Шта је уопште ЦЕРН, шта се у њему ради, чему служе сви ти детектори, шта је Хигсов бозон и хоће ли на истом месту настати и црне рупе
ЦЕРН
Европска лабораторија за нуклеарна истраживања, познатија по свом акрониму ЦЕРН (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), данас представља највећу научну организацију на свету у чијем раду учествује око 15.000 научника и инжењера. У самом ЦЕРН-у је стално и привремено запослено око 4000 истраживача и техничког особља, а на пројектима је ангажовано и око 10.000 гостујућих научника са 608 универзитета из више од 100 држава. Ипак, ЦЕРН је пре свега европска организација са 20 држава чланица. Од 2012. године и Република Србија је стекла придружено чланство. ЦЕРН је основан 1954. године, а у његовом оснивању је учествовала и тадашња Југославија.
АКЦЕЛЕРАТОРИ И ДЕТЕКТОРИ
У ЦЕРН-у је током 20. века направљен читав низ акцелераторских постројења која су служила за истраживања структуре материје. Акцелератори су заправо убрзивачи снопова честица. Честице се у тунелима акцелератора обично убрзавају снажним магнетима (код најновијег, LHC акцелератора користе се суперпроводни магнети који стварају огромна поља и дају велику енергију честицама). Након што се убрзају до великих енергија, честице се сударају у детекторима који су постављени на акцелератору. Из трагова снимљених у детектору и насталих приликом судара, физичари одгонетају реакције до којих је дошло, анализирају структуру и проналазе нове честице.
LHC
Велики сударач хадрона (LHC, Large Hadron Collider) представља највећи инструмент који је човек досад направио. Након читаве деценије изградње пуштен је у рад 2010. године. Реч је о акцелератору, убрзивачу честица пречника 27 километара, који је налази на око 100 метара под земљом, испод швајцарско-француске границе, код Женеве. Постоји седам инсталираних детектора на кругу акцелератора (ALICE, ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf i MoEDAL). Снопови протона се на LHC-у убрзавају до огромних енергија помоћу 1296 суперпроводних магнета, а потом сударају у једном од четири велика детектора која се налазе на кругу акцелератора.
ISOLDE
Постројење ISOLDE, саграђено унутар ЦЕРН комплекса, постоји од 1967. и данас предстваља водећи пројекат посвећен производњи радиоактивних језгара за различите области, као што су нуклеарна, атомска, молекуларна физика, а и за биофизику и астрофизику. Радиоактивна језгра се производе у реакцијама протона високе енергије, који су убрзани на такозваном PS BUSTER акцелератору.
ATLAS
ATLAS је не само највећи од седам детектора на LHC-у већ представља и највећи детектор убрзаних честица досад направљен. ATLAS, што је скраћеница од тороидни LHC апарат (A Toroidal LHC ApparatuS), тежак је 7000 тона, дуг 45 метара и има пречник од 25 метара. У њему се сударају протони убрзани на LHC-у, а на основу снимака судара и огромног броја реакција, на овом детектору је 2012. доказано постојање Хигсовог бозона.
CMS
На супротној страни великог LHC круга постављен је детектор CMS (Compact Muon Solenoid), који сам за себе представља вероватно најкомплекснију машину коју су људи направили. Реч је о дивовском соленоиду, детектору за честице познате као миони. Аналогно са ATLAS-ом, овај детектор је такође намењен „лову на Хигсов бозон“, чије је постојање и на њему доказано 2012. године. Такође, на њему су истражују и друга питања иза Стандардног модела физике честица.
ХИГСОВ БОЗОН
Названи Божјим честицама, Хигсови бозони су још од радова Питера Хигса из 1960. предвиђени теоријом као честице одговорне за масу. Крајње упрошћено речено, захваљујући Хигсовом пољу које је свуда око нас, ови тешки бозони „дају“ масу честицама. Наиме, према Стандардном моделу, теорији која описује структуру материје и четири основне интеракције у природи, масе су утолико веће уколико је јача њихова интеракција са другим честицама у пољу. Стандардни модел је предвиђао да Хигсови бозони постоје, да су одговорни за Хигсово поље и њихово откриће је заправо потврда да је Стандардни модел исправан, посебно што су пронађени на енергији од 126 гигаелектронволти. Према Хигсовој теорији, физичари су очекивали да маса Хигса може бити између седам гигаелектронволти и 1000 гигаелектронволти односно 1 ТеВ. Пошто је LHC први акцелератор са тако великом доступном енергијом, Хигсов бозон раније није било могуће уловити.
ЦРНА РУПА
Црна рупа подразумева део простора где је гравитационо поље толико јако да чак ни светлост не може да га напусти, односно да изађе изван онога што се назива хоризонтом догађаја. Зато су такви објекти још у 17. веку добили име тамне звезде, што је са Ајнштајновом теоријом релативности постало црна рупа. Поједини теоретичари тврде да један такав објекат може настати не само урушавањем звезде изузетне масе у себе саму већ и у догађајима као што је судар два изузетно брза снопа протона, који се експериментално врше у ЦЕРН-у. Код обичних, астрономских црних рупа на изузетно малом простору концентрисана је огромна количина материје (односно, енергије), која одговара звезданим масама. С друге стране, у судару два снопа протона на детектору LHC ослобађа се максимална енергија од 14 ТеВ, што јесте много за квантне објекте, али је то у нормалним (макроскопским) размерама упоредиво са енергијом коју има један комарац у лету, тако да је апсурдно замислити да то генерише црну рупу. Међутим, чак и кад настану, овакве црне рупе би у тренутку нестале – изгубиле би енергију због емисије такозваног Хокинговог зрачења и према постојећим прорачунима, ишчезле би за 10-100 секунди. Група из ЦЕРН-а дошла је после обимних истраживања до закључка да ако оне могу и теоретски да настану у LHC-у, морали би их стварати и космички зраци, који иначе падају на планету. Међутим, то се не догађа, а и ако се догађа, очигледно је безопасно, јер планета још постоји, закључила је Група за сигурност LHC-а.