta energija yra tokia, kad galima laukti naujų atradimų tame elementariųjų dalelių fizikos pasaulyje. Kadangi kaip tik tai yra tikroji Didžiojo kolaiderio misija, tai apie šį pasiekimą buvo labiau pabrėžtinai pareikšta. „Pasaulio rekordas“ , t. y. dalelei suteikta energija CERN tapo didesnė už suteikiamas energijas Fermio laboratorijoje dar gruodžio ar sausio mėnesį, tačiau tas nedidelis energijos viršijimas leido tik pradėti tikrinti ar patikslinti rezultatus gautus toje laboratorijoje. Pasikartosiu, kad dabartinė dalelei suteikta energija 3,5 TeV, o priešpriešiais paleidus ir sudaužius dvi tokias daleles bus pasiekiama 7 TeV energija, kuri jau yra tokia, kad „atveria duris į nežinomą žemę“. Vėliau kiekvienai dalelei bus suteikiama energija 7 TeV, o susmogiant išsiskirs 14 TeV energija.
Pasaulį galima skirstyti į CERN optimistus ir pesimistus. Jūs greičiausiai esate optimistas. Kodėl? Ar pasaulis be CERN galėtų gyvuoti taip, kaip gyvuoja dabar? Jei ne, tai kas pasikeistų, ko neturėtume (ką turėtume)?
Jau minėjau, kokiu tikslu buvo sukurtas CERN. Jei jis nebūtų sukurtas, gal ir toliau gyventume pasaulyje, kuriame būtų vykdomos lenktynės užslaptinant tyrimo rezultatus, vis manant, kad tai, kas fundamentalaus atrandama, gali pasitarnauti galingesnio ginklo sukūrimui.
CERN savo veiklą vykdo atvirai ir nesiekia jokių militaristinių taikymų (CERN'o kritikas O. E. Rössleris tvirtino, kad yra priešingai – esą CERN tarnaująs pirmiausia kariniams tikslams. – M. P. past.) Įterpiu CERN konvencijos ištrauką: „Primarily, the Convention states: “The Organization shall provide for collaboration among European States in nuclear research of a pure scientific and fundamental character (...). The Organization shall have no concern with work for military requirements and the results of its experimental and theoretical work shall be published or otherwise made generally available". („Pirmiausia, Konvencija konstatuoja: „Ši Organizacija dirbs Europos valstybių bendradarbiavimo naudai branduoliniuose tyrimuose, kurie yra grynai moksliniai ir fundamentalūs. (...) Organizacija nedirbs kariniams tikslams, ir jos eksperimentinio bei teoretinio darbo rezultatai bus spausdinami ar kitaip bus leidžiama viešai prie jų prieiti.“)
Žmonijai fundamentiniai rezultatai yra reikalingi geresniam pasaulio pažinimui. Parastam žmogui svarbiau yra tai, kuo jis gali naudotis. Šiuo požiūriu gal net svarbiausias CERN rezultatas, be jokio atlyginimo atiduotas visuomenei, yra programinė įranga, kuria panaudojant sukurtas internetas. Todėl tiems, kurie įžvelgia CERN žalą, siūlyčiau pirmiau atsisakyti interneto ir aukštos kokybės rentgeno diagnostikos, pozitronų emisijos tomografijos bei gydymo dalelių srautais.
Klausiate apie mano poziciją. Tiesą sakant, aš į CERN darbus žvelgiu gal ir kiek iš šalies, nes nesu didelių energijų fizikos specialistas, todėl mano nuomonė nėra sietina su „interesų konfliktu“. Tačiau jau prieš daug metų pamačiau, kad mūsų sukauptos žinios ir patirtis medžiagų moksle ir matavimo technologijose turi būti naudinga kuriant naujus prietaisus CERN. Iki tol mes kūrėme „akis“ kompiuteriams bei kosminiams įrengimams, aparatūrą mikroelektronikos ir optoelektronikos prietaisų technologijos kontrolei, valdėme medžiagų savybes panaudojant nanodarinius ir kt. Įvertinus, kad Lietuvos prestižui turėtų būti svarbu dalyvauti tokio rango kaip vykdomų CERN eksperimentuose, teko imtis sudėtingos veiklos, atvedusios į CERN projektus. Ten savanoriai nelaukiami, o priimami tik patyrę kolektyvai. Savo patyrimą įrodėme glaudžiai bendradarbiaudami su Glazgo universitetu ir veikdami to universiteto vardu (aš nuo 1997 metų esu to universiteto vizituojantis profesorius). Tik tapęs vienu iš programos koordinatorių, aš atskleidžiau, kad mano pagrindinė darbo vieta yra Vilniaus universitetas.
Įvairių religijų tikintieji dažnai samprotauja: o gal išvis nereikia to „velnio išmislo“ CERN. Konspirologai kalba apie jame atliekamų eksperimentų pavojų. Yra ir mokslininkų, kurie išsako savo nuogastavimus apie galimas mini juodąsias skyles ir kt. Kiek tiesos šiuose teiginiuose? Ar CERN pavojingas? Jei taip, kiek, kokiu masteliu?
Neseniai, maždaug prieš 30 metų, skaičiau, kad dar egzistavo Žemėje klubas, kuris teigė, kad Žemė yra plokščia, o visi, kas kalba kitaip, apie Žemės apvalumą, apie palydovus ir kt., skleidžia nesąmones, nes visa tai yra paprasčiausias išsigalvojimas. Aš tik teigčiau, kad nemokšiškumas nėra nuodėmė, tačiau tai labai arti jos, jei tai demonstruoja asmuo, besivadinantis mokslininku. Aš labai aukštai vertinu gandą, kad „CERN bus sukurta juodoji skylė, kuri praris Žemė“. Be šio gando daugelis net nebūtų atkreipęs dėmesį į tai, ką daro CERN ir kad jis iš viso yra. Mokslui reikalingas viešumas, o šis gandas sujudino žiniasklaidą ir ji ėmėsi darbo. Tačiau žinant, kad Žemę bombarduoja dalelės, kurių energija milijardus kartų didesnė už tą, kuri sukuriama CERN, skleisti baimės nuotaikas CERN daužomų dalelių adresu, yra nusikaltimas mokslui. (Tokioms dalelėms stebėti Argentinoje yra įrengta dalelių registravimo įranga, apimanti tūkstančius kvadratinių kilometrų.)
Norėčiau pabandyti išsklaidyti dar vieną kitą mitą. Pavyzdžiui, kalbama, kad dar 1960 m. sukurtą orų valdymo sistemą dabar yra tobulai įvaldęs CERN. Ar tikrai galite keisti orus, sukelti žemės drebėjimus ir pan.?
Visa tai jau yra iš stebuklų pasaulio. Didžiausią energiją turinčios dalelės CERN yra giliai žemėje ir bendra tų srautų energija yra maža, lyginant su tuo, ko reikėtų norint keisti orus.
Tačiau jonizuojančios dalelės, bombarduojančios Žemę iš kosmoso, tikrai įtakoja oro atmosferoje vykstančius procesus, sukuria klaidas meteorologinėse prognozėse. Iškelta hipotezė, kad ir ledynmečiai yra susieti su tokių dalelių kosminėje erdvėje srautais.
CERN sukurtais neutrinais (be galo lengvomis dalelėmis) bus zonduojamas Žemės rutulys. Dabar rengiamame eksperimente bus „šaunama“ po Alpių kalnynu Italijos link, po to jau pasiekiant mantijos viršutinius sluoksnius – link Japonijos į Kamiokondės neutrinų detektorių, o dar vėliau neutrinai jau bus pasiųsti beveik per Žemės branduolį link „Ledo kubo“ – neutrinų detektoriaus įrengiamo Antarktidos ledyne. Neutrinai per žeme sklinda beveik kaip per skaidrią aplinką, todėl sieti net nesuvokiamai mažą energijos kiekį su Žemės drebėjimų skatinimu yra net nesuvokiamas namokšiškumo lygis.
Ką pasakytumėte žmonėms, kurie į CERN žiūri kaip į apokaliptinę mašiną, galinčią sunaikinti Žemę ar bent jau jai smarkiai pakenkti?
Į tai atsakiau aukščiau: žymiai energingesnės dalelės bombarduoja Žemę, tačiau jokio jų poveikio dar nepastebėta. Laukti, kad milijardą kartų mažesnės energijos dalelės galėtų kaip nors pakenkti, reikia labai didelės vaizduotės. Jei perkeltume šį palyginimą į Žemę bombarduojančių meteoritų palyginimą, jei sakytume, kad šios Žemę bombarduojančios dalelės paveiktų bent kaip vienos tonos meteoritas (kurio nedideli gabalai pasiektų Žemės paviršių), tai CERN greitintuve sukuriamą dalelę reikėtų įvardinti kaip vieno miligramo meteoritą, kurio blykstelėjimo dangaus skliaute net nepamatytume.
Ką pasakytumėte žmonėms, kurie tiki, jog CERN padės išrasti vaistus nuo vėžio, AIDS, kitų neišgydomų ligų, pagelbės sukurti kitų puikių išradimų?
Šis tikėjimas turi pakankamą pagrindą, tik to, ką gali sukurti CERN kuriamų žinių ar technologijų bazėje, negalima apibendrinti visoms ligoms. Šiuo metu yra labai akivaizdžiai keliose pasaulio klinikose (man žinomos Heidelberge Vokietijoje ir Tsukuboje Japonijoje, – pastarojoje lankiausi ir mačiau visą šimtų tonų svorio įrangą, tarnaujančią pacientui) demonstruojamas efektingas vėžio auglių naikinimas. Jose naudojamas protonų srautas, o mokslo žiniomis yra pagrįsta, kad dar geresnį efektą padarytų antiprotonai. Tie patys detektoriai, kurie kuriami dalelių registravimui, jau panaudojami kuriant naujus žymiai geresnius mamografus bei dantų tomografus. Tai nereiškia, kad visa tai kuria CERN mokslininkai. Visa tai patenka tiems, kurie skiria savo protinę ir fizinę energiją medicinai ar kitai paprastam žmogui reikalingai misijai.
