Ar kada nors susimąstėte, iš ko yra sudarytas visas pasaulis? Iš mažyčių, nematytų dalelyčių! O kur jas tyrinėja patys protingiausi pasaulio mokslininkai? Didžiausioje pasaulyje dalelių fizikos laboratorijoje, kuri vadinasi CERN. Pasinerkime į šį paslaptingą pasaulį kartu!
Kas yra CERN ir kodėl jis svarbus?
CERN yra didžiulė laboratorija, įsikūrusi po Šveicarija ir besitęsianti į Prancūziją. Ji buvo įkurta 1954 metais, o dabar joje dirba tūkstančiai žmonių iš viso pasaulio. CERN tikslas - suprasti, iš kokių mažiausių dalelių yra sudaryta visa Visata ir kaip jos tarpusavyje veikia. Tai tarsi milžiniška dėlionė, kurios daleles mokslininkai bando sudėlioti.
Pagrindinis CERN prietaisas yra Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas, arba sutrumpintai LHC. Tai tarsi didžiulis, 27 kilometrų ilgio žiedas, paslėptas po žeme. Jame dalelės, vadinamos protonais, yra pagreitinamos iki beveik šviesos greičio ir leidžiamos susidurti. Kodėl tai daroma? Kad atkartotų sąlygas, kurios buvo pačioje Visatos pradžioje, po Didžiojo sprogimo! Kai šios dalelės susiduria, jos išsiskiria į dar mažesnes daleles, kurias mokslininkai tiria specialiais prietaisais - detektoriais.
Kaip veikia Didysis hadronų greitintuvas? | Ars Technica
Higgso bozonas: paslaptingoji dalelė
Vienas didžiausių CERN atradimų yra Higgso bozonas. Jį mokslininkai atrado 2012 metais. Bet kas gi tai per dalelė? Pagalvokite apie tai taip: pasaulyje yra daug skirtingų dalelių, bet ne visos jos turi masę (svorį). Higgso bozonas ir jo „laukelis“ yra tarsi nematoma jūra, kuri suteikia masę kitoms dalelėms. Kuo stipriau dalelė „panyra“ į šią jūrą, tuo ji tampa sunkesnė.
Profesorius Peteris Higgsas šią teoriją pasiūlė dar prieš 50 metų, todėl ta dalelė ir pavadinta jo garbei. Nors kai kurie mano, kad tai labai didelis atradimas, kuris pakeis mūsų supratimą apie pasaulį, kiti sako, kad tai buvo tai, ko mokslininkai ir tikėjosi. Higgso bozono atradimas svarbus, nes be jo nebūtų susidariusios žvaigždės, planetos, nebūtų atsiradusi ir gyvybė. Tai tarsi fundamentali dalis, paaiškinanti, kodėl viskas turi svorį.
Kas sudaro mūsų Visatą? Standartinis modelis
Mokslininkai, tyrinėdami daleles, sukūrė vadinamąjį Standartinį visatos modelį. Tai tarsi didžiulė mozaika, kurią sudaro visos žinomos elementariosios dalelės ir jėgos, kurios jas valdo. Iš pradžių manyta, kad tokių dalelių yra 17. Kai kurios iš jų jau buvo atrastos, o kelios dar tik laukė savo eilės.
Standartiniame modelyje yra dvi pagrindinės dalelių grupės:
- Fermionai: Tai yra materijos dalelės. Jas galima suskirstyti į kvarkus (iš kurių sudaryti protonai ir neutronai) ir leptonus (pavyzdžiui, elektronai). Yra šešių rūšių kvarkai ir šešių rūšių leptonai. Kiekvienas fermionas turi ir savo „veidrodinę“ versiją - antidalelę.
- Bozoanai: Tai yra jėgų pernešėjai. Jie atsako už tai, kaip dalelės tarpusavyje sąveikauja. Pavyzdžiui, fotonas perneša elektromagnetinę jėgą, o gliuonas - stipriąją branduolio jėgą. Higgso bozonas taip pat priklauso bozonų grupei ir yra atsakingas už masės suteikimą.
Visata yra sudaryta iš materijos, bet egzistuoja ir antimaterija - tarsi materijos veidrodinė versija. Jei materijos ir antimaterijos būtų vienodai, jos viena kitą sunaikintų. Bet mūsų Visatoje dominuoja materija. Kodėl taip yra - viena didžiausių mokslo paslapčių, kurią mokslininkai bando įminti.
Kaip vyksta eksperimentai CERN?
CERN dirba devyni dideli eksperimentai, naudojantys LHC. Kai kurios iš didžiausių ir svarbiausių yra ATLAS ir CMS. Jos naudoja universalios paskirties detektorius, kad galėtų tyrinėti kuo daugiau skirtingų reiškinių. Svarbu, kad šie du detektoriai yra skirtingai sukonstruoti - tai padeda patikrinti, ar nauji atradimai yra tikri.
Yra ir specializuoti eksperimentai, pavyzdžiui, ALICE ir LHCb, kurie sutelkia dėmesį į konkrečius reiškinius. ALICE tiria materijos būseną, vadinamą kvarkų-gliuonų plazma, kuri egzistavo iškart po Didžiojo sprogimo. LHCb tiria daleles, kuriose yra b (grožio) kvarkų, siekiant suprasti, kodėl Visatoje yra daugiau materijos nei antimaterijos.
Yra ir mažesni eksperimentai, pavyzdžiui, TOTEM ir LHCf, kurie tiria „priekines“ daleles - tai protonai ar jonai, kurie praskrieja šalia vienas kito susidūrimo metu, o ne susiduria tiesiai. MoEDAL-MAPP eksperimentas ieško hipotetinės dalelės, vadinamos magnetiniu monopoliu.
Kai LHC veikia, jame susidaro milžiniškas karštis - net šimtą tūkstančių kartų didesnis nei Saulės branduolyje! Tuo metu LHC tampa karščiausia vieta visoje Visatoje. Tačiau aplink specialią sistemą, kurioje cirkuliuoja helis, palaikoma labai žema temperatūra - -271 laipsnis Celsijaus. Tai padeda kontroliuoti procesus.
Ar CERN pavojingas? Juodosios skylės ir kitos baimės
Kai LHC buvo paleidžiamas 2008 metais, kai kurie žmonės baiminosi, kad eksperimentų metu gali susidaryti juodoji skylė - kosminis darinys, kuris sugeria viską, netgi šviesą. Tačiau mokslininkai ramina, kad tai neįmanoma. Kodėl? Nes panašios energijos susidūrimai vyksta gamtoje nuolat, kai kosmose skriejančios dalelės (kosminiai spinduliai) bombarduoja Žemę. Jei jos galėtų sukurti pavojingas juodąsias skyles, mūsų planetos jau seniai nebūtų. Be to, CERN sukurta juodoji skylė, jei ir atsirastų, būtų tokia maža ir trumpalaikė, kad iškart išgaruotų.
Taigi, nors kai kurie mokslininkai galėjo pasinaudoti šiomis baimėmis, kad atkreiptų dėmesį į savo darbą, realaus pavojaus nėra. Mokslininkai CERN dirba labai atsakingai, kad suprastų Visatos paslaptis.
Tamsioji medžiaga: nematoma visatos dalis
Viena didžiausių paslapčių, su kuria susiduria CERN mokslininkai, yra vadinamoji tamsioji medžiaga. Jos Visatoje yra labai daug, bet mes jos nematome ir kol kas negalime suprasti, iš ko ji sudaryta. Mokslininkai mano, kad tamsioji medžiaga sudaro apie 80% visos materijos Visatoje! Tai milžiniškas kiekis, kurio mes dar nepažįstame. Tamsioji energija, kuri verčia Visatą plėstis vis greičiau, taip pat yra didelė paslaptis. CERN tyrimai padeda ieškoti atsakymų ir į šiuos klausimus.
Ar CERN darbas turi praktinę naudą?
Kartais žmonės klausia, kam skirti tiek daug pinigų tokiems sudėtingiems eksperimentams. Nors tiesioginės naudos iš Higgso bozono atradimo iškart nepajausime, CERN darbai atneša daug netikėtų atradimų, kurie vėliau tampa kasdienio gyvenimo dalimi.
Pavyzdžiui, CERN reikėjo sukurti būdą, kaip greitai ir efektyviai perduoti didelius duomenų kiekius tarp kompiuterių. Taip gimė pasaulinis žiniatinklis (World Wide Web) - internetas, kuriuo naudojamės kiekvieną dieną! Taip pat, tiriant mikrobangų sistemas radijo astronomijoje, buvo sukurta technologija, kuri leido atsirasti Wi-Fi ryšiui. Taigi, mokslininkų siekis suprasti Visatą netiesiogiai prisideda prie mūsų technologinės pažangos.
Jaunieji mokslininkai CERN pasaulyje
Net ir moksleiviai gali patirti CERN pasaulį! Jokūbas Gaidamavičius, mokinys iš Lietuvos, dalyvavo specialioje CERN stovykloje. Kad patektų į ją, jam teko varžytis su tūkstančiais kitų moksleivių iš viso pasaulio. Stovyklos metu jis galėjo susipažinti su mokslininkų darbu, klausytis paskaitų ir netgi pamatyti vietas, kurios paprastai neprieinamos turistams.
Jokūbas pasakoja, kad CERN atrodo kaip mažas miestas, o eksperimentai sunaudoja tiek elektros energijos, kiek visas didelis miestas. Jam didžiausią įspūdį paliko CMS eksperimentas ir antimaterijos gamykla. Stovykla sustiprino jo norą siekti mokslo aukštumų ir tyrinėti Visatos paslaptis.
Lietuva ir CERN: bendradarbiavimo kelias
Lietuva nuo 2018 metų yra asocijuota CERN narė. Tai reiškia, kad mūsų šalies mokslininkai ir įmonės gali dalyvauti CERN projektuose, o mokiniai ir studentai - stažuotis. Nors Lietuva kasmet moka narystės mokestį, svarbu, kad šalyje būtų vystomas potencialas dalelių fizikos srityje. CERN centras Lietuvoje Vilniaus universitete siekia stiprinti šią sritį, nors pripažįstama, kad darbas dar tik prasideda.
Tokios patirtys, kaip Jokūbo stovykla CERN, skatina jaunimą domėtis mokslu ir ieškoti atsakymų į sudėtingiausius klausimus apie Visatą. CERN durys yra atviros smalsiems ir siekiantiems atrasti!