Higgsov bozon smo otkrili, a sada se nadamo da ćemo tamnu materiju?

Za CERN kod Ženeve, Higgsov bozon i tunel dug 27 km sto
metara ispod zemlje (LHC), čuli su danas gotovo svi. Čak i za one koje ne
zanima fizika, teoretska ili fizika čestica, ti termini su u današnje vrijeme
poznati, no SUSY (Supersymmetry), neutralini, AMS, već su nešto manje medijski
“promovirani” pojmovi.

No, nemojte se dati odvratiti od čitanja. Dio već ostvarene
“budućnosti”, kao i one otkrićima uzbudljive tek pred nama, pojasnio nam je
prof. dr. sc. Ivica Puljak, redoviti profesor na splitskom FESB-u te
jedan od stalnih suradnika međunarodnog, svjetskog tima znanstvenika koji rade
na rezultatima dobivenim u Velikom sudarivaču hadrona (Large Hadron Collider,
LHC). A prof. Puljak je među svojim studentima, ali i šire, poznat po izuzetno
razumljivom približavanju teme široj javnosti, teme često teško shvatljive
“običnim smrtnicima”.

Uz mali podsjetnik: Veliki sudarivač hadrona upravo se
priprema za nova otkrića nakon dvije godine pauze, prije kojih je (u srpnju
2012. godine) otkrivena čestica koja svojstvima odgovara Higgsovom bozonu.
Unutar samog tunela, koji je inače jedan od tri osnovna elementa LHC-a –
postoje i četiri detektora koji prate posljedice sudara čestica te svjetske
mreže računala za analizu dobivanih podataka – čestice se kreću u suprotnim
smjerovima praktički brzinom svjetlosti, te naprave oko 11 tisuća krugova po
sekundi (!) prije samih sudara. Ovaj put se LHC sprema za puno veća
opterećenja, a idućih mjeseci se nadaju otkriću neutralina, čestice od koje bi
se mogla sastojati tamna materija u svemiru te koja bi ujedno potvrdila teoriju
supersimetrije i tako nadograditi standardni model fizike, koji unatoč
potvrđivanju kroz desetljeća, nema sve odgovore.

Hlađenje na -269 Celzijevih stupnjeva

– Cijeli akcelerator se hladi na temperaturu od 4 Kelvina
(-269 stupnjeva Celzijusa, op.a.), što je temperatura tekućeg helija. To radimo
na toj temperaturi jer tada kabeli postaju supravodiči (bez otpora) i kroz njih
može teći struja od 20 tisuća ampera, a kako bi ubrzali protone do takve
energije da kada se sudare vladaju isti uvjeti kao i kada se – stvorio svemir.
I moramo ga svo vrijeme držati na toj temperaturi. Hlađenje do tih temperatura
se radi tjednima, u osam sektora. Zatim kroz dvije-tri godine kontinuirano
sudaramo protone i podižemo struju, kroz to i energiju. To smo radili 2011.,
kada smo digli na 7 tera-elektronvolti (TeV) te 2012. godine, na 8
tera-elektronvolti. – kazuje prof. Puljak osnovne principe rada LHC-a.

– Onda smo rekli – OK, ne možemo više podići energiju jer
tim vodičima ne može teći veća struja. Na spojevima vodiča dolazi do tako
velikih sila da će se razdvojiti, a dosta je jedan da se razdvoji da sve
eksplodira. Onda smo dvije godine zaustavili sve, vratit ćemo na normalnu temperaturu
i oko svih spojeva vodiča staviti jednu mehanički zaštitu, ali usput smo i
ostali dio opreme poboljšali, tako da sada možemo postići skoro duplo veću
energiju – 13 tera elektronvolti! To znači da smo se još više približili
uvjetima koji su vladali u trenutku nastanka svemira!

E sad se mi pitamo – što ćemo tamo možda naći? To je novo,
nikad istraženo područje, no bez tog pitanja uopće ne bi znali gdje tražiti.
Moramo nešto pretpostaviti, tako da uzmemo područje koje je poznato i saznanja
pokušamo ekstrapolirati i proširiti na ono gdje je nepoznato. – osnovni je
princip rada, znatno simplificirano, iznio prof. Puljak, da bi potom nastavio o
razlozima zašto uopće postoje CERN i LHC te ih brojne države financiraju, jer i
dalje postoje najveća neodgovorena pitanja moderne znanosti.

Pitanje ujedinjavanja sila – fundamentalno pitanje

– Mi imamo teoriju koja se zove Standardni model
elementarnih čestica i njihovih interakcija. To je najbolja, napreciznija
teorija u povijesti ljudskog roda. Opisuje ovu prirodu do najsitnijih detalja.
Dosad nismo našli niti jedan fenomen koji se ne može objasniti, a testiramo
model, tražimo i ispitujemo već 40-50 godina. Ali znamo da ima puno
neodgovorenih pitanja, na primjer: ta teorija opisuje tri od četiri prirodne
sile, odnosno ima 50 godina da smo shvatili da su dvije, a mi se pitamo zašto
nije samo jedna. I to pitanje ujedinjavanja sila je jedno od fundamentalnih
pitanja danas.

Kad se energija povećava, jedna sila slabi, a druga raste,
no u našoj sadašnjoj teoriji one se neće susresti u jednoj točki. Znači da ih
naša sadašnja teroija ne može ujediniti u jednu. Drugo pitanje – zašto je masa
Higgsova bozona ovakva kakva je? Jer ova teorija to ne zna objasniti, po njoj
bi trebala biti beskonačna. Jedno od ključnih pitanja je i zašto se priroda
sastoji od samo jednog tipa čestica? To su čestice koje imaju spin ½ (jedno od
fundamentalnih unutarnjih svojstava kvantnih objekata), a kada vidimo takve
stvari koje su nesimetrične, pitamo se, zar ne bi bio red da se priroda sastoji
i od drugog tipa čestica koje imaju cjelobrojni spin. I čudesnim nekim čudom,
kad pokušamo zamisliti da svaka čestica ima svog partnera koji ima drugačiji
spin i onda da bude simetrično – istovremeno se riješi problem mase Higgsovog
bozona te ujedini sve sile u jednu.

Prof. Puljak je tako naveo nekoliko razloga zbog kojih bi
teorija super simetrije bila izvrstan dodatak standardnom modelu, no ima i
“bonus”.

– Uz sve to se dobije još nešto spektakularnije, da je jedna
od tih novih čestica – možda čestica tamne materije. A tamna materija je jedno
od najvažnijih pitanja u modernoj znanosti. Jer od čega se sastoji svemir? Mi
danas znamo samo za pet posto svemira. Sto milijardi galaksija od kojih svaka
ima po sto milijardi zvijezda, sve čini samo pet posto svemira.

A 95 posto uopće ne znamo. Od toga je 70 posto tamna
energija, a 25 posto tamna materija. Nas intrigira nova teorija koja bi
objasnila sve te stvari odjednom – SUSY. Supersimetrija je proširenje
standardnog modela. I dosad smo tražili tu teoriju i tražili te čestice, ali ih
nismo pronašli.

Tamna energija

Kada u LHC ponovno krenu sudari, mogle bi se dogoditi tri
stvari: prvo, da teorija ne bude realizirana. Kao znanstvenici ispitujemo što
ima u prirodi, ali neće biti u prirodi ono što mi hoćemo ili želimo. Drugo,
može se dogoditi da su te čestice takve da ih još ne možemo vidjeti. A treće,
može se dogoditi da ih vidimo, što bi nama naravno bilo najdraže. Neutralini su
jedna od tih supersimetričnih čestica. Ta najelementarnija čestica – koje se ne
može više raspasti – bi mogla biti super dobar kandidat za tamnu materiju.

Na splitski FESB stižu prvi strani zaposlenici!

Naglasio je znanstvenik u svom uredu na sedmom katu FESB-a i
posebnost Higgsova bozona.

– Nastavljamo ispitivati Higgsov bozon jer nam je donio
cijeli jedan novi teorijski uvid u strukturu i evoluciju svemira i sve ostalo.
Moguće da ima implikacije na vrlo rani svemir, povezan je s kozmologijom, samim
počecima svemira, dok je moguća povezanost i s tamnom energijom. A tamna
energija je najveća misterija – tu nemamo pojma uopće šta da radimo, jer je
toliko komplicirano, no moguće je da Higgsov bozon, skroz specijalna vrsta
čestice, ima neke veze.

Kolika je važnost rada koji se ne odvija samo u Švicarskoj u
CERN-u, svjedoči i zanimanje mladih znanstvenika u njihovom daljnjem radu.

– Roko Pleština je doktorirao na otkriću Higgsovog bozona, u
Francuskoj na Ecole Polytehnique, najprestižnijem fakultetu i to radeći iz
Splita, a trenutno je na postdoktoratu u Kini, Marko Kovač će doktorirati ove
godine na otkriću i mjerenju Higgsova bozona na istom fakultetu, Toni Šćulac se
sada zaposlio na FESB-u i radit će na mjerenju drugih podataka kada u ožujku
LHC krene s radom. – zadovoljan je kako naši znanstvenici koriste prigodu
iskazati svoje znanje i usvojiti nova. Na ovom projektu su još i profesori
Nikola Godinović i Damir Lelas s FESB-a i profesor Željko Antunović s PMF-a.
Prof. Puljak nam je otkrio i kako će na FESB stići prvi stranci zaposlenici,
postdoktorandi, iz Portugala i Velike Britanije, što samo svjedoči koliko je
taj splitski fakultet kompetitivan u svjetskim razmjerima – stranci žele doći
tu raditi…