Super-sudarači čestica dolaze

Otkriće Higgsovog bozona 2012. je, kao što znamo, bila velika stvar u fizici čestica i šire. Zapravo, bilo je toliko velika da su se studenti fizike počeli sve više usmjeravati baš u područje fizike čestica jer je to bila jedna obećavajuća oblast. Svi su odjednom počeli maštati da će baš oni biti u timu koji će otkriti ili potvrditi postojanje neke nove čestice, baš kao što su se biolozi nekada usmjeravali u područje genetičkog inženjeringa i sekvencioniranja genoma. Dakle, fizika subatomskih čestica je praktično preko noći postala pomodna oblast. 

Ubrzo su druge zemlje i timovi naučnika počeli praviti planove za gradnju nasljednika CERN-ovog Velikog hadronskog sudarača (LHC-a). Novi sudarač je trebao biti projektovan na osnovu mjerenja koje je davao LHC i koja bi predvidjela osobine novih čestica te energije sudara. Tako su Japanci došli na ideju da budu domaćini nasljednika LHC-a. I ne samo Japanci - u igru žele ući i Kinezi, Fermilab je također u igri,  a i sam CERN želi da gradi novi, veći i ljepši sudarač.

Novi sudarači ne bi bili samo hadronski - hadroni su kompozitne čestice, a mogu biti barioni (tri kvarka, primjerice proton) ili mezoni (kvark-antikvark par) - te se u takvim, ne-hadronskim sudaračima ne bi sudarali protoni, kao što je to slučaj danas u LHC-u. Neki od sudarača koji su u planu izgradnje bili bi elektron-pozitron sudarači, što bi značilo da se u njima ne bi sudarale kompozitne čestice, neglo leptoni elektroni i njihovi antimaterijski parovi pozitroni. Takvi bi bili International Linear Collider (ILC), linearni sudarač dužine 31 km,  koji je u planu za 2030., a koji bi se nalazio na tlu Japana  te kineski sudarač elektrona i pozitona, obima 50 ili 100 km, planiran za 2018. 

International Linear Collider, by Desy.de

Poređenja radi, LHC ima obim od 27 km. 

Druga dva (super)hadronska sudarača - jedan kojeg želi graditi Kina, a drugi kojeg želi graditi CERN bi bili obima oko 100 km, sudari bi se vršili na oko 100 TeV (od ponovnog puštanja u rad, sudari u LHC-u su na 14TeV-a) - planirani su poslije 2030. LHC do 2030. ima namjeru povećavati intenzitet, ali ne i signifikantno energiju sudara i tek bi sa izgradnjom super-sudarača prešli na signifikantno veće energije sudara. Povećanje energije  sudara do izgradnje supersudarača bi postigli remoduliranjem magneta u postojećem LHC-u te bi povećali energiju sudara sa 14 na 20 TeV, ali tek sa izgradnjom super-sudarača, počelo bi se raditi i na sudarima na mnogo većim energijama.

Pitate se otkud interesovanje za gradnju elektron-pozitron sudarača? Pa, pri sudaranju hadrona nastaje mnogo "krša" i treba mnogo vremena analizirati signale koji se detektuju. Elektroni i pozitroni nisu kompozitne čestice, a i pri njihovim sudarima može nastati svašta nešto, međutim zadnjih godina fokus je bio baš na sudarima hadrona.

Sudari elektrona i pozitrona, Feynmanovi dijagrami

A sad, spetakl.

Finta je u tome što su istraživanja subatomskih čestica nakon potvrde postojanja Higgsovog bozona malo zapala u ćorsokak. LHC tapka u mraku, a sve to znači da se trenutno ne mogu predvidjeti kakve bi se čestice (i na kojim energijama) mogle otkriti i kako. To, opet, znači da je vrlo nejasno kako budući sudarači trebaju izgledati - šta sudaraju, kolika je jačina magneta, obim sudarača - ništa nije jasno. Stoga nije jasno ni ko će biti domaćin idućih sudarača - da li će se oni koji su prije koju godinu bili vrlo spremni graditi ove finansijske monstrume predomisliti ili ne. 

Naravno, i Higgsov bozon treba još proučiti, a tu je i vršni kvark (top quark), najteži od svih kvarkova. Tako, ako i potraga za novim česticama zapadne u krizu, posla za sudarače ima jer treba istražiti ono za što smo već sigurni da postoji. 

Šta je sa SAD? SAD se se zakačile za neutrina i ne odustaju od neutrina, mada je i taj put malo nejasan trenutno. Fermilab je, shvativši da gubi utrku sa CERN, sve resurse preusmjerio na istraživanja neutrina i žele postati svjetski lider fizike neutrina te su uložili sve u to da budu domaćini za Long-Baseline Neutrino Facility, vrijednom milijardu dolara, koji će usmjeravati snopove neutrina, "ispucavati" neutrina, počevši od 2026.