Διεισδύοντας στο άγνωστο: ο νέος επιταχυντής του CERN

Κατηγορία ΘΕΜΑΤΑ, Φυσική

ΦΥΣΙΚΗ

Posted by Youmagazine Staff

 

Οι επιστήμονες του CERN σχεδιάζουν να κατασκευάσουν ένα νέο επιταχυντή σωματιδίων δέκα φορές πιο ισχυρό από τον LHC.

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC), αποτελούμενος από υπεραγώγιμους μαγνήτες, βρίσκεται σε έναν υπόγειο δακτύλιο μήκους 27 χλμ. σε βάθος που φτάνει τα 175 μέτρα. Στο εσωτερικό του, δύο δέσμες σωματιδίων υψηλής ενέργειας ταξιδεύουν από αντίθετες κατευθύνσεις σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, προτού συγκρουστούν σε έναν από τους τέσσερις ανιχνευτές σωματιδίων, όπως αυτός. Photo: CERN. Πηγή: Supplied
ν

ΘΥΜΗΘΕΙΤΕ πόσοι άνθρωποι στον κόσμο έκαναν την προσευχή τους κάθε φορά που έμπαινε σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN. Πολλοί πίστευαν ότι θα δημιουργούσε μια μαύρη τρύπα, η οποία θα απορροφούσε τη Γη και όλους εμάς μαζί, κάνοντας έτσι πράξη το τέλος του κόσμου.
Φανταστείτε τι έχει να γίνει τώρα που οι επιστήμονες του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (CERN) σχεδιάζουν έναν υπερεπιταχυντή, δέκα φορές μεγαλύτερο σε ισχύ από τον γνωστό μας LHC.
Οι ίδιοι οι επιστήμονες περιγράφουν το νέο εγχείρημα ως «τεράστιο επιστημονικό άλμα σε ένα εντελώς άγνωστο έδαφος».
Ο μελλοντικός κυκλικός επιταχυντής (FCC) θα έχει τρεις φορές το μήκος του LHC, θα είναι δηλαδή μεταξύ 80 και 100 χλμ., ενώ θα μπορεί να επιταχύνει τα σωματίδια δέκα φορές περισσότερο!
Ο τωρινός επιταχυντής έχει ισχύ 14 Tev (Τέρα-ηλεκτρονιοβόλτ), ενώ η ισχύς του νέου επιταχυντή θα φτάνει τα 100 Tev, δηλαδή 100 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ. Το ηλεκτρονιοβόλτ είναι θεωρητική μονάδα μέτρησης της ορμής. Για παράδειγμα, η ισχύς 7 Tev ισούται με την ενέργεια που θα απελευθέρωνε ένα όχημα αν προσέκρουε σε έναν τοίχο με την ταχύτητα του ήχου!
Υπεύθυνος για το εγχείρημα-μαμούθ είναι ο φυσικός Μίχαελ Μπενεντίκτ (Michael Benedikt), καθηγητής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης.
ν

Ο φυσικός Μίχαελ Μπενεντίκτ, υπεύθυνος για τον σχεδιασμό και την υλοποίηση του Future Circular Collider (FCC). Photo: El Pais. Πηγή: Supplied
ν

Μεταξύ 25 Ιουλίου και 12 Αυγούστου 2016, συγκεντρώθηκαν στη Γενεύη κορυφαίοι φυσικοί απ’ όλο τον κόσμο για να συμμετάσχουν σε ένα συνέδριο για τον FCC, με τίτλο «Χαρτογραφώντας το άγνωστο: ερμηνεύοντας τα δεδομένα του LHC πέρα από τα ενεργειακά σύνορα» (Charting the Unknown: Interpreting LHC data from the energy frontier).
Με άλλα λόγια, οι συζητήσεις αφορούσαν την ερμηνεία των νέων δεδομένων σε ένα πλαίσιο πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής.

ν

ν

Και αυτό γιατί, παρά την ανακάλυψη του αποκαλούμενου –από μια υπεροπτική διάθεση– «Σωματιδίου του Θεού», δηλαδή του μποζόνιου Χιγκς τον Ιούλιο του 2012, το Στάνταρτ Μοντέλο απέτυχε να απαντήσει σε ορισμένα θεμελιώδη ερωτήματα, όπως τι είναι ο κόσμος που μας περιβάλλει, από πού προέκυψε και ποια είναι η αληθινή φύση του.
Όπως το θέτει ο Μίχαελ Μπενεντίκτ: «Η ανακάλυψη του μποζόνιου Χιγκς –που έχει μάζα κατά πολύ ελαφρύτερη από την προβλεπόμενη– δημιούργησε περισσότερα ερωτήματα απ’ όσα μπόρεσε να απαντήσει».
Για το λόγο αυτό, δύο χρόνια μετά, δηλαδή το 2014, ρίχτηκε η ιδέα της κατασκευής ενός μεγαλύτερου επιταχυντή.
Από ελληνικής πλευράς μίλησαν για τα προβλήματα αυτά ο Σάββας Δημόπουλος, καθηγητής Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, και η 37χρονη θεωρητική φυσικός Ασημίνα Αρβανιτάκη από το Perimeter Institute του Καναδά, η οποία έχει χαρακτηριστεί ως «η Ελληνίδα Αϊνστάιν».
ν

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) έχει ακόμα πολλές δουλειές να κάνει μέχρι το 2035 που θα τεθεί σε λειτουργία ο FCC. Photo: CERN. Πηγή: Supplied
ν

Οι εργασίες κατασκευής του μελλοντικού επιταχυντή θα διαρκέσουν περίπου δύο δεκαετίες με ημερομηνία ολοκλήρωσης του στόχου το 2035. Το έργο θα χρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση, το ύψος όμως του ποσού που θα απαιτηθεί παραμένει άγνωστο. Οπωσδήποτε θα είναι εξόχως υψηλό, αν σκεφτούμε ότι ο κατά δέκα φορές μικρότερος LHC στοίχισε 4,1 δισεκατομμύρια ευρώ τη δεκαετία του 1990.
Για τον μελλοντικό επιταχυντή εξετάζονται τρία διαφορετικά σενάρια για τον τύπο σύγκρουσης των σωματιδίων:
α) σύγκρουση αδρονίων (πρωτονίων-πρωτονίων και βαρέων ιόντων) όπως στον LHC
β) συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, όπως στον προηγούμενο LEP (Large Electron–Positron Collider) και
γ) συγκρούσεις πρωτονίων-ηλεκτρονίων.
Το επόμενο βήμα αναφορικά με τον FCC είναι να παραδοθεί μέχρι το 2018 μια λεπτομερής έκθεση σχεδιασμού του έργου προκειμένου να εγκριθεί από την επιτροπή Ευρωπαϊκής Στρατηγικής για τη Σωματιδιακή Φυσική.
ν

Σχηματικός χάρτης με τη σήραγγα μήκους 100 χλμ. του FCC. Photo: CERN. Πηγή: Supplied

ν

ν