Nauka
Poszukiwacze boskiej cząstki
W sobotę w międzynarodowym ośrodku badań fizycznych CERN rozpoczynają się testy największej maszyny świata – akceleratora cząstek. Czego naukowcy spodziewają się po prowadzonych tam eksperymentach zdradza „Rz” prof. Krzysztof Meissner z Instytutu Fizyki UW w rozmowie z Krzysztofem Urbańskim.
RZ: Czy eksperyment w LHC to naprawdę podróż do początku wszechświata?
Krzysztof Meissner: Fundamentalne pytanie brzmi: z czego się składa wszechświat? Jak wyglądał we wczesnych chwilach istnienia? Kiedy cofamy się w przeszłość, wiemy, że był on gorętszy, czyli były w nim bardziej masywne cząstki. Ale w pewnym momencie nasza wiedza się kończy. Jeżeli chcemy odpowiedzieć na pytanie, co było blisko początku wszechświata, jak wyglądał, jak się rozszerzał, dlaczego ma taki skład, skąd ma nadwyżkę materii nad antymaterią, musimy się cofnąć do pierwszych chwil jego istnienia. Coraz potężniejsze akceleratory, takie jak uruchamiany właśnie teraz LHC, pozwolą nam uzyskiwać cząstki o coraz większych masach, a więc takie, które istniały, kiedy wszechświat był bardzo gorący. W tym sensie eksperymenty w LHC pozwolą odpowiedzieć na pytanie, jaki jest fundamentalny skład materii.
Czy zobaczycie te nowe cząstki na ekranach komputerów?
Ależ skąd! Nie zobaczymy bezpośrednio żadnych nowych cząstek, o ich istnieniu dowiemy się jedynie pośrednio, porównując teoretyczne wyliczenia z obserwowanymi. W czasie zderzenia energia będzie tak wielka, że efektywnie będą zderzać się ze sobą nie protony, ale składniki protonu: kwarki i gluony. W momencie zderzenia uwalniana będzie olbrzymia energia, która może doprowadzić do powstania nowych cząstek. Chcemy zbadać, jakie cząstki mogą wtedy powstać, bo tak ogromnych energii jeszcze nie stosowaliśmy. Cząstki, które w wyniku takich zderzeń powstaną, będą miały ogromne masy, wielokrotnie większe niż masa protonu. Ale natychmiast się rozpadną. Produktami kolizji, które będziemy obserwować w detektorach, będą i tak cząstki, które już znamy. Ale o istnieniu nieznanych nam cząstek o dużych masach będziemy mogli wnioskować po zderzeniu jedynie pośrednio, na podstawie tego, co powstanie w wyniku kolizji. Taki sposób odkrywania nowych, z reguły bardzo nietrwałych, cząstek stosowany jest od dawna. Pewien paradoks polega na tym, że – chcąc badać świat w coraz mniejszej skali – potrzebujemy coraz większych akceleratorów. Do badania materii w skali mikronowej wystarczy mikroskop, ale badanie skali tysiąc razy mniejszej niż jądro atomowe wymaga już 27 kilometrowego tunelu i kilkuset megawatów mocy.
Jakich odkryć możemy się spodziewać?
Tak zwany Model Standardowy opisuje cząstki jakie znamy: sześć kwarków, trzy leptony i odpowiadające im neutrina oraz tzw. bozony pośredniczące. Przy czym dwa kwarki: zwane przez fizyków górnymi i dolnymi, to te, z których się składa materia, jaką znamy: stół, przy którym siedzimy, czy cząsteczka azotu. Pozostałe kwarki nie są składnikami widzialnej materii, bo bardzo szybko rozpadają się. Fizycy odkryli je dzięki wcześniejszym doświadczeniom w akceleratorach. Większe akceleratory są właśnie po to, by osiągać większe energie, tak aby cząstki, których nie potrafiliśmy dotąd wytworzyć, na chwilę zaistniały.
Czy w akceleratorze mogą pojawić się czarne dziury? Niektóre media straszyły takim kataklizmem.
To jest kompletny absurd. Pogłoski o czarnej dziurze, jaka miałaby nam zagrażać, oparte są na pracach pewnych teoretyków, którzy w poszukiwaniu rozgłosu wdali się w spekulacje. Twierdzenie, że w LHC mogłyby powstać czarne dziury, nie ma żadnych podstaw naukowych.
Na pewno nie ma takiej możliwości?
Czarna dziura rozpala wyobraźnię. Rzeczywiście takie obiekty rzędu milionów mas Słońca istnieją w centrach większości galaktyk, ale prawdopodobieństwo, że się czarna dziura pojawi w LHC jest równe temu, że znajdzie się tam zegarek wielkości jądra atomowego.
A jakie cząstki mogą się pojawić?
Jeżeli nie uda się nam znaleźć cząstki Higgsa, trzeba będzie zacząć budować całą teorię od nowa
Fizycy są zgodni, że powinna pojawić się tam cząstka Higgsa (zwana także boską cząstką – red.). Model Standardowy, który przecież świetnie sprawdza się od 40 lat, przewiduje, że oprócz cząstek, które znamy, istnieje tzw. pole Higgsa. Gdyby nie było pola Higgsa, wszystkie cząstki byłyby pozbawione masy. Nie istnielibyśmy, nie byłoby nic, co znamy. Nikt jeszcze nic lepszego niż mechanizm Higgsa nie zaproponował. Gdyby go usunąć, rozsypałby się Model Standardowy. Pole Higgsa działa mniej więcej w taki sposób, jak szkło, gdy do niego wpada światło. Nadal ma tę samą prędkość, ale przez fakt, że wzbudza fale, zaczyna poruszać się wolniej. Podobnie pole Higgsa. Według teorii, cały wszechświat jest wypełniony nienaładowanym elektromagnetycznie polem Higgsa i niektóre cząstki, np. kwarki, przedzierając się przez nie, nabierają masy. Ale na przykład foton nie oddziałuje z polem Higgsa, więc pozostaje bez masy. Jeśli pobudzimy pole Higgsa do drgania, to powinniśmy uzyskać boską cząstkę. Liczymy też na odkrycie zupełnie nieznanych dotąd cząstek. Wśród fizyków dominuje przekonanie, że poznamy nowe cząstki cięższe od partnerów wszystkich cząstek, które obecnie znamy. Jest także pogląd, że te cząstki o wielkich masach w ogóle nie istnieją i nic poza cząstką Higgsa i ewentualnie jeszcze jedną cząstką nie zobaczymy. Wraz z kolegą z Instytutu Maksa Plancka napisałem pracę, w której właśnie to twierdzimy i uzasadniamy. Mam więc stosunek osobisty do wyników badań, które przyniesie LHC.
Rekomenduj artykuł Oddano głosów:
