Μετά από τρία χρόνια διακοπής της λειτουργίας του προκειμένου να συντηρηθεί και να αναβαθμιστεί, ο μεγάλος επιταχυντής (Large Hadron Collider – LHC) του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (CERN), ο μεγαλύτερος του κόσμου και ισχυρότερος πια από κάθε άλλη φορά, θα ξεκινήσει σήμερα επίσημα τη νέα περίοδο συλλογής δεδομένων από συγκρούσεις υποατομικών σωματιδίων (LHC Run 3) με μεγαλύτερη ενέργεια από ποτέ (13,6 TEV ή τεραηλεκτρονιοβόλτ).
Η δοκιμαστική περιορισμένη λειτουργία του επιταχυντή είχε αρχίσει τον Απρίλιο και τώρα ήλθε η ώρα για την επίσημη πλήρη επανεκκίνηση. Ο LHC θα λειτουργήσει χωρίς διακοπή για περίπου τέσσερα χρόνια, στη διάρκεια των οποίων οι φυσικοί προσβλέπουν σε νέες σημαντικές ανακαλύψεις, πιθανώς παρόμοιου βεληνεκούς με την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς πριν δέκα χρόνια.
Δύο δέσμες πρωτονίων – σωματιδίων στον πυρήνα του ατόμου – θα κυκλοφορήσουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός από αντίθετες κατευθύνσεις και θα συγκρουστούν μέσα στον μήκους 27 χιλιομέτρων υπόγειο επιταχυντή σε βάθος 100 μέτρων κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα. Οι συγκρούσεις θα καταγράφονται και θα αναλύονται από χιλιάδες επιστήμονες από πολλές χώρες (και την Ελλάδα), οι οποίοι απαρτίζουν τις ομάδες των πειραμάτων.
«Έχουμε ως στόχο να πετύχουμε 1,6 δισεκατομμύρια συγκρούσεις μεταξύ πρωτονίων ανά δευτερόλεπτο”, δήλωσε ο Μάικ Λαμόντ, επικεφαλής επιταχυντών και τεχνολογίας του CERN. Σε σχέση με την πρώτη περίοδο λειτουργίας του επιταχυντή (Run 1), εκτιμάται ότι αυτή τη φορά θα επιτευχθούν περίπου 20 φορές περισσότερες συγκρούσεις. Ήδη τα τέσσερα μεγάλα πειράματα (ATLAS, CMS, LHCb και ALICE) που χρησιμοποιούν τον μεγάλο επιταχυντή, έχουν αναβαθμίσει τα δικά τους συστήματα ανιχνευτών, πράγμα που θα τους επιτρέψει να συλλέγουν πλέον σημαντικά μεγαλύτερα και καλύτερης ποιότητας δείγματα δεδομένων από τις συγκρούσεις.
Μεταξύ άλλων, οι επιστήμονες θα μελετήσουν περαιτέρω τη φύση του μποζονίου του Χιγκς, την προέλευση της ασυμμετρίας ύλης-αντιύλης στο σύμπαν, τις ιδιότητες της ύλης υπό ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, ενώ μερικοί ονειρεύονται επιτέλους το λύσιμο του μυστηρίου της “σκοτεινής” ύλης.
Οι δύο ανεξάρτητες διεθνείς επιστημονικές ομάδες των πειραμάτων ATLAS και CMS έδωσαν στις 4 Ιουλίου στη δημοσιότητα – με την ευκαιρία της επετείου ακριβώς δέκα ετών από την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς (στις 4 Ιουλίου 2012) – τις πιο ολοκληρωμένες μελέτες μέχρι σήμερα για τις ιδιότητες του “σωματιδίου του Θεού”.
Οι δύο δημοσιεύσεις τους στο περιοδικό “Nature” δείχνουν ότι οι ιδιότητες αυτές είναι αξιοσημείωτα συμβατές και συνεπείς με εκείνες που προέβλεπε για το εν λόγω μποζόνιο το Καθιερωμένο Πρότυπο, η “βίβλος” της σωματιδιακής φυσικής. Επίσης οι μελέτες δείχνουν ότι το σωματίδιο γίνεται όλο και περισσότερο ένα ισχυρό μέσο για την αναζήτηση νέων άγνωστων φαινομένων που – αν τελικά βρεθούν – θα ρίξουν φως σε μυστήρια όπως η φύση της σκοτεινής ύλης.
Το μποζόνιο του Χιγκς είναι η σωματιδιακή εκδήλωση ενός πανταχού παρόντος κβαντικού πεδίου, γνωστού ως πεδίου Χιγκς, το οποίο είναι θεμελιώδες για την περιγραφή του γνωστού σύμπαντος. Χωρίς αυτό, τα στοιχειώδη σωματίδια όπως τα κουάρκ (συστατικά των πρωτονίων και νετρονίων των ατομικών πυρήνων), καθώς και τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τον πυρήνα, δεν θα είχαν μάζα, ενώ το ίδιο ισχύει και τα βαριά σωματίδια (μποζόνια W), που είναι φορείς της ασθενούς πυρηνικής δύναμης.
Περαιτέρω μελέτη του σωματιδίου και του πεδίου Χιγκς θα καταστεί εφικτή μέσω του νέου “γύρου” συγκρούσεων στο CERN την επόμενη τετραετία και, ακόμη περισσότερο, μετά την αναμενόμενη νέα μείζονα αναβάθμιση του επιταχυντή μετά το 2029 (High-Luminosity LHC ή HL-LHC). Μεταξύ άλλων, αναμένονται οι πρώτες παρατηρήσεις για το πώς το σωματίδιο του Χιγκς αλληλεπιδρά με τον εαυτό του. Επίσης απάντηση ζητούν άλλα ερωτήματα, όπως αν το σωματίδιο Χιγκς είναι πράγματι στοιχειώδες ή σύνθετο από άλλα, καθώς και αν είναι το μοναδικό ή υπάρχουν και άλλα παρόμοια σωματίδια στη φύση.
Επίσης τα μικρότερα πειράματα στον μεγάλο επιταχυντή (TOTEM, LHCf, MoEDAL-MAPP, FASER και SND@LHC) πρόκειται να εξερευνήσουν τα επόμενα χρόνια διάφορα φαινόμενα στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Προτύπου της Φυσικής και πέρα από αυτό, από τα μαγνητικά μονόπολα μέχρι τα νετρίνα και τις κοσμικές ακτίνες. Στο απώτερο μέλλον, οι επιστήμονες κάνουν σχέδια για έναν μεγαλύτερο κυκλικό επιταχυντή (Future Circular Collider), έναν δακτύλιο 100 χιλιομέτρων που θα λειτουργεί με ενέργειες 100 TEV. Η επίσημη έναρξη της νέας περιόδου LHC Run 3 θα μεταδοθεί το απόγευμα ζωντανά από το CERN μέσω των καναλιών του στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης (με ώρα έναρξης 17:00 ώρα Ελλάδας).
