CERN je nedavno predstavio plan izgradnje novog akceleratora čestica koji će biti oko 4 puta duži u obimu od Velikog hadronskog sudarača (Large Hadron Collider, LHC) koji je dug 27 kilometara i trenutno je najveći svjetski sudarač. Novi akcelerator bi trebao biti i oko šest puta snažniji.
CERN (franc. Conseil européen pour la recherche nucléaire) Evropsko vijeće za nuklearna istraživanja je najveća evropska laboratorija za fiziku čestica, a nalazi se u mestu Meyrin, u blizini Ženeve, Švicarska. Dok se glavne zgrade ove institucije nalaze u Švicarskoj, glavi eksperimentalni dio – sudarač čestica zvani Veliki hadronski sudarač (Large Hadron Collider-LHC) nalazi se oko 100m ispod zemlje u cirkularnom tunelu dugom 27 kilometara. Ovaj tunel se proteže kroz Švicarsku i Francusku.
Institucija je najpoznatija po tome što su 2012. detektovali dugo predviđanu česticu Higgsov bozon, „Božiju česticu“ kako ju je nazvao fizičar Leon Lederman, a koja je odgovorna za masu ostalih elementarnih čestica. Pored ovoga, CERN je ranije zabilježio niz značajnih detekcija iz svijeta fizike čestica, kao što su W i Z bozoni, a ova institucija je i „rodno mjesto“ World Wide Web.
CERN je dom nekoliko važnih eksperimenata, koji se provode ili će se provoditi: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf i TOTEM. Upravo je detektor CMS – Kompaktni mionski solenoid bio onaj gdje je otkriven Higgsov bozon. Međutim, za dalja istraživanja, ovoj instituciji je potreban veći sudarač čestica.
Plan za izgradnju novog sudarača: dvije etape
CERN je opisao plan za izgradnju novog sudarača u tehničkom izvještaju objavljenom 15. januara. Već neko vrijeme se zna da CERN želi graditi veći sudarač, ali nisu bili poznati detalji tehničke izvedbe i performanse novog projekta.
Vijeće CERN-a , tijelo koje nadgleda ovu naučnu instituciju u junu je dalo preliminarnu potvrdu za izgradnju 100 kilometara dugog nasljednika Velikog hadronskog sudarača. CERN se nada da će prikupiti 21 milijardu eura za izgradnju svog novog kružnog sudarača čestica, čija bi izgradnja trebala početi oko 2038. Taj sudarač bi prvo bio korišten za sudare elektrona s pozitronima kako bi se proizveli bezbrojni Higgsovi bozoni. Novi tunel bi se kasnije mogao ponovo upotrijebiti za još snažniji proton-protonski sudarač koji bi u načelu mogao otkriti posve nove čestice. Čini se da je ovaj detektor u konkurenciji pobijedio druge, uključujući linearni elektronsko-pozitronski sudarač i još neke projekte.
Dr Daniel Denegri, naučnik s CERN-a, uključen u CMS eksperiment i tim koji je detektovao Higgsov bozon, za Glas Amerike potvrđuje planove CERN-a. „Već godinama su u kompeticiji dva tipa projekata: linearni sudarači - projekti International Linear Collider-ILC i Compact Linear Collider-CLIC te cirkularni Future Circular Collider (FCC)“, kaže Denegri.
Potencijal cirkularnog sudarača je znatno veći, mjereno brojem Higgsovih bozona koji bi nastajali u sudarima unutar te mašine na godišnjem nivou. Linearni sudarači proizvode oko 10 000 do 20 000 ovih čestica godišnje, a cirkularni 80 000 do 100 000. Također, cirkularni sudarači mogu podržati više eksperimenata istodobno – čak do 4, dok linearni podržavaju svega jedan. Međutim, cirkularni sudarači troše više energije, odnosno struje, i potrebno je izgraditi novi tunel, obima oko 100 km da bi dobili ono što želimo od cirkularnog sudarača. Linearni sudarač može početi s oko 15km dugim tunelom, a onda ga postepeno povećavati na 30 i cak 50 km za CLIC sudarač.
„Po meni, sadašnja izjava ipak favorizira ambiciozniji projekat koji zahtjeva znatnu inicijalnu investiciju za 100 km dugi cirkularni tunel u koji bi mogao poslije doći proton-proton sudarač na najvišoj energiji koja bi se mogla postici, recimo 100 TeV-a“, objašnjava Denegri, dodajući kako bi u početnoj fazi, što je prvih desetak godina, tu bio smješten elektron-pozitron (e+ e-) sudarač, popularno nazvan „Higgs factory“ sudarač. „Ovaj projekat bi osigurao dugotrajnu premoć CERN-a i Europe kroz najveći dio 21. stoljeća u ovoj domeni“, kaže Denegri.
Koliko bi novi sudarač bio jači?
LHC, sadašnji proton-proton sudarač CERN-a, koji sada dostiže energije sudara od oko 14 TeV (teraelektronvolti) trenutno je najmoćniji akcelerator na svijetu. Međutim, s izgradnjom novog akceleratora koji bi kasnije bio zamijenjen snažnijim proton-proton sudaračem, energije sudara kasnije u toku ovog stoljeća bi mogle iznositi i 100 teraelektronvolta. Ovo znači da bio novi sudarač bio oko 7 puta jači, tj. sudari bi se dešavali na oko 7 puta većim energijama.
Dosta zemalja unutar CERN kolaboracije naginje cirkularnom FCC sudaraču i po svemu sudeći, to je dizajn koji će zamijeniti sadašnji LHC. Njemačka je dugo vremena bila na strani ILC jer je dobar dio tehnologije potrebne za njega već razvijen u Deutsches Elektronen-Synchrotron – DESY.
„Projekt CLIC se uopće ne spominje, a projekt ILC se više spominje kao mogući vanjski projekt s Japanom ili Kinom, ali u kojem CERN ne bi imao vodeću ulogu. Lično ne mislim da će se Japan ili Kina u to upustiti“ dodaje dr Denegri za Glas Amerike.
Za ovaj poduhvat, CERN će morati tražiti nove izvore finansiranja, jer redovne članarine od zemalja koje su u CERN-saradnji nisu dovoljne da se pokrije ovaj gargantuanski projekt. Neki, pak smatraju kako sada nije vrijeme za ovako velika ulaganja i kako još nema naučnog potencijala za izgradnju ovakvih sudarača te kritikuju potez CERN-a. Ipak, s obzirom na to da bi ovakav projekat dugoročno za CERN i Evropu značio praktično i prevlast u domeni fizike čestica, pa i više mjesta za nove mlade naučnike, treba pozdraviti izgradnju i ulaganja u CERN.
