Największy eksperyment w dziejach ludzkości może doprowadzić do rewolucji w nauce
Tysiące naukowców na całym świecie wstrzymują oddech. 10 września w podziemnej betonowej grocie na granicy szwajcarsko-francuskiej rozpocznie się najważniejszy eksperyment w dziejach świata. Po raz pierwszy uruchomiony zostanie gigantyczny akcelerator, największy z do tej pory zbudowanych.
Badacze z Europejskiego Centrum Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą konstruowali to monstrum przez ponad 10 lat. Koszty bezprecedensowego przedsięwzięcia przekroczyły 3 mld euro. Zdumiewająca machina nosi oficjalną nazwę Large Hadron Collider (Wielki Zderzacz Hadronów, LHC), naukowcy poufale mówią o niej Alice. LHC określana jest jako współczesny odpowiednik egipskich piramid czy też, słuszniej, najbardziej skomplikowana rzecz, jaką do tej pory zbudowano. Odtworzy warunki narodzin wszechświata, takie, jakie panowały ledwie miliardową część sekundy po Wielkim Wybuchu.
Alice znajduje się w podziemnym tunelu przebiegającym mniej więcej od lotniska w Genewie do podnóża francuskich gór Jura. Długość tworzących pierścień stalowych rur (komór dryfowych) akceleratora wynosi imponujące 27 km. To prawie pięć razy więcej, niż ma dotychczasowy rekordzista, amerykański akcelerator Tevatron pod Chicago. Moloch pod Genewą może przełamać amerykańską dominację na polu fizyki. Dzięki megaakceleratorowi to europejscy badacze z pewnością częściej sięgać będą po Nagrodę Nobla. Ale z fascynującej machiny zamierza korzystać 9 tys. naukowców z różnych krajów. Konstrukcja LHC jest niewyobrażalnie skomplikowana. To najgorętszy piec na planecie, ale także
najmroźniejsza lodówka.
1746 nadprzewodnikowych elektromagnesów, które rozpędzą protony, zostało schłodzonych płynnym helem do temperatury zaledwie 1,9 K stopni (czyli niecałe dwa stopnie powyżej zera absolutnego). Zdumiewająca machina to kolos o masie 10 tys. ton, przypominający żywy organizm. Rolę naczyń krwionośnych odgrywają przewody, w których krąży dziesięć różnych gazów.
LHC jest jedynym akceleratorem na świecie, który może zniszczyć także siebie. Potrafi rozpędzić wiązki protonów do tak gigantycznych szybkości (99,999991% prędkości światła), że jeśli zboczą z kursu, z łatwością przewiercą się przez stalowe rury komór dryfowych, dlatego eksperyment musi być przeprowadzany niezwykle ostrożnie. Podczas zderzeń protonów wygenerowane zostaną temperatury 100 tys. razy wyższe od tych, które panują na Słońcu. Zderzające się ze sobą protony znów rozpadną się na trzy kwarki, które połączyły się natychmiast po Wielkim Wybuchu 13,7 mld lat temu. Zamiast protonów powstanie przedziwna mieszanina, w której swobodnie pływają dziesiątki tysięcy kwarków. Ten dziwny stan materii nazywa się fachowo plazmą kwarkowo-gluonową, która przestanie istnieć po zaledwie bilionowej części jednej miliardowej sekundy (!). Ten niewiarygodnie krótki czas prawdopodobnie wystarczy, aby detektory, a następnie programy komputerowe akceleratora wykryły nowe, przedziwne cząstki elementarne. Prawdopodobnie, gdyż tak naprawdę nie wiadomo do końca, czego mają szukać.
Nikt nie wie, co może się zdarzyć podczas tego niewyobrażalnego doświadczenia. Z pewnością pojawią się egzotyczne cząstki, których istnienie fizycy molekularni przewidzieli w teorii, do tej pory jednak nikt takich dziwów nie widział. Być może narodzą się także cząsteczki, o których do tej pory nie śniło się kosmologom i astrofizykom. Naukowcy będą mogli wreszcie ułożyć „ogólną teorię wszystkiego” według terminologii angielskiej lub, jak mówią Niemcy, „formułę świata”, która wytłumaczy powstanie i budowę kosmosu zarówno na poziomie molekularnym, jak też w skali galaktyk.
Rosyjski naukowiec Igor Wołowicz nie wyklucza, że w LHC stworzone zostaną prototypy wehikułów czasu, które umożliwią podróże w przyszłość.
Ale niektórzy poruszają wszystkie sprężyny, aby epokowy eksperyment nie został przeprowadzony. Zagraża on bowiem, zdaniem krytyków, istnieniu całej Ziemi. Niemiecki chemik i specjalista od teorii chaosu Otto Rössler, amerykański fizyk Walter Wagner, austriacki filozof Markus Goritschnig i inni biją na alarm – w ekstremalnych warunkach, wytworzonych przez zderzające się protony, mogą narodzić się miniaturowe czarne dziury, które pochłoną całą planetę w ciągu zaledwie pół wieku. Rössler i jego zwolennicy wystosowali nawet 52-stronicowy wniosek do Europejskiego Trybunału Praw Człowieka w Strasburgu, domagając się powstrzymania przedsięwzięcia, które może unicestwić ludzkość. Wagner oraz meksykański fizyk Lois Sancho próbowali tego samego w Sądzie Okręgowym w Honolulu. Nic jednak na drodze prawnej nie wskórali. Ich obawy odrzuciły zresztą najpoważniejsze autorytety na polu fizyki molekularnej. Amerykański noblista David Gross określił je jako
śmieszne i absurdalne.
Zdaniem specjalistów, sama natura doprowadziła na Ziemi do tylu zderzeń cząstek promieniowania kosmicznego, ile zaszłoby w milionie doświadczeń LHC – a przecież nasza planeta nie została unicestwiona. Eksperci podkreślają, że miniaturowe czarne dziury powstaną tylko wtedy, jeśli słuszna jest głoszona przez niektórych fizyków tzw. teoria strun. Głosi ona, że kosmos zbudowany jest z nieskończenie małych strun. Cząsteczki elementarne są tylko wibracjami strun. Wszechświat to jedna wielka symfonia drgań. Ale teoria strun nie może funkcjonować w trzech wymiarach, lecz w dziewięciu czy nawet dziesięciu. Jeśli jest prawdziwa, oznacza to, że inne wymiary ukryte są w innych światach. W takim razie podczas eksperymentu w LHC sygnały z innych wymiarów mogą przedostać się do naszego świata. Wtedy rzeczywiście utworzą się
miniaturowe czarne dziury,
mniej więcej jedna na sekundę. Znakomita większość naukowców uważa jednak, że nawet jeśli do tego dojdzie, będą one zachowywać się inaczej niż normalne czarne dziury, powstałe na skutek zapadania się gwiazd większych od Słońca. Te zwykłe czarne dziury połykają materię i światło jak potworne odkurzacze.
W każdym razie miniaturowe czarne dziury, jeśli rzeczywiście pojawią się w akceleratorze, przestaną istnieć w nieopisanie krótkim czasie, szybciej, niż światło przemknie przez jądro atomu. Jeśli bowiem pożrą materię, natychmiast wyemitują ją z powrotem w postaci energii. Horst Stöcker, fizyk z Darmstadt, należy do naukowców promieniujących optymizmem. Na łamach magazynu „Der Spiegel” wyraził nadzieję, że jeśli miniaturowe czarne dziury powstaną i okażą się stabilne, być może uda się uwięzić je w stalowych komorach dryfujących akceleratora. Wtedy będą karmione materią, którą natychmiast oddadzą w postaci energii. Wystarczy jedna ciężarówka piasku, aby roczne potrzeby energetyczne całej ludzkości zostały zaspokojone.
Ale to już przewidywania absolutnie fantastyczne (niektórzy uważają, że w przypadku superakceleratora zaciera się granica między naukami ścisłymi a metafizyką).
Bardzo prawdopodobne jest natomiast, że podczas eksperymentu w niewyobrażalnie krótkim ułamku sekundy narodzą się i znikną najbardziej poszukiwane cząsteczki fizyki, zwane cząsteczkami Higgsa. 44 lata temu Peter Higgs z Edynburga opublikował artykuł, który zajął zaledwie półtorej strony, jednak
wstrząsnął fundamentami świata
fizyki. Higgs wysunął hipotezę, że przez cały wszechświat przenika specjalne pole, które sprawia, że cząstki elementarne zyskują masę. Bez tego pola krążyłyby po kosmosie jak nieważkie duchy. Pole to składać się ma z osobliwych cząstek, której później nazwano cząsteczkami lub bozonami Higgsa. Mówi się też o boskich cząstkach, co niezbyt podoba się fizykowi z Edynburga, który jest ateistą. Sęk w tym, że mimo doświadczeń w akceleratorach nie udało się wykryć bozonów Higgsa w rzeczywistym świecie (być może najbliżej tego sukcesu byli amerykańscy specjaliści, pracujący z Tevatronem). Obecnie istnieje nadzieja, że gigantyczny LHC wytropi wreszcie boską cząstkę. 79-letni obecnie Peter Higgs ma nadzieję, że stanie się to przed jego 80. urodzinami.
Wielu naukowców liczy także, że eksperymenty w Wielkim Zderzaczu Hadronów potwierdzą teorię supersymetrii (zwaną w skrócie Sysy), która w przyszłości zastąpi mniej ogólną teorię budowy materii. Zgodnie z modelem Sysy, każda z 24 znanych dziś cząsteczek elementarnych ma cięższego brata bliźniaka. Potencjalny bliźniak elektronu nazwany został selektronem, kwarka – skwarkiem, fotonu – fotinem, neutronu – neutralinem. Być może dzięki teorii supersymetrii wyjaśniona zostanie jedna z największych zagadek wszechświata, tajemnica ciemnej materii. Fizycy wiedzą, że we wszechświecie istnieje osobliwa forma materii, która sprawia, że galaktyki nie odlatują we wszystkich kierunkach, dziwna materia spaja je bowiem jak niewidzialny klej. Masa tej ciemnej materii jest pięć razy większa niż zwykłej widzialnej materii, nie wiadomo jednak, z czego ta osobliwa materia się składa. Być może ciemną materię tworzą właśnie bliźniaki cząstek elementarnych, które, według teorii supersymetrii, powinny istnieć.
Niewykluczone, że eksperymenty w megakceleratorze doprowadzą do odkrycia innych, całkowicie niespodziewanych fenomenów. W końcu Kolumb wyruszył do Indii, a odnalazł wielki, nieznany kontynent.
Dodać wypada, że jeżeli nawet najwięksi pesymiści mają rację, 10 września koniec świata nie nastąpi. Tego dnia protony zostaną wpuszczone do tunelu. Do zderzeń ich wiązek naukowcy zamierzają doprowadzić dopiero za kilka miesięcy.
Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy