Uzzināsim, kas veido tumšo matēriju? Lielais hadronu paātrinātājs atkal trieks kopā daļiņas
Foto: CERN

Pēc trīs gadus ilgušas pauzes, kuras laikā veikta plānveida apkope, kā arī uzstādīti vairāki jauni detektori, aktīvu darba posmu atsāks pasaulē iespaidīgākais daļiņu paātrinātājs – Eiropas Kodolpētniecības centra (CERN) pārraudzībā esošais Lielais hadronu pretkūļu paātrinātājs (LHC). Pandēmija darbus sabremzēja par veselu gadu, taču nu LHC uzlabojumi ir finiša taisnē, un pirmie daļiņu kūļi tiks palaisti jūnijā. Tuvāko gadu laikā iegūtie dati varētu mums sniegt atbildes uz vairākiem būtiskiem jautājumiem, tostarp par tumšo matēriju un Visuma eksistenci vispār.

close-ad
Saturs turpināsies pēc reklāmas
Reklāma

Ja ne Covid-19 pandēmija, tad LHC jau šobrīd atkal būtu savā aktīvajā darba fāzē, taču arī šim notikumam ir sava zelta maliņa. Proti, par vienu gadu ilgākā dīkstāve sniegusi iespēju mierīgā garā ieviest visus nepieciešamos uzlabojumus – gan korekcijas, gan arī preventībus mērus –, lai LHC bez problēmām varētu savu trešo darba cēlienu produktīvi aizvadīt līdz pat 2025. gadam.

Pašlaik noris pēdējās pārbaudes un testi, un pirmie kūļi tiks palaisti jūnijā. Ja viss noritēs gludi, tad pilnu jaudu LHC sasniegs jūlija beigās. Uzlabojumi ļaus LHC protonu staru enerģiju palielināt līdz iepriekš nebijušiem 6,8 teraelektronvoltiem (pirms tam maksimums bija 6,5 teraelektronvolti), liecina CERN vietnē publiskotā informācija. Tas, iespējams, pavērs jaunus apvāršņus un ļaus LHC detektoros fiksēt jauna tipa elementārdaļiņas, kuras pie mazākām enerģijām nevarēja detektēt.

Jāatzīmē, ka darbības atsākšana vēl nenozīmē, ka jau šogad gaidāmi kādi lieli atklājumi un paziņojumi. "Campus" nupat sarunā ar CERN fiziķi Andri Potrebko uzzināja, ka paies vairāki gadi, līdz tiks iegūtas nepieciešamās datu kopas. "Šobrīd vēl turpinām apstrādāt iepriekšējā darbības periodā iegūtos datus." Datu apjoms, protams, būs milzīgs, taču tie visi netiks fiksēti. "LHC rodas līdz pat 1,7 miljardiem sadursmju sekundē. Ir neiespējami saglabāt visus šos datus, tāpēc jābūt gudrai stratēģijai, kā no tiem "izlasīt" tos gadījumus, kas varētu būt interesanti un noderīgi," portālam "Live Science" norāda CERN fiziķe un Upsalas Universitātes asociētā profesore Rebeka Gonzalesa Suareza.

Uzzināsim, kas veido tumšo matēriju? Lielais hadronu paātrinātājs atkal trieks kopā daļiņas
Foto: CERN

Ko tieši CERN zinātnieki lūkos noskaidrot? Pētījumu virzieni ir daudzi. Ieskicēsim dažus no tiem. Vispirms jāatgādina, ka nupat ar interesantiem paziņojumiem par W bozona masu klajā nāca starptautiska zinātnieku komanda. ASV laboratorijā "Fermilab" ar vairs nefunkcionējošu paātrinātāju "Tevatron" iegūtie dati un to analīze liecina, ka W bozons ir ievērojami smagāks, nekā to paredz Standarta modelis – līdz šim viena no veiksmīgākajām fizikas teorijām. LHC jaunajā darbības posmā ievāktajiem datiem varētu būt liela loma šī atklājuma apstiprināšanā (vai tieši pretēji – atspēkošanā).

Tiesa, ja W bozons patiešām izrādīsies ievērojami smagāks, nekā to paredz Standarta modelis, tas vēl gluži nenozīmē, ka "daļiņu fizikas pamati ir sagrauti". "Es neteiktu, ka šis (atklājums, ka W bozons ir ievērojami smagāks par teorijā paredzēto) sagrautu visu, kas mums ir. Ir varianti, kā izskaidrot šo lielāko masu, piemēram, ar jaunām daļiņām. Šīs daļiņas vai nu mijiedarbojas pārāk vāji ar pašreiz zināmajām daļiņām, vai arī ir pārāk smagas, lai mēs ar LHC resursiem tās ieraudzītu. Mijiedarbojas ļoti vāji tādā ziņā, ka mēs tās vēl neesam atklājuši, citādi jau būtu tās fiksējuši. Ja tās parādās tikai vienā gadījumā no miljardiem, varbūt vienkārši esam palaiduši tās garām," sprieda Potrebko. Proti, runa būtu par modeļa papildināšanu, nevis pilnīgu pārrakstīšanu.

Uzzināsim, kas veido tumšo matēriju? Lielais hadronu paātrinātājs atkal trieks kopā daļiņas
Foto: CERN
Inženieri strādā pie viena no LHC detektoriem – CMS jeb "Compact Muon Solenoid".


Vēl viens interesants pētījumu virziens būs tumšās matērijas dabas izzināšana. Fiziķi zina, ka kosmosā noteiktās vietās ir akumulēta liela masa, kuru iespējams noteikt, bet nevar redzēt daļiņas, kas šo masu veido. LHC ieviesti arī divi jauni detektori, un viens no tiem varētu palīdzēt tieši šajā jautājumā – tas ir FASER jeb "Forward Search Experiment".

Uzzināsim, kas veido tumšo matēriju? Lielais hadronu paātrinātājs atkal trieks kopā daļiņas
Foto: CERN


Detektors atrodas apmēram puskilometru tālāk no lielākā LHC paātrinātāja detektora ATLAS. FASER nolūks būs mēģināt fiksēt līdz šim nepamanītas eksotiskas elementārdaļiņas, kuras var mērot salīdzinoši lielu attālumu, līdz sabrūk detektējamās daļiņās. Piemēram, tās varētu būt visai masīvas daļiņas, kas ļoti, ļoti vāji mijiedarbojas ar matēriju (un tāpēc ir grūti fiksējamas) un no kurām sastāv pagaidām vēl tik maz izzinātā tumšā matērija.

Fiziķi visai droši zina, ka tā tur ir (un veido daudz lielāku daļu Visuma kopējās masas nekā redzamā matērija), taču nezina, no kā tieši tumšā matērija sastāv.

Tāpat jaunums būs SND ("Scattering and Neutrino Detector") eksperiments. Neitrīno ir slaveni ar to, ka ir ārkārtīgi grūti detektējamas daļiņas, jo tās ļoti vāji mijiedarbojas ar matēriju. Šī iemesla dēļ tās bieži vien dēvē par "spoku" daļiņām. Tomēr tās ir izdevies fiksēt (pasaulē ir vairāki patiesi iespaidīga paskata neitrīno detektori), tāpat šīs izmanīgās daļiņas izdevies "noķert" arī nelielā LHC piloteksperimentā vēl pirms daļiņu paātrinātāja slēgšanas pirms remontdarbiem. Taču nu CERN zinātnieki prognozē, ka ar jaunajiem detektoriem laika posmā no 2022. līdz 2024. gadam varēs iegūt datus par vismaz 20 tūkstošiem neitrīno mijiedarbību un attiecīgi jau tikt pie plašas datu kopas šo gandrīz netveramo daļiņu analīzei.

Tāpat fiziķi lūkos tikt tuvāk atbildei uz, iespējams, pašu svarīgāko no jautājumiem – kāpēc Visums vispār eksistē tādā veidolā, kādu to novērojam šobrīd. Proti, tiek uzskatīts, ka mums zināmā Visuma pirmsākumos – Lielajā sprādzienā – matērija un antimatērija radās vienādā daudzumā. Teorijā šīm daļiņām, nonākot kontaktā, jānotiek anihilācijai – tā ir daļiņu un antidaļiņu savstarpējā iznīcināšanās. Un tomēr – mūsu Visums eksistē, un tajā ir matērija. Turpmākajos gados LHC ievāktie dati varbūt palīdzēs risināt šo vielas un antivielas daudzuma asimetriju Visumā.

LHC trešais aktīvās darbības posms ieplānots līdz 2025. gadam, kad paātrinātājs atkal uz laiku tiks slēgts, lai veiktu apkopi un uzstādītu iekārtas jauniem eksperimentiem.

Tags

Daļiņu fizika Fizika CERN Kvantu fizika Lielais hadronu paātrinātājs Rīgas Tehniskā universitāte Visums
Publikācijas saturs vai tās jebkāda apjoma daļa ir aizsargāts autortiesību objekts Autortiesību likuma izpratnē, un tā izmantošana bez izdevēja atļaujas ir aizliegta. Vairāk lasi šeit.

Comment Form