CERN :Tο μεγαλο πειραμα

Όλα όσα πρέπει να ξέρετε για τον LHC και το πείραμα του CERN

12 Σεπτεμβρίου, 2008

Παρακάτω δίνονται μερικοί χρήσιμοι όροι και ενδιαφέροντα στοιχεία, σχετικά με το Μεγάλο Επιτχαχυντή Αδρονίων (LHC) και το πείραμα που διεξάγεται στο CERN:

CERN : το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών, οι εγκαταστάσεις του οποίου βρίσκονται κοντά στη Γενεύη, στα Γάλλο-Ελβετικά σύνορα
Σωματίδιο : Υπο-ατομικό στοιχείο – μικρότερο από το άτομο – με ορισμένη μάζα και φορτίο.

Αδρόνιο : Σωματίδιο με μάζα, αποτελούμενο από μικρότερες μονάδες που συνδέονται μεταξύ τους, με την ονομασία κυρκόνια (quark). Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια είναι τύποι Αδρονίων.
LHC : Ο Μεγάλος Υπερεπιταχυντής Αδρονίων του CERN που αναπτύσσεται τα τελευταία 20 χρόνια, με συνολικό κόστος 9 δισεκατομμύρια δολάρια. O κυκλικός επιταχυντής έχει μήκος 27 χλμ. και φιλοξενείται σε μια τεράστια σήραγγα στα έγκατα της γης, κάτω από τα σύνορα Ελβετίας – Γαλλίας.

Επιταχυντής Σωματιδίων : Μία μηχανή που χρησιμοποιείται για να επιταχύνει δέσμες σωματιδίων προς μία ορισμένη κατεύθυνση σε υψηλές ταχύτητες. Ο LHC είναι σήμερα ο μεγαλύτερος τέτοιος επιταχυντής. Όταν στον επιταχυντή δύο δέσμες σωματιδίων ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις με σκοπό τη σύγκρουση τους και την έκλυση ενέργειας από αυτή, το όργανο ονομάζεται Collider.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων θα επιδιώξει να αναδημιουργήσει τις συνθήκες έκλυσης ενέργειας κατά τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του σύμπαντος κατά τη διάρκεια του Big Bang (της Μεγάλης Εκρηξης) που πραγματοποιήθηκε πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, με στόχο την επίλυση τεσσάρων αινιγμάτων της επιστήμης της Φυσικής:

1. Επιβεβαίωση της ύπαρξης του μποζονίου Χιγκς (Higgs, από το όνομα του φυσικού Πίτερ Χιγκς που το πρότεινε το 1964), σωματίδιο που πολλοί ερευνητές έχουν μελετήσει, αλλά κανείς δεν έχει δει. Η επιβεβαίωση της ύπαρξής του μέσω του πειράματος θα ισοδυναμεί με τον εντοπισμό του ελλείποντος κρίκου στο καθιερωμένο μοντέλο στο οποίο βασίζεται η σύγχρονη φυσική επιστήμη και το οποίο εξηγεί γιατί η ύλη έχει μάζα. Η απουσία του θα κλονίσει τη θεωρία, αλλά υπάρχουν και άλλες δυνατές υποθέσεις: το μποζόνιο του Χιγκς δεν είναι στοιχειώδες αλλά σύνθετο σωματίδιο, ή πρέπει να αναζητηθεί σε μια άλλη διάσταση του διαστήματος, πέραν των τριών γνωστών.

2. Διερεύνηση της υπερσυμμετρίας, μιας έννοιας που επιτρέπει την ερμηνεία μιας από τις πιο περίεργες ανακαλύψεις των τελευταίων ετών, το συμπέρασμα ότι η ορατή ύλη δεν αντιπροσωπεύει παρά το 4% του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη (23%) και η σκοτεινή ενέργεια (73%) μοιράζονται το υπόλοιπο 96% τα σύμπαντος. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από υπερσυμμετρικά σωματίδια που ονομάζονται neutralinos.

3. Μελέτη του μυστηρίου της ύλης και της αντι-ύλης. Οταν η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη, παράγει ένα σωματίδιο και το είδωλό του, ένα αντι-σωματίδιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Οταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, αλληλοκαταστρέφονται παράγοντας μια μικρή λάμψη ενέργειας. Τη στιγμή του Big Bang, ύλη και αντι-ύλη παρήχθησαν σε ίσες ποσότητες. Αλλά το σύμπαν δεν αποτελείται παρά μόνο από ύλη. Κατά συνέπεια, πού βρίσκεται η αντι-ύλη; Ενας από τους ανιχνευτές του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα ανιχνεύσει ένα σωματίδιο που ονομάζεται meson b και αποτελείται από ένα quark b και το δίδυμό του αντι-ύλης.

4. Αναπαράσταση των συνθηκών που επικρατούσαν στο σύμπαν στα χιλιοστά του δευτερολέπτου που ακολούθησαν το Big Bang. Η ύλη υπήρχε τότε υπό μορφήν πηχτής και ζεστής σούπας, που ονομάζεται πλάσμα Quarks-γλουονίων. Κατά την ψύξη της , σωματίδια που ονομάσθηκαν quark σχημάτισαν μια συμπαγή μάζα πρωτονίων, νετρονίων και άλλων σύνθετων σωματιδίων. Ο Μεγάλος Επιταχυντής θα προκαλέσει ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις βαρέων ιόντων ανά δευτερόλεπτο, προκαλώντας στιγμιαία θερμοκρασίες 100.000 φορές υψηλότερες από τις επικρατούσες στον πυρήνα του Ηλιου. Οι συγκρούσεις θα απελευθερώσουν τα quark από το περίβλημά τους. Οι ερευνητές θα έχουν τη δυνατότητα να διαπιστώσουν τότε με ποιόν τρόπο αυτά τα απελευθερωμένα quark συγκολλούνται για να σχηματίσουν την ύλη.

Τέσσερις τεράστιοι ανιχνευτές, που βρίσκονται σε διαφορετικά σημεία του τούνελ, θα ανιχνεύουν οτιδήποτε ενδιαφέρον μπορεί να προκύψει από τις συγκρούσεις. Έχουν τα ονόματα «Άτλας» (θα αναζητήσει ίχνη νέων σωματιδίων, την καταγωγή της μάζας και τις άλλες διαστάσεις), «Αλίκη» (θα μελετήσει το πλάσμα quark-γλουονίων), CMS (θα «κυνηγήσει» το μποζόνιο του Χιγκς) και LHCb (θα προσπαθήσει να λύσει το μυστήριο της εξαφανισμένης αντι-ύλης).

Περίπου 9.000 φυσικοί σε όλο τον κόσμο, σε πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα, περιμένουν με αγωνία να αναλύσουν τα πρώτα στοιχεία που θα προκύπτουν σιγά-σιγά τους επόμενους μήνες, όσο θα αυξάνεται σταδιακά η ενεργειακή ισχύς των πειραμάτων, μέχρι που η ακτίνα πρωτονίων θα αγγίξει την ταχύτητα του φωτός και θα κάνει το γύρο των 27 χλμ του τούνελ περίπου 11.000 φορές μέσα σε ένα δευτερόλεπτο.
Η πλήρης λειτουργία του επιταχυντή δεν αναμένεται πριν από το 2010. Το κόστος του ηλεκτρικού ρεύματος δεν επιτρέπει τη λειτουργία του για διάστημα μεγαλύτερο των έξι μηνών το χρόνο. Αυτό σημαίνει ότι ο επιταχυντής θα σβήσει το Δεκέμβριο και θα ξανανάψει τον Απρίλιο.
Στις 3 Οκτωβρίου αναμένεται και η επίσημη παρουσίαση του Grid, του διεθνούς δικτύου των 60.000 υπολογιστών, οι οποίοι θα επεξεργάζονται τα 15 εκατομμύρια γιγαμπάιτ των δεδομένων που θα παράγει κάθε χρόνο ο επιταχυντής.
Είκοσι ευρωπαϊκές χώρες (μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα ως ιδρυτικό μέλος του CERN από το 1954) συνέβαλαν για την οργάνωση του πειράματος με τις επιστημονικές τους ομάδες.
giama.wordpress.com