Didžiausio ir galingiausio pasaulyje dalelių greitintuvo darbas buvo atnaujintas balandį, po trejų metų pertraukos. Per šį laiką jis buvo modernizuotas, ruošiantis trečiam eksperimentų etapui.

Nuo antradienio LHC bus paleistas rekordine 13,6 trln. elektronvoltų galia ir turėtų tokiu režimu nepertraukiamai veikti beveik ketverius tolesnius metus, praeitą savaitę per spaudos konferenciją pranešė Europos branduolinių tyrimų organizacija (CERN).

Eksperimentai greitintuve atliekami įsukant du protonų pluoštus priešpriešinėmis kryptimis iki beveik šviesos greičio ir nukreipiant juos susidurti. Dalelės skrieja 27 km ilgio žiediniu tuneliu, įrengtu 100 metrų gylyje po žeme abipus Šveicarijos ir Prancūzijos sienos.

Dalelių susidūrimų rezultatai užfiksuojami virtinės jutiklių kompleksų – tarp jų ATLAS, CMS, ALICE ir LHCb, o sukauptus duomenis analizuoja tūkstančiai mokslininkų. Tikimasi, kad padidinus greitintuvo energijos lygį pavyks rasti atsakymų į klausimus, susijusius su tamsiąją medžiaga, tamsiąja energija ir kitomis kosmologinėmis problemomis.

1,6 mlrd. susidūrimų per sekundę

„Siekiame gauti 1,6 mlrd. protonų susidūrimų per sekundę“, – atliekant ATLAS ir CMS eksperimentus, sakė CERN greitintuvų ir technologijų vadovas Mike'as Lamontas (Maikas Lamontas).

Šįkart protonų pluoštai bus sufokusuoti iki mažiau kaip 10 mikronų skersmens, siekiant padidinti susidūrimų intensyvumą, pridūrė jis. Žmogaus plauko storis yra apie 70 mikronų.

Naujas energijos lygis leis mokslininkams toliau tyrinėti Higgso bozoną, kuris šiame greitintuve buvo pirmąkart užfiksuotas 2012 metų liepos 4-ąją.

Šis atradimas fizikams buvo itin svarbus, nes bozonas atitinka vadinamąjį Standartinį modelį – šiuo metu vyraujančią teoriją apie visas medžiagą sudarančias fundamentaliąsias daleles ir jas veikiančias jėgas.

Tačiau keli pastarojo meto eksperimentai iškėlė klausimų dėl Standartinio modelio, o modernizuotas LHC leis daugiau sužinoti apie Higgso bozoną.

„Higgso bozonas susijęs su kai kuriais svarbiausių mūsų dienomis dar neatsakytų fundamentaliosios fizikos klausimų“, – sakė CERN generalinė direktorė Fabiola Gianotti (Fabiola Džanoti), prieš dešimtmetį pirmoji paskelbusi apie šios dalelės atradimą.

Palyginus su pirmąja bandymų serija, per kurią buvo atrastas bozonas, šįkart protonų susidūrimų intensyvumas bus apie 20 kartų didesnis.

„Tai reikšmingas padidėjimas, atveriantis kelią naujiems atradimams“, – teigė M. Lamontas.

CERN tyrimų ir kompiuterijos vadovas Joachimas Mnichas savo ruožtu sakė, kad mokslininkams rūpi rasti atsakymus į daugiau klausimų, susijusių su Higgso bozonu.

„Ar Higgso bozonas iš tikrųjų yra fundamentalioji dalelė, ar ji yra sudėtinė? – klausė jis. – Ar yra tik viena Higgso tipo dalelė, ar galbūt esama kitų?“

Naujas fizikos sezonas

Per ankstesnius eksperimentus buvo nustatyta Higgso bozono masė, taip pat daugiau kaip 60 sudėtinių dalelių, nuspėtų pagal Standartinį modelį, kaip antai, tetrakvarkas.

Tačiau CERN teorinės fizikos departamento vadovas Gianas Giudice (Džanas Džudičė) sakė, kad stebėti daleles tėra dalis darbo.

„Dalelių fizika nori suprasti ne vien kaip – mūsų tikslas suprasti kodėl“, – pabrėžė jis.

Vienas iš devynių LHC eksperimentų yra ALICE, per kurį tiriama, kokios sąlygos galėjo būti per pirmąsias 10 mikrosekundžių po Didžiojo sprogimo. Tuo metu LHCf modulis naudoja protonų susidūrimus kosminiams spinduliams imituoti.

Po dabartinės eksperimentų serijos greitintuvas bus vėl įjungtas 2029 metais ir bus pervadintas Didelio šviesio LHC. Juo aptinkamų įvykių kiekis turėtų padidėti dešimteriopai.

Be to, mokslininkai planuoja Ateities žiedinį priešpriešinių srautų greitintuvą – 100 km ilgio žiedą, kuriame tikimasi pasiekti net 100 trln. elektronvoltų galią.

Tačiau kol kas fizikai nekantriai laukia LHC trečiosios eksperimentų serijos rezultatų.

„Prasideda naujas fizikos sezonas“, – sakoma CERN pranešime.

Europos branduolinių tyrimų organizacijos (CERN) pareigūnai supažindino su studija, apžvelgiančia galimybes pastatyti Ateities žiedinį priešpriešinių dalelių srautų greitintuvą (Future Circular Collider), įrengtą 100 km ilgio žiediniame tunelyje. Planuojama, kad šis įrenginys galėtų pradėti veikti 2040 metais.

Jis būtų įrengtas šalia dabartinio 27 km ilgio Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo (Large Hadron Collider, LHC), esančio netoli Ženevos. LHC labiausiai žinomas kaip įrenginys, 2012 metais padėjęs mokslininkams patvirtinti gravitacinę sąveiką lemiančios dalelės – Higso bozono – egzistavimą.

Pareigūnai tikisi, kad CERN 22 narės per kelerius ateinančius metus apsispręs dėl naujojo projekto – pastatyti pirmąjį elektronų ir pozitronų priešpriešinių srautų greitintuvą. Prognozuojama, kad šis projektas gali kainuoti 9 mlrd. eurų.

Kaip veikia Didysis hadronų greitintuvas (LHC)? Paprastai kalbant, aukštos energijos dalelių srautai keliauja Greitintuvo vamzdžiuose beveik šviesos greičiu. Vienas srautas keliauja pagal laikrodžio rodyklę, kitas – prieš. Srautai keliauja absoliučiame vakuume. Kadangi LHC yra žiedo formos, dalelių kelią reguliuoja bei jas suspaustas kartu laiko specialūs superlaidūs magnetai. Pasiekus tam tikrus punktus (kaip ATLAS), srautai susiduria. Tada kompiuteriai, o paskui – ir mokslininkai analizuoja gautus duomenis. LHC pastatytas giliai po žeme, ant Prancūzijos ir Šveicarijos sienos, Ženevos pakraštyje.

CERN 2012 m. buvo atrastas Higgso bozonas, tačiau tai – tik darbų pradžia.

LHC neveikė beveik dvejus metus, tuomet buvo keičiamios ir naujinamos įvairios dalys. Balandžio pradžioje paskelbta apie aparato paleidimą. Čia dirbantys geriausi pasaulio mokslininkai jau pasirengę ieškoti naujų dalelių ir įminti dar daugiau Visatos paslapčių.

Kviečiame pasidairyti po CERN „Control Centre“ ir ATLAS eksperimento pastatus. Ir sužinoti, kaip jie prisideda prie visos LHC veiklos.

„Control Centre“

„Control Centre“ kontroliuojami pagrindiniai eksperimentai – LHC, CRYO, PS ir TI. Pastatas gerokai nutolęs nuo kitų, yra pastatytas Prancūzijos, o ne Šveicarijos teritorijoje. Taip esą nuspręsta padaryti dėl labai paprastos priežasties – finansų. „Čia taip pat prižiūrima visa techninė infrastruktūra: palaikoma reikiama temperatūra, gaisrinė sauga ir t. t.“, – LRT.lt pasakoja CERN nuo 1983 m. dirbantis inžinierius Django Manglunki.

Nors pagrindinis kontrolės kambarys įrengtas neseniai, patalpos, kur saugomi serveriai ir pan., pastatytos ir įrengtos aštuntajame dešimtmetyje.

Didžiąją dalį kontrolės atlieka kompiuteriai, tačiau visus galutinius sprendimus priima mokslininkai, kurie dirba 24 val. per parą.

„Pavyzdžiui, negalime 100 proc. pasitikėti kompiuteriais, kai reikia pranešti, ar žmonės gali leistis į požemį, ar tuo metu nėra paleisti dalelių srautai, o kartu užtikrinti, kad jie [srautai] nebūtų paleisti, kol požemiuose dirba žmonės. Kitaip sakant, yra mokslininkas, kuris ranką visada laiko ant kompiuterio pelės“, – aiškina D. Manglunki.

Kambaryje sudėlioti šampano ir vyno buteliai – už kiekvieną pasiekimą: kiekvieną sėkmingai įjungtą aparatą, įvykdytą eksperimentą ar atradimą. „Už visus pirmus kartus. Visada surandame progą išgerti šampano“, – juokauja mokslininkas.

D. Manglunki pasakoja, kad sudėtingiausia jo darbo dalis yra ta, jog kiekvienas CERN veikiantis aparatas yra praktiškai savo paties prototipas. „Todėl dirbti su jais tikrai nėra lengva. Išnaudojame visas įmanomas jų galimybės, tai, žinoma, reiškia, kad visada rizikuojame ir susiduriame su nesklandumais. Įsivaizduokite, kad turite formulės bolidą. Didžiąją laiko dalį jis praleis garaže, kur inžinieriai keis ratus, reguliuos tą ar aną. Galima sakyti, tai yra tai, ką mes ir darome „Control Centre“. Greitintuvas – labai sudėtingas aparatas, prie kurio nuolat dirba geriausi specialistai“, – tikina jis.

Pasak D. Manglunki, jo ir kolegų moto – „Mąstyk kaip protonas – visada būk teigiamas“.

ATLAS eksperimentas

ATLAS yra vienas iš punktų, kuriuose įvyksta ir fiksuojami dalelių srautų susidūrimai. Tai – tarsi milžiniška itin galinga kamera. ATLAS turi daug tikslų: nuo naujų dalelių iki naujų dimensijų ar dalelių, kurios galimai sudaro tamsiąją medžiagą, paieškų. Prie šio eksperimento dirba apie 3 tūkst. mokslininkų iš 38 pasaulio valstybių.

100 metrų po žeme pastatytas ATLAS yra didžiausias kada nors sukonstruotas tokio pobūdžio aparatas – jis sveria apie 7 tūkst. tonų.

„Nuvilsiu, nepastatėme milžiniško aparato po žeme, vietoje to tiesiog sumažiname žmones, todėl ATLAS ir atrodo toks milžiniškas“, – juokaudamas įspėja amerikietis fizikas Stevenas Goldfarbas.

Norintiems patekti į CERN požemius nustatytos griežtos taisyklės. Požemyje žmonių negali būti, kai aparatai įjungti, kai vyksta eksperimentai. Net prie išjungtų aparatų galima praleisti tik iki 30 minučių. LRT.lt žurnalistus lydintis S. Goldfarbas su savimi nešasi dozimetrą.

„Jeigu atidaryčiau bent vienas čia esančias duris, kol LHC veikia, jis išsijungtų. Tiek mažai tereikia“, – sako fizikas. Todėl visai nestebina faktas, kad kiek mažiau nei prieš savaitę LHC buvo išjungtas dėl į vieną iš transformatorių įlindusios kiaunės.

S. Goldfarbas pasakoja, kad eksperimento metu per sekundę įvyksta apie 40 mln. dalelių susidūrimų. 

„Įsivaizduokite, kiek duomenų surenkame. Sakykime, vienas petabaitas per sekundę. Žinoma, žmonėms neįmanoma apdoroti tokių duomenų kiekių, todėl juos pirmiausiai „sukramto“ kompiuteriai. Mokslininkai tiesiog nurodo jiems, kas yra įdomu, ką reikia saugoti ir pateikti tolimesniems tyrinėjimams. Kompiuteriai negali nusakyti, kas atsitiks kiekvieną kartą įvykus susidūrimui, bet gali pateikti tikslias tikimybes“, – LRT.lt aiškina S. Goldfarbas. Ir priduria, kad kaskart paleidžiant greitintuvą iš naujo, susidūrimų kiekiai didėja.

„Nors Higgso bozono atradimas buvo nuostabus įvykis, mokslininkai privalėjo judėti toliau. Pasidžiaugėme, dabar tai priimame kaip faktą, o Higgso bozoną naudojame kaip įrankį tolimesniems tyrinėjimams. Turime daug neatsakytų klausimų, į kuriuos nekantraujame atsakyti. Mane labiausiai domina tamsioji medžiaga, kuri galimai sudaro absoliučią daugumą Visatos“, – teigia mokslininkas.

S. Goldfarbas ne tik atlieka fundamentinius tyrimus, bet ir aktyviai populiarina mokslą. „Skaityti paskaitas vaikams man yra pats įdomiausias dalykas. Vaikai visada užduoda geriausius klausimus“, – sako fizikas.

Jo žodžiais, mokslininkai dažniausiai būna intravertai, jiems sunku bendrauti su kitais, todėl atsiranda spraga tarp visuomenės ir mokslininkų. „Man pačiam reikėjo per save perlipti, kad galėčiau daryti tai, ką darau dabar“, – sako S. Goldfarbas.

Jis priduria, kad mielai bendradarbiautų ir su Lietuvos mokslo įstaigomis.

„Jeigu Lietuvoje yra klasių, kurios norėtų mano ar kitų čia dirbančių mokslininkų paskaitų, tiesiogiai transliuojamų iš ATLAS eksperimento vietos, aš mielai tai padaryčiau. Jiems tereikia su mumis susisiekti“, – ragina fizikas.

S. Goldfarbas taip pat laisvalaikiu su draugais mokslininkais groja bliuzo grupėje „Canettes Blues Band“. Jis juokauja, kad darbas CERN – tik tam, kad galėtų apmokėti sąskaitas, o jo tikroji aistra yra bliuzas.

Didžiausias pasaulyje dalelių greitintuvas sekmadienį vėl buvo paleistas po dvejus metus trukusių patobulinimų, kurie sudarys sąlygas fizikams tyrinėti dar netyrinėtus kampelius to, kas sudaro mūsų Visatą, įskaitant tamsiąją materiją ir antimateriją.

„Po dvejų intensyvaus remonto metų ir kelių pasirengimo paleisti iš naujo mėnesių Didysis hadronų greitintuvas (LHC), galingiausias dalelių greitintuvas pasaulyje, vėl veikia“, – paskelbė Europos branduolinių tyrimų organizacija (CERN).

Eksperimentais šiame greitintuve buvo siekiama per elementariųjų dalelių – visos materijos „statybinių blokų“ – ir jas valdančių jėgų tyrimus išsiaiškinti, kaip atsirado Visata.

2012 metais LHC buvo panaudotas įrodant, kad egzistuoja Higgso (Higso) bozonas, dalelė, kuri suteikia masę. Šie tyrimai 2013 metais pelnė Nobelio fizikos premiją dviem mokslininkams, kurie dar 1964-aisiais sukūrė teoriją apie vadinamosios Dievo dalelės egzistavimą.

Patobulinimais, dėl kurių LHC buvo uždarytas 2013 metų vasarį, buvo siekiama beveik dvigubai padidinti maksimalų greitintuvo pajėgumą.

Ankstesnė maksimali jo galia buvo 8 teraelektronvoltai (TeV), pasiekti 2012-aisiais, bet po dvejų rekonstrukcijos metų jis iš pradžių pasieks 13 TeV, o potencialiai galės pasiekti maksimalų 14 TeV lygį.

Anksčiau CERN sakė, kad jei paleidimas eisis gerai, „13 TeV energijos“ dalelių susidūrimai galėtų prasidėti jau birželį.

Anatolijus Petrovičius Bugorskis – rusų mokslininkas, garsus tuo, kad yra vienintelis žmogus istorijoje, įkišęs galvą į dalelių greitintuvą. Neįtikėtina, tačiau jis liko gyvas, nors patyrė labai rimtų sužalojimų.

A. Bugorskis buvo Didelės energijos fizikos instituto Protvine (Maskvos apskritis, Rusija) tyrėjas ir dirbo su sovietiniu dalelių greitintuvu "Synchotron U-70". 1978 m. liepos 13 d. A. Bugorskis apžiūrinėjo ir tikrino, kodėl greitintuvas staiga nustojo veikęs. Kai vyras pasilenkė pažiūrėti iš arčiau, jo galva įstrigo toje greitintuvo kameroje ir į ją pataikė protonų spindulys. Tyrėjas tą akimirką prisimena kaip "šviesesnę už tūkstančius saulių", tačiau fizikas tvirtino skausmo nejutęs.

Prieš pasiekdamas A. Bugorskio galvą, protonų spindulio koeficientas siekė 2000 grėjų, o persmelkus galvą – 3000 grėjų. Grėjus (angl. "gray") absorbuotos jonizuojančios spinduliuotės vienetas SI sistemoje. Vienas grėjus prilygsta vienam spindulinės energijos džauliui, kurį absorbuoja 1 kilogramas medžiagos.

Kad būtų aiškiau, "Todayifoundout.com" pateikia analogą iš rentgenologijos: bet kada gauta 5 grėjų dozė reiškia, kad žmogus per 14 dienų mirs. A. Bugorskio apšvitos dozė šią ribą viršijo kelis šimtus kartų. Tiesa, A. Bugorskis buvo pirmasis žmogus, kuris buvo apšvitintas beveik šviesos greičiui skriejusių protonų spinduliu.

Kaip matyti titulinėje iliustracijoje, spindulys pirmiausiai persmelkė mokslininko pakaušį, visą kaukolę ir išlindo maždaug ties nosimi. Netrukus po šio incidento pusė A. Bugorskio veido neatpažįstamai sutino. Vyriškis buvo skubiai nuvežtas į ligoninę – tokio atvejo medicinos istorijoje dar nebuvo. Gydytojai buvo įsitikinę, kad pacientas netrukus mirs, o geriausiu atveju išgyvens keletą dienų.

Per keletą dienų oda tose galvos vietose, kurias persmelkė protonų spindulys, nusilupo. Spindulys pradegino kaukolės ir smegenų audinius kiaurai. Tačiau A. Bugorskis liko gyvas ir tragediją atlaikė stebėtinai stipriai.

Nors protonų spindulys pažeidė smegenis, intelektiniai A. Bugorskio gebėjimai nesumenko ir liko tokie pat, kokie buvo iki incidento. Keletas neigiamų šalutinių poveikių grėsmės gyvybei nekėlė. Vyriškis apkurto kairiąja ausimi ir nuo tada ta ausimi nuolatos girdi triukšmą. Per porą metų A. Bugorskiui paralyžiavo kairiąją veido dalį. Mokslininką protinis darbas po šio įvykio pradėjo pastebimai varginti, retkarčiais vyrą ištikdavo absanso (arba mažieji epilepsijos) ir epilepsijos priepuoliai, nors dabar jų nebepasitaiko.

Keisčiausias šalutinis efektas, primenantis apie šiurpų incidentą, matyti pažvelgus į A. Bugorskio veidą. Dešinioji jo pusė atrodo kaip normalaus pagyvenusio amžiaus vyriškio veidas. O štai kairioji atrodo taip, tarsi ją prieš 19 metų kas būtų "įšaldęs laike".

Papildoma informacija

• Absanso priepuolių metu asmuo netikėtai "išsijungia", netenka amo ir tiesiog spokso į tuštumą. Jokių traukulių ar spazmų nebūna. Ištikti absanso, žmonės dažniausiai be tikslo vaikšto iš vienos vietos į kitą.
• Sinchotronas – ciklinis dalelių greitintuvas, kuriame magnetinis laukas ir elektrinis laukas sinchronizuoja dalelių spindulio trajektoriją: magnetinis laukas išjudina daleles, o elektrinis laukas jas įgreitina.
• Po šio incidento A. Bugorskis apgynė daktaro disertaciją ir ilgus metus dirbo mokslinį darbą. 1996 m. jis pateikė prašymą pripažinti neįgalumą, kad nemokamai gautų medikamentų nuo epilepsijos. Tačiau jo prašymo medicininė komisija nepatenkino.
• A. Bugorskis yra vedęs Verą Nikolajevną, sutuoktiniai išaugino sūnų Piotrą.