Kuomet reikia išjungti patį galingiausią kada nors Žemėje egzistavusį atomų daužymo aparatą, vien paspausti mygtuką „Išjungti“ nepakanka. Po Prancūzijos ir Šveicarijos siena esančio vieno iš brangiausių mokslinių projektų – Didžiojo hadronų greitintuvo – mokslininkai greitintuvą išjunginėja pamažu. Kai kitą mėnesį pasibaigs paskutinieji eksperimentai per ateinančius dvejus metus, 27 km ilgio LHC žiede išdėstyti superlaidūs magnetai bus labai lėtai atšildomi nuo -271 laipsnių Celsijaus skalėje iki kambario temperatūros.
Kuomet reikia išjungti patį galingiausią kada nors Žemėje egzistavusį atomų daužymo aparatą, vien paspausti mygtuką „Išjungti“ nepakanka, rašo guardian.co.uk.
Po Prancūzijos ir Šveicarijos siena esančio vieno iš brangiausių mokslinių projektų – Didžiojo hadronų greitintuvo (LHC) – mokslininkai greitintuvą išjunginėja pamažu. Kai kitą mėnesį pasibaigs paskutinieji eksperimentai per ateinančius dvejus metus, 27 km ilgio LHC žiede išdėstyti superlaidūs magnetai bus labai lėtai atšildomi nuo -271 laipsnių Celsijaus skalėje iki kambario temperatūros. Ir tik tuomet į tunelį galės nusileisti atnaujinimo darbus atliksiantys mokslininkai bei inžinieriai.
Šis greitintuvas mokslininkams praėjusiais metais padėjo sugauti, kaip manoma, ilgai ieškotąjį Higgso bozoną, kartais poetiškai vadinamą Dieviškąja dalele. O dabar inžinieriai atliks atnaujinimo darbus ir 2015 metais vėl įjungs greitintuvą su smarkiai padidinta maksimalia energija. Atnaujinimo metu bus pagerintos elektrinės jungtys aparate – prieš ketverius metus įvykus avarijai jos buvo nurodytos kaip silpnos vietos.
Šis nelaimingas atsitikimas nutiko po to, kai 2008 metų rugsėjį LHC buvo įjungtas pirmą kartą. Dėl trumpo jungimo greitintuvo helio bake buvo pramušta skylė, todėl į tunelį išsiliejo šešios tonos helio, o suodžiais buvo užteršta net 700 metrų ilgio greitintuvo tunelio atkarpa. Nuo to laiko vengiant sukelti dar vieną panašų nelaimingą atsitikimą greitintuvas veikė ne daugiau nei puse savo projektuose nurodyto maksimalaus galingumo.
Dalelių greitintuvas, kuris priešpriešinių dalelių srautų susidūrimo akimirką atskleidžia fizikos paslaptis, sumontuotas net aštuonių kilometrų skersmens apskritimo formos tunelyje.
O greitintuvui neveikiant fizikai nesėdės be darbo. Apie praėjusiais metais aptiktą dalelę, kuri elgiasi taip, kaip turėtų ir teoriškai aprašytasis Higgso bozonas, dar reikia daug ką sužinoti, o duomenų apie jį galima ieškoti milžiniškame kiekyje neapdorotų duomenų, kuriuos mokslininkai jau surinkę, bet dar neišanalizavo.
Tiesa, LHC niekada nebuvo vien Higgso bozono paieškoms skirtas aparatas. Yra kur kas daugiau Visatos paslapčių, kurias gali atskleisti šis milžiniškas požeminis aparatas. Kas yra tamsioji medžiaga, kuri palaiko galaktikų struktūrą? Ir kodėl gravitacija yra tokia silpna gamtos jėga? „Mes atlikome dar tik mažą LGC programos dalį. Priešaky – dar labai ilgas kelias“, – sakė su 7000 tonų sveriančius „Atlas“ detektoriumi dirbanti mokslininkė Pippa Wells.
Higgso bozono, padedančio paaiškinti, kaip kitos dalelės įgyja masę, paieškos buvo plačiajai visuomenei daugiausiai žinomas LHC projektas. Nesunku paaiškinti kodėl taip buvo: mokslininkai buvo beveik įsitikinę, kad Higgso bozonas egzistuoja, tereikėjo tą įrodyti. Laboratorijos greituoju būdu atliko dalelės paieškas, nors iki šiol negali užtikrintai pasakyti, ar Higgso bozono medžioklė jau baigta, ar į jų tinklus pateko kokia nors labiau egzotiška dalelė.
„Tai, kas pateko į pasaulio spaudos pirmuosius puslapius, buvo tik pradžia. Mums reikia atlikti tikslesnius matavimus, patikslinti dalelės masę ir suvokti kaip ji atsiranda bei skyla į kitas daleles“, – aiškina P. Wells. Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacijos CERN mokslininkai tikisi, kad kovą, kuomet prasidės uolūs LHC remonto darbai, jie turės geresnius įrankius naujajai dalelei apibūdinti.
O štai tamsiąją materiją vien dėl jos prigimties bus labai sudėtinga sučiupti, net vėl įjungus atnaujintą, patobulintą ir sustiprintą greitintuvą. Apibūdinimas „tamsioji“ nurodo faktą, kad toji medžiaga nei skleidžia, nei atspindi šviesą. Vienintelis būdas, kuriuo kol kas pasireiškė tamsiosios materijos egzistavimas – tai jos gravitacinis poveikis galaktikoms.
Galaktikų sukimosi tyrimai rodo, jog galaktikos sukasi tokiu greičiu, kad jos išsidraskytų ir išsisklaidytų, jeigu nebūtų kažkokios nežinomos medžiagos formos, kuri išlaikytų galaktikų vientisumą per gravitacijos jėgas. Ir tos tamsiosios medžiagos turi būti tiek daug, kad jos masė turėtų būti penkis kartus daugiau nei regimos, įprastinės medžiagos.
Tamsiosios materijos paieškos Žemėje buvo nevaisingos, mokslininkai dar nežino iš ko ji sudaryta, bet galbūt LHC padės praskleisti paslapties šydą. Jeigu tamsiąją medžiagą sudarančios dalelės yra pakankamai lengvos, jos galėtų būti išmestos iš LHC jutikliuose vykdomų dalelių srautų susidūrimų. Nors per jutiklius jos pralėktų nematomos, bet jos turėtų energijos ir judesio kiekio. Tuomet mokslininkai apie tamsiosios materijos dalelių egzistavimą galėtų spręsti pagal visų susidūrimo metu susidariusių dalelių masės bei judesio kiekio sumą – juodosios materijos dalelėms turėtų priklausyti susidūrimo dalyvių ir produktų energijų bei judesio kiekių skirtumas.
Viena teorija – supersimetrijos teorija – siūlo mintį, kad Visata yra sudaryta iš dukart daugiau dalelių, nei dabar žinome. O pačios lengviausios iš šių dalelių turėtų būti kandidatės į juodosios materijos vardą.
P. Wells teigia, kad padidinus maksimalią LHC energiją, turėtų padidėti tikimybė sukurti tamsiąją materiją. „Tai būtų milžiniškas patobulinimas, lyginant su dabartine padėtimi. Nuo žinojimo, kas sudaro 4 procentus Visatos, žinotume, kas sudaro jos 25 procentus“, – sakė mokslininkė.
Žinojimas, kas per žvėris yra ta tamsioji materija, mokslininkams būtų pati didžiausia dovana ir duotų labai daug naudos galaktikas tiriantiems astronomams bei kosmologams.
„Nors pasaulio spauda visą dėmesį skyrė Higgsui, iš tiesų naujosios dalelės paieškos tik pateikė užuominas apie didžiuosius atvirus klausimus, kurie buvo pagrindinė priežastis statyti LHC“, – sakė eksperimentinės filosofijos profesorius Gerry Gilmore'as, dirbantis Kembridžo universiteto Astronomijos institute.
„Žvelgiant plačiau, realybę sudaro tamsioji materija, o regimoji medžiaga yra tarsi puta jos paviršiuje. Taigi, metame milžiniškas pajėgas siekiant išsiaiškinti, ar tamsioji materija yra daugybės elementariųjų dalelių rinkinys ir tikimės, kad kai kurios iš tų dalelių savybių taip pat padės atsakyti į kitus svarbius klausimus. Kol kas visą informaciją apie tamsiąją materiją teikė tik astronomija ir daugelis mūsų sunkiai dirbame siekdami išsiaiškinti daugiau jos savybių. Kokios nors žinios iš LHC būtų labai nuostabus dalykas, padedantis tai išsiaiškinti. LHC gali nustatyti kokius ingredientus gamta naudoja, bet astronomija pateiktų visą receptą, kaip gamta pagamino realybę“, – aiškina filosofas.
Kita rimta paslaptis, kurią gali padėti išsiaiškinti Didysis hadronų greitintuvas – kodėl mes sudaryti iš medžiagos, o ne iš antimedžiagos. Didžiojo sprogimo metu į aplinką turėjo būti išmestas vienodas kiekis medžiagos ir antimedžiagos, bet dabar mes sutinkame vien medžiagą. Kas nutiko pirmosiomis Visatos egzistavimo akimirkomis, kad medžiaga įgijo tokią pirmenybę prieš antimedžiagą?
Šiam klausimui daugiausiai dėmesio skiria mokslininkai, dirbantys su LHCb jutikliu. Susidūrimai šiame jutiklyje sukuria daugybę dalelių vadinamų žemiausiais (arba gražiaisiais) kvarkais bei jų antimaterijos atitikmenų – abiejų tipų dalelių buvo gausu iškart po Didžioji sprogimo. Tirdami tokių dalelių savybes mokslininkai tikisi nustatyti, kodėl gamtai materija patinka labiau už antimateriją.
„Skirtingai nei Higgso ar supersimetrijos atveju, antimaterijos atveju nesama jokios teorijos, kurią galėtume išbandyti. Nežinome dėl ko antimaterija elgiasi šiek tiek kitaip nei įprastoji materija, bet galbūt tą skirtumą galėtų paaiškinti gilesnė dalelių fizikos teorija, kurioje būtų vietos ir naujai fizikai kurios kol kas nežinome“, – sakė su LHCb detektoriumi dirbanti fizikė Tara Shears.
LHC energijos padidinimas gali padėti mokslininkams išsiaiškinti ir dėl ko gravitacijos jėga yra tokia silpna. Jėga, dėl kurios mūsų kojos laikosi ant žemės paviršiaus, mums gali atrodyti visai rimta, nors iš tikrųjų tai netiesa. Mums reikia tik truputėlio pastangų ir pašokame į orą, įveikdami visus šešis tūkstančius milijardų milijardų tonų sveriančios planetos gravitacijos jėgą. Kitos gamtos jėgos yra gerokai stipresnės.
Vienas galimų gravitacijos jėgos silpnumo paaiškinimų – kad mes juntame tik dalį jos jėgos, o likusi dalis pasireiškia per mikroskopinius papildomus susivijusius erdvės matmenis. „Gravitacinis laukas, kurį mes regime, yra tik ta jo dalis, kuri yra mūsų trijuose matmenyse, bet iš tikrųjų ketvirtame, penktame ir visuose kituose, kurie tik jums patinka, matmenyse yra daugybė gravitacinių laukų. Tai yra elegantiška idėja. Vienintelė kaina, kurią reikia sumokėti už šį išradimą – tai atrasti tuos papildomus matmenis, taip paaiškinant kur slepiasi gravitacijos likutis“, – aiškina Kembridžo universiteto didelės energijos fizikos profesorius Andy Parkeris.
Kvantinės mechanikos taisyklės teigia, kad dalelės elgiasi tarsi bangos, o LHC greitintuvui didinant energiją, susidūrimuose dalyvaujančių dalelių bangos ilgiai mažėja. Kai tų dalelių bangos ilgiai bus pakankamai maži, kad atitiktų papildomų matmenų dydžius, dalelės staiga pradėtų jausti kur kas stipresnę gravitaciją.
„Tikimasi, kad pasiekus tinkamą energiją staiga išvystume papildomus matmenis, o gravitacija būtų ne menka ir silpna, o stipri ir galinga“, – sako A. Parkeris. Staigus gravitacijos padidėjimas daleles greitintuvo viduje išsklaidytų kur kas toliau, todėl mokslininkai gautų aiškų signalą, kad papildomi erdvės matmenys iš tiesų egzistuoja.
Papildomi matmenys mus gali skirti nuo tų erdvės vietų, apie kurias mes visiškai nieko nenutuokiame. „Gali būti, kad egzistuoja visa Visata, pilna galaktikų, žvaigždžių, civilizacijų ir laikraščių, apie kuriuos mes niekada nežinojome. Tai būtų rimtas reikalas“, – teigia A. Parkeris.
