Tražeći supersimetriju

21. marta došlo je do kratkog spoja, što će malo odgoditi puštanje u rad LHC-a.

Ko o čemu, ja o CERN-u. 

Zašto uopšte pričati o tamo nekakvim naučnicima koji sudaraju nekakve čestice koje ljudski um jedva može i zamisliti da bi dobili čestice koje ljudski um ni ne može zamisliti, i pri tom troše puno struje?

Prvo-zato što znanost ne staje na jednoj spoznaji, na jednoj paradigmi, nego nastavlja dalje, provjerava i ispituje.

Drugo-zato što na telefonu imate profesora Daniela Denegrija koji vam sve to sočno ispriča i objasni.

Divni mediteranski džentlmen, g. Denegri, nije htio da intervju obavimo preko maila, nego se ponudio nazvati me o svom trošku  na telefon da ćaskamo i da ga tom prilikom pitam sve što me zanima vezano za LHC 2.0.

Ja sam imala samo jedno pitanje-pa šta sad radite?

O LHC 2.0. dosta sam rekla ovdje, ali je super kada doznate neku informaciju više, i to još iz prve ruke. 

prof. Daniel Denegri, izvor: CERN

Evo šta sam doznala od prof. Denegrija.

Postoje dva scenarija što bi se moglo desiti kroz nekih 6 mjeseci ili više: u najboljem, najsenzacionalnijem slučaju, može se očekivati potvrda supersimetrije, tj. proširenje Standardnog modela koje predviđa simetričnu česticu svakoj čestici iz SM. Pri tome  bi svaka čestica mase (fermion) imala supersimetričnu česticu energije ( superpartnera bozon) i obratno. 

Međutim, vjerovatnost da se nešto ovako dobije pri ovom puštanju u pogon LHC-a, prema ličnoj procjeni prof. Denegrija, iznosi oko 10-15%. Problem sa supersimetrijom je to što još nije jasno na kojoj se energiji mogu dobiti ove čestice. Onda kada je je posredno otkriven Higgsov (ovo je transkripcija, čita se "Higgzov") bozon, LHC je radio na energijama od oko 8 TeV-a-teraelektron volta.

1 elektron volt iznosi 1.60217657 × 10^-19 džula (gram šećera, poređenja radi, ima potencijalnu energiju hemijske veze od oko 17 kilodžula, to je ono od čega se debljate) a elektron volt je ona energija koju elektron dobije nakon što je ubrzan sa naponom od 1 volta. Džuli su prevelika mjerna jedinica za ultrasitni svijet čestice, te se za mjerenja na nanoskalama upotrebljava elektron volt. Da bismo konvertovali džule u elektron volte, treba ih podijeliti sa nabojem elektrona, koje iznosi 1.602×10⁻¹⁹ kulona.

Zašto sad ja ovoliko pričam o elektron voltima, umjesto o nekim čarobnim česticama egzotičnih naziva koji dobro zvuče u medijima? Pa da biste me pratili jer mnogo toga u LHC-u ovisi o elektron voltima.

Rekoh da je prošli put energija sudara u LHC-u iznosila 8 TeV. Profesor Denegri mi je potvrdio da će ovaj put energija iznositi 13TeV, dakle, završeno je sa spekulacijama da bi energija mogla biti 14, pa čak i 16 TeV. Ta energija je raspodijeljena između 2 snopa protona, svaki snop će imati energiju od 6.5 TeV. Treba naglasiti i to da do prije par godina ljudska civilizacija nije imala tehnologiju i mogućnost proizvodnje energija reda veličine TeV. Kako tehnologija napreduje, tako se povećava i količina energije koju "igračke" poput LHC-a mogu dobiti na raspolaganje. Kada je Einstein objavio svoju Specijalnu teoriju relativnosti, 1905., moglo se proizvesti svega nekoliko elektron volti. U vrijeme Manhattan projekta, 40-tih, bilo je moguće proizvesti nekoliko stotina MeV-a (megaelektron volti). Danas naučnici govore u terminima giga- i teraelektron volti.

LHC je mašina i, kao svaka mašina, zahtijeva održavanje. Kada sada, nakon ove pauze zbog zamjene komponenti, počne raditi, radiće kontinuirano naredne 3 godine, pa će opet na odmor. LHC će raditi do 2030., dakle još 15 godina. Za to vrijeme bi se trebao izgraditi još veći hadronski sudarač, dužine oko 100 km. Sadašnji LHC je dug oko 27 km i ima 4 detektora: ATLAS (za proučavanje porijekla mase i ekstra dimenzija), CMS (za Higgsov bozon i proučavanje tamne materije), ALICE (detektuje informacije vezane za kvark-gluon plazmu, čudnovatu fluidnu formu materije koja je postojala nekoliko trenutaka nakon Velikog praska) i LHCb ("ganja" antimateriju). 

Mapa LHC-a

Shema detektora LHC-a

Krajem maja, a vjerovatnije u junu, mogli bi se desiti prvi sudari.

Trenutno je u toku električno uhodavanje sistema, povećavanje jačine struje u sistemu sa 0 do 11 000A i podižanje magnetskih tokova. LHC ima 8 segmenata, 6 ih je trenutno "dignuto", a 2 se još "dižu". Kroz 8 sedmica se očekuje da će amperaža dostići veličinu od 11kA, što je jedan od preduslova za početak rada. Drugi preduslov jeste da komponente LHC-a budu ohlađene na -271 C, što je svega 2 stepena iznad apsolutne nule (-273,15 C).

Prvi snop protona će biti pušten za 3 sedmice. Biće mu potreba 1 sedmica da se stabilizira. Potom će biti pušten drugi snop protona. Tada je potrebno postići stabilno kruženje oba snopa nekih mjesec dana. Ovo će biti prvi put u istoriji nauke da se posmatraju sudari na 13 TeV. Ipak, nije sigurno da li će i ova energije biti dovoljna da se dobiju informacije koje bi potvrdile postojanje supersimetrije.

Supersimetrija  je jedno novo svojstvo prirode i sa CERN-a objašnjavaju da bi potvrda postojanja supersimetrije bila značajnija i od otkrića Higgsovog bozona. Supersimetrija je manifestacija ujedinjanja dvije vrste čestica, fermiona i bozona, tj. mase i energije. Koncept supersimetrije bi bio od pomoći  za objašnjenje prirode tamne materije i tamne energije, koje čine oko 96% Univerzuma, a o kojima ne znamo ništa. Također, otkriće čestice iz ove kategorije bi pomoglo boljem razumijevanju istorije svemira, naročito onog krucijalnog perioda od 10 ^-35 do 10 ^-20  sekundi nakon Velikog praska, važnog za konceptualno razumijevanje evolucije materije.

Također, LHC se bavi Teorijama dodatnih dimenzija prostora (extra dimensions). To su dimenzije koje implicira Teorija struna, a vrlo je zanimljivo jer bi se tada moglo pričati o zakonima ujedinjenja gravitacione sile sa ostale tri sile u prirode (jaka i slaba nuklearna sila te elektromagnetska) što se još ne može objasniti.

Program LHC nije jednoznačan. On uključuje nekoliko segmenata, nekoliko problema savremene fizike:

-traženje supersimetrije;

-učvršćivanje znanja o Higgsovom bozonu-Program razumijevanja Higgsovog bozona;

-razumijevanje dodatnih dimenzija;

-mikrocrne rupe;

-ispitivanje prirode antimaterije.

Naime, naučnici su skeptični da će se prilikom ovog puštanja u rad Velikog Hadronskog dohvatiti energetski nivoi potrebni za detekciju čestica iz registra supersimetrije. Možda je za to potrebno još više TeV-a, možda za neke čestice i 100TeV. To trenutno nije moguće. Da se ovolika mašinerija ne bi uključivala "ni za šta" da bi se opravdali ogromni troškove LHC-a, CERN mora imati plan B-drugi, medijima malo manje senzacionalan scenario.

 Plan B se sastoji od nastavka proučavanja Higgsovog bozona, jer Higgs nije jedna čestica, teoretski postoji i supersimetrični Higgs (fermionski superpartner Higgsovom bozonu-Higgsino, kandidat za česticu tamne materije) te kompozitni Higgsov bozon. Također, CERN će pručavati i vrlo zanimljiv top kvark, koji je teži nego ostalih 5 kvarkova te odnos materije i antimaterije i šta je to moglo usloviti nejednakost zastupljenosti materije i antimaterije. 

Hvala profesoru Denegriju na priči!
P.S. Da je LHC DJ, vjerovatno bi zvučao ovako: