Mozaik

CERN

Crna rupa u domaćoj radinosti

Kao i druga tehnološka i naučna dostignuća, poput prve parne lokomotive ili atomskog reaktora, apokaliptične strahove izaziva i novi akcelerator koji fizičari pokreću ovog leta u CERN-u, kod Ženeve. Koliko je opravdana strepnja da Veliki sudarač hadrona, najsloženija i najveća mašina koju je čovek dosad napravio, može uništiti dobar komad Univerzuma

Crna rupa u domaćoj radinosti 1

Ako fizičari u postrojenju iznad Ženevskog jezera sledećeg meseca naprave crnu rupu, setićete se ovog teksta. To bi mogao biti testamentaran autorski izazov, kad tih nekoliko milijarditih milijarditih delova sekunde koje bi vam preostale ne bi značili da bi to bio definitivni sudnji dan, odnosno da u slučaju ostvarenja ovog gotovo apsolutno nemogućeg i izuzetno morbidnog scenarija posle ne bi bilo ama baš ničeg, osim možda onog sveopšteg suđenja koje prognozira Jovanovo Otkrovenje, ako se uopšte nađe ikakva lokacija gde bi se ono moglo održati.

Ako stvari baš toliko krenu po zlu, ne samo da ne bi bilo prostora i svega što on podrazumeva, već ni vremena u kome bi se išta moglo potom analizirati, a posebno ne kako vam je sva ta nevolja odranije najavljena u "Vremenu". Uz to, u crnoj rupi bi iščezli ne samo ljudi, planeta Zemlja i Sunce već i dobar komad naše galaksije, znatno veći od Sunčevog sistema.

Da li su ljudi zaista u stanju da naprave toliku nezgodu? Crna rupa, kao jedno od mogućih stanja u kojima masivne zvezde provode svoju penziju posle milijardama godina duge evolucije, obično se naziva prostorno-vremenski singularitet i podrazumeva deo prostora gde je gravitaciono polje toliko jako da čak ni svetlost ne može da ga napusti, odnosno da izađe izvan onoga što se naziva horizontom događaja, zbog čega su takvi objekti još u XVII veku dobili ime tamne zvezde, što je sa Anjštajnovom teorijom relativnosti postalo crna rupa.

Pojedini teoretičari već izvesno vreme spekulišu da jedan takav objekat može nastati ne samo urušavanjem zvezde izuzetne mase u sebe samu, već i u događajima kao što je sudar dva izuzetno brza snopa protona. Takvi sudari će se događati na novom akceleratoru koji je Evropska organizacija za nuklearna istraživanja, poznata po svom akronimu CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) izgradila u tunelu dugom 27 kilometara, na dubini od 100 metara ispod tla na švajcarsko-francuskoj granici o kome je "Vreme" više puta pisalo.

BUĐENJE DŽINA: Posle 14 godina iščekivanja da novi akcelerator proradi, poslednjih dana u javnosti ga pojačano prate razni katastrofični scenariji, koji se objavljuju čak i u domaćim medijima. Koliko je opravdan strah da Veliki sudarač hadrona, LHC (Large Hadron Collider), može stvoriti crnu rupu?

CERN je najavio da će LHC biti pokrenut za nekoliko nedelja, tokom ovog avgusta, ali fizičari nisu zabrinuti. Više od 3000 naučnika i drugih radnika zaposlenih u CERN-u, koji je pravi mali naučni grad, kao i više od 6500 gostujućih naučnika iz oko 80 zemalja sveta jesu uzbuđeni, ali ne zbog straha od crne rupe, već zbog konačnog otvaranja najsloženije i najveće mašine koju je čovek ikada napravio.

Akceleratori su, inače, ubrzivači čestica, koji im energiju dodaju najčešće u kruženju pomoću jakih magnetnih polja, a LHC je najveći takav instrument. U njegovom kružnom kanalu ubrzavaće se protoni do energije od 7 TeV, što je energija kakva nije mogla da se dostigne nikada pre.

Dva ubrzana snopa protona će se sudarati, a potom će niz detektora koji su izgrađeni u tunelu, snimati čestice koje su nastale sudarom. U svakoj sekundi će se dogoditi 800 miliona sudara ubrzanih snopova, a u svakom sudaru oslobađaće se energija od 14 TeV, koja je dovoljna za nastanak svakojakih egzotičnih i dosad neuhvaćenih čestica. Prethodni CERN-ov akcelerator LEP dostizao je na "vrhuncu karijere" energije sudara koje su oko 100 puta niže.

Crna rupa u domaćoj radinosti 2
AVANTURA VELIKOG SUDARAČA: Zgrada za konferecnije u CERN-u;…

BEZBEDNOSNA KULTURA: Isprva će se snopovi ubrzavati do energija od 5 TeV, ali će, pre toga, naučnici na ohlađenom akceleratoru obaviti više od 1400 testova kojima će proveriti da li svi delovi postrojenja rade kako je predviđeno. Veliki deo ovih testiranja i proba će još jednom proveriti ukupnu bezbednost mašine.

"Sve druge potencijalne opasnosti vezane za visoki nivo zračenja u podzemnim halama gde su smešteni detektori, kao i za sile koje se pojavljuju pri hlađenju superprovodnih magneta, do temperatura koje su samo nekoliko stepeni iznad apsolutne nule, dobro su istestirane i pod kontrolom na osnovu dugogodišnjih iskustava sa takvim eksperimentima", kaže za "Vreme" profesor doktor Dragan Popović sa Instituta za fiziku u Zemunu, koji vodi istraživačku grupu na ATLAS eksperimentu, jednu od dve grupe srpskih istraživača koji rade u CERN-u (videti okvir).

Crna rupa u domaćoj radinosti 3
…tunel dug 27 km;…

Inače, bezbednosna kultura u ovoj organizaciji je gotovo zapanjujuća. Kad smo, prošle jeseni, tokom posete koju je organizovalo Društvo fizičara Srbije, obišli akceleratorski tunel i detektore CMS i ATLAS ("Vreme", broj 877), naši domaćini su prvo brinuli o bezbednosti posetilaca, pa potom o svemu ostalom.

Vrlo je nepristojno, pa i gotovo nemoguće, biti viđen bez šlema bilo gde na akceleratorskom sistemu, a u samom krugu CERN-a svuda se mogu pročitati višejezična uputstva koja upozoravaju i na najočiglednije opasnosti, kao što je bacanje plamena ili sipanje kiseline u odvod. S druge strane, čitav niz elektronskih sistema na akceleratoru i njegovim detektorima stara se o bezbednosti, što je posao koji, inače, obavljaju i srpske grupe u CERN-u.

Crna rupa u domaćoj radinosti 4
…prsteni detektora ATLAS

TAJNO GLASANJE: Da li toj vrsti brige na svim nivoima projekta ipak može da promakne jedna sasvim mala, majušna crna rupa? "Neke teorije ekstra dimenzija spekulišu da bi u sudarima čestica na LHC energijama mogle da se pojave mini crne rupe", kaže Popović, dodajući da se tako nazivaju jer bi po svojim dimenzijama bile uporedive sa dimenzijama elektrona.

"Takve crne rupe bi bile nestabilne, vrlo brzo bi izračile česticu i nestale. To znači da bi one same za sebe bile vrlo destruktivne i kao takve bezopasne. Ali, ako bismo to videli na LHC-u, to bi moglo da otvori novo poglavlje u fizici čestica", smatra Popović. Ma kako ta verovatnoća bila mala, sigurnost sudara u tom smislu nedavno je iznova analizirala Grupa za sigurnost LHC-a (LHC Safety Study Group), koju su činili naučnici iz CERN-a, sa Univerziteta u Kaliforniji i Instituta za nuklearne nauke Ruske akademije nauka.

Grupa je na zahtev Saveta CERN-a, koji upravlja ovom ustanovom, ponovo razmotrila i dopunila rad trojice nemačkih naučnika – Benjamina Koha, Markusa Blajhera i Horsta Štekera "Exclusion of black hole disaster scenarios at the LHC" iz 2003. godine. Grupa je, razmatrajući i nova saznanja, analizirala više katastrofičnih scenarija (videti okvir), da bi zaključila kako sudari protona na LHC-u ne predstavljaju opasnost. Njihov izveštaj pregledao je panel od pet nezavisnih naučnika, među kojima je i jedan nobelovac, da bi ga, pre nekoliko nedelja, predstavio Komitetu za naučnu politiku (SPC, Scientific Policy Committee). Dvadeset članova ovog komiteta je tajno glasalo o izveštaju i usvojilo ga, posle čega je Savet CERN-a saopštio da nema nikakve pretnje po čovečanstvo od novog akceleratora. Koliko god to zvučalo ubedljivo od ljudi koji su deceniju i po gradili nešto što ocenjuju.

PRAVO SVAKE AMEBE: U suštini, CERN se povodom ovih crnih rupa nalazi u nezahvalnoj poziciji. Medijske sumnje o apokalipsi su za takvo tehnološko čudo nalik na scene ljubomore iz svakodnevnog života – što se više objašnjava kako opasnosti nema, sumnja je sve veća.

Koliko god pretnja bila neostvarljiva, pred ovu ustanovu se postavlja dilema koja suštinski nadilazi bilo kakav komitet, ma kako on bio ugledan, jer nije reč o bezbednosti zaposlenih u CERN-u ili o zdravlju stanovnika švajcarskih Alpa. Ko može da donese odluku o tome vredi li zarad novih saznanja rizikovati čitav Sunčev sistem i bliže okruženje?

Kad se tako postavi, o ovom pitanju ima pravo da glasa ne dvadeset članova Komiteta za naučnu politiku, već šest milijardi homo sapiens sapiensa, kao i svih ostalih vrsta koje nastanjuju naš svet, što uključuje i amebe koje tek treba da budu otkrivene na najudaljenijem asteroidu koji kruži oko Sunca. I posle toga, opet bi ostao neprihvatljiv i najmanji rizik te vrste, osim ako uopšte i ne postoji. A fizičari misle da nema nikakvog razloga za brigu.

"LHC će ubrzavati protone do najvećih mogućih energija koje se mogu postići na akceleratorima, ali to nije ništa novo za prirodu koja takve i veće energije rutinski proizvodi u kosmičkim zracima, koji već milijardama godina bombarduju Zemlju", smatraju na Institutu za fiziku. "Za razliku od prirode, gde se takve energije proizvode na slučajan način, LHC će ih proizvoditi u kontrolisanim laboratorijskim uslovima što će omogućiti detaljno izučavanje svih procesa i čestica koji tom prilikom nastanu, kao i bolje razumevanje prirode."

Mikroskopske crne rupe

Crna rupa u domaćoj radinosti 5

(Slika – PREDSTAVA CRNE RUPE: Gravitacija koja svetlost ne pušta napolje)

Kod običnih, astronomskih crnih rupa na izuzetno malom prostoru koncentrisana je ogromna količina materije (odnosno, energije), koja odgovara zvezdanim masama. S druge strane, u sudaru dva snopa protona na LHC-u oslobađaće se maksimalna energija od 14 TeV, što jeste mnogo za kvantne objekte, ali je to u normalnim (makroskopskim) razmerama uporedivo sa energijom koju ima jedan komarac u letu, tako da je apsurdno zamisliti da to generiše crnu rupu. No, pojedine spekulativne teorije, izvan okvira fizike koja je potvrđena eksperimentima, predviđaju pojavu mikroskopskih crnih rupa. Međutim, čak i kad nastanu, ovakve crne rupe bi u trenutku nestale – izgubile bi energiju zbog emisije takozvanog Hokingovog zračenja i prema postojećim proračunima, iščezle bi za 10-100 sekundi. Mada teorija to ne predviđa, Grupa za sigurnost LHC-a razmatrala je mogućnost da nastanu i mikroskopske crne rupe koje su stabilne i ne gube energiju. Ovakvi objekti prete da bi u sebe usisali ozbiljno parče prostor–vremena, ali je grupa iz CERN-a došla do zaključka da ako one mogu i teoretski da nastanu u LHC-u, morali bi ih stvarati i kosmički zraci koji inače padaju na planetu. Međutim, to se ne događa, a i ako se događa, očigledno je bezopasno, jer planeta još postoji, zaključila je Grupa za sigurnost LHC-a.


Pet scenarija apokalipse

U svom poslednjem izveštaju, Grupa za sigurnost LHC-a je procenila da nema opasnosti od novog akceleratora koji se početkom avgusta pokreće u CERN-u, kod Ženeve u Švajcarskoj. U izveštaju, koji se može pročitati na adresi cern. ch/lsag/LSAGReport. pdf, ova grupa naučnika analizira pet mogućih katastrofa na LHC akceleratoru, pre svega o pretnji od nastanka mikroskopske crne rupe. Takođe, istraživači su analizirali opasnost od produkcije opasnih kosmičkih zraka, ali su je odbacili, s obzirom na to da Univerzum u svakoj sekundi sasvim prirodno izazove deset miliona miliona događaja nalik eksperimentu u LHC-u, a svet nije uništen. Na sličan način su analizirali i pojavu čestica koje se nazivaju strangelete i nastanak hipotetičkih magnetnih monopola, koje bi isto tako morale prirodno postojati i u Univerzumu, ali svemir nije uništen. Vrlo je zanimljiv i scenario vakuumskog mehura. Po njemu se Univerzum trenutno uopšte ne nalazi u stabilnom stanju, pa bi događaj kao što je eksperiment u CERN-u mogao da izazove nastanak vakuumskog mehura, koji bi bio početak prelaska Univerzuma u energetski povoljnije stanje, nešto nalik na mehuriće koji nastaju pre nego što voda proključa. Međutim, Grupa za sigurnost LHC-a smatra da, ako je to moguće na LHC-u, onda i kosmički zraci mogu stvoriti vakuumski mehur, ali se to ne događa.


Srbija na Velikom sudaraču

Crna rupa u domaćoj radinosti 6

(Slika – POSTAVLJANJE DISKOVA OD 78 TONA: Tim sa Instituta za fiziku u Zemunu)

Dok su zemlje članice Evropske organizacije za nuklearna istraživanja, CERN, zajedno sa Japanom, Indijom i Sjedinjenim Američkim Državama gradile akcelerator LHC, u pojedine projekte uključila su se i dva tima iz Srbije. Jedan tim sa Instituta za nuklearne nauke "Vinča", koji predvodi doktor Petar Adžić i o kome je "Vreme" već nekoliko puta pisalo, učestvuje u eksperimentu na CMS detektoru.

Drugi srpski tim u CERN-u, sa Instututa za fiziku u Zemunu, radi na ATLAS-u, što je najveći detektor ikad izgrađen. "Posle višegodišnjih pregovora vođenih sa ATLAS kolaboracijom, čije je trajanje uglavnom bilo uslovljeno političkim sankcijama protiv naše zemlje, Institut za fiziku je pristupio ATLAS kolaboraciji 2000. godine", kaže profesor Dragan Popović, vođa ove istraživačke grupe. "Kriterijum za pristupanje bio je postojanje tradicije u bavljenju fizikom visokih energija, kao i procena sposobnosti naše privrede da doprinese izgradnji ATLAS detektora. "

Zajedno sa Lola korporacijom iz Železnika, srpski fizičari su napravili delove sistema za zaštitu od zračenja, takozvane zaštitne diskove koji su teški po 87 tona. Šest kamiona je prevezlo ova dva diska u CERN, gde su uspešno instalirani, a ceo postupak je okončan u februaru 2008. godine. "To je samo jedan vid saradnje nauke sa privredom", kaže Popović, koji objašnjava da to nije direktna primena novih naučnih rezultata u privredi, već postavljanje vrlo visokih tehnoloških zahteva pred srpsku privredu "koji moraju biti ispunjeni za tako sofisticirane eksperimente".

ATLAS, kao i CMS, loviće tragove čestica koje nastaju posle sudara dva snopa protona koje će akcelerator ubrzati. Među ostalim, ATLAS će registrovati mione. Ceo njegov mionski sistem ima površinu tri fudbalska terena i koristi 1,2 miliona elektronskih kanala. Pošto se čestice kreću kroz magnetno polje, ovaj detektorski sistem može da razlikuje tragove čestica "na širini ljudske vlasi".

Srpski diskovi su postavljeni na ovom sistemu gde imaju trostruku ulogu: pridržavaju mionske komore u prvoj stanici, štite ove komore od zračenja i održavaju pravac magnetnog polja solenoida. "Mionski spektrometar je deo ATLAS-ovog detektora čiji je zadatak da meri impulse miona sa velikom preciznošću. Kombinovanjem informacije iz drugih delova detektora on će imati značajnu ulogu za detektovanje raspada Higsovog bozona na četiri miona", objašnjava Popović.

Fizičari sa velikim nestrpljenjem od novog akceleratora očekuju da ulovi Higsov bozon, dosad neuhvatljivu česticu koja je "odgovorna" za masu. Na pitanje da li će Higs biti otkriven u eksperimentu ATLAS ili CMS, Popović kaže da, ukoliko postoji, on bi trebalo da bude detektovan na ATLAS-u. "Sve dosadašnje simulacije procesa i detektora ukazuju na to. Ali hajde da sačekamo da vidimo kakav će biti stvaran odgovor naših detektora", smatra Popović, dodajući da za sada ne postoji "transparentna kompeticija između ova dva eksperimenta".

Grupi sa Instituta za fiziku u Zemunu, pored profesora Dragana Popovića pripadaju i profesori Đorđe Šijački, Ljiljana Simić i Jelena Krstić, kao i Iris Borjanović i Marija Vranješ-Milosavljević. Uz njih, tu su i Nenad Vranješ, Dušan Vudragović i Dušan Reljić. "Sa prvim sakupljenim podacima najpre ćemo pokušati da razumemo detektor u čijoj smo izgradnji učestvovali", zaključuje Popović. "To znači da ćemo raditi na njegovoj kalibraciji i određivanju preciznosti sa kojom će meriti impulse i energije osnovnih čestica i objekata. Paralelno sa tim radićemo na boljem razumevanju Standardnog modela (najkompletnije teorije u fizici čestica) i tragati za novim česticama kao što su, na primer, njihovi supersimetrični partneri".


Rekonstrukcija Velikog praska

U mnoštvu stvorenih čestica na LHC-u, novom ubrzivaču protona koji je izgrađen u CERN-u kod Ženeve u Švajcarskoj, ogromni detektori CMS i ATLAS pokušaće da ulove Higsov bozon, misterioznu česticu koja je "odgovorna" za gravitaciju. Šuma čestica nastalih sudarima protona osvetliće stanje u ranom Univerzumu, neposredno posle Velikog praska, razrešiti dileme o teoriji supersimetrija, kao i zašto svet nije načinjen od antimaterije, već od materije. Ova mašina će, izvesno, razbistriti dosadašnji pogled na Univerzum, ono od čega je sačinjen na kvantnom nivou, ali i misteriju njegovog porekla.

Ideja o gradnji ove mašine razvila se još sredinom osamdesetih godina, a njegov razvoj je oslonjen na prethodne akceleratore koje je CERN pravio. Prvi koraci su učinjeni 1994. godine kad je odlučeno da se LHC smesti u kanal prethodnog akceleratora LEP-a, a potom su tekle brojne administrativne i detaljne planske pripreme, da bi se 2000. godine ušlo u novu fazu. Tad je LEP zatvoren i sva oprema koja ga je činila je narednih godina podignuta na površinu i zamenjena novom. Samo spuštanje novih gigantskih detektora na 100 metara pod zemlju, izdeljeno po segmentima, trajalo je mesecima i godinama.

Od početka je planirano da LHC ubrzava protone do tako velikih energija pomoću više od 1600 superprovodnih magneta. Superprovodnost, što je osobina nekih materijala da na izuzetno niskim temperaturama provode struju bez otpora, omogućiće da LHC sa manjom potrošnjom struje postigne ogromna magnetna polja potrebna za ubrzanje, ali zahteva da se magneti prethodno ohlade na jednu od najnižih temperatura u Univerzumu. Zato ljudi u CERN-u, u finalnoj fazi priprema, trenutno hlade ovu mašinu do temperature od -271ºC, odnosno svega 1,9 Kelvina, koja je niža od temperature u otvorenom svemiru i biće "radna" temperatura akceleratora.

Iz istog broja

Košarka

Pogled ka EBA

Vladimir Stanković

Golf u Srbiji

Rupe za dubok džep

Nevena Jovanović, Aleksandra Sokolović, Vladimir KostićKoordinator istraživanja: Jovana Gligorijević

Svi brojevi Vremena na jednom mestu!>

Pogledajte arhivu