DON'T PANIC: mida teeb ja ei tee uus kiirendi LHC

Šveitsi-Prantsusmaa piiril Genfi lähedal osakestefüüsika uurimiskeskuses CERN tehti paar päeva tagasi esimesed proovikatsed uue kiirendiga LHC. Large Hadron Collider või Suur Hadronite Põrguti on 27-kilomeetrine ringtunnel (pildil 1), milles kiirendatakse prootoneid peaaegu valguse kiiruseni, misjärel korraldatakse kahe vastassuunast tuleva osakeste ekipaaži vahel laupkokkupõrge.

Miks tahavad füüsikud prootoneid võimalikult kiiresti liikuma panna ja neid siis omavahel kokku põrgata lasta? Kahele osakesele energiatega e1 ja e2 vastab koguenergia E, mis võib nende kokkupõrkes jaotuda uuteks osakesteks energiatega ea, eb jne, tingimusel et (e1+e2) = E = (ea+eb+...). Tekkinud uute osakeste hulgas võib aga olla väga harvaesinevaid tegelasi, või kui e1 ja e2 on piisavalt suured, siis ka osakesi, mida igapäevaselt Universumis ei kohta, kuna nende tekitamiseks pole tavalises kokkupõrkes piisavalt energiat. Oma esimestel minutitel, kui Universum oli väga väike, oli igal osakesel väga palju energiat ning said eksisteerida ka väga energianäljased osakesed, mida tekkis põrgetes piisavalt juurde, et nende lühikest eluiga tasakaalustada. Tänapäeva Universumis on sellised osakesed lagunenud ja uusi väga tihti ei teki. Samuti on osakesi, mis vastasmõjustuvad ülejäänud osakestega väga nõrgalt ning mida ei saa seetõttu enamasti otse näha, küll aga avastada kokkupõrkes "kadumaläinud" energiat mõõtes.

Siit selgubki LHC väga oluline eesmärk: luua kontrollitud tingimustes selliste energiatega kokkupõrkeid, kus saaks tekkida huvitavaid osakesi, ja seejärel neid osakesi uurida. Milliseid osakesi LHC abil leitakse, selle kohta on mitmeid teoreetilisi ennustusi -- ning teoreetiliste ennustuste eksperimentaalne kinnitus on teatavasti iga teadusliku teooria olulisemaid kvaliteedinäitajaid. Kõige põnevam otsitav osake on Higgsi boson, mis peaks vastutama selle eest, et teistel osakestel on omadus, mida nimetame massiks. Kui Higgsi boson leitakse, on see hiilgav kinnitus teooriale, mida kutsutakse Osakestefüüsika Standardmudeliks. Kui Higgsi ei leita, on see tugev vihje olemasoleva teooria puudulikkusele. Rõhutagem, et Standardmudel kirjeldaks endiselt suuremat osa elementaarosakestest suurepäraselt, kuid selgeks saaksid tema võimete piirid. Täpsem teooria on täpsem viis meid ümbritseva maailma kirjeldamiseks ning võib alati kaasa tuua ettenägematuid arenguid inimeste elukvaliteedis.

Väga omapäraselt on LHC-d ja sellega seotud teoreetilisi ennustusi esitatud voldikus "The Little Book of the Big Bang".

Lõpetuseks mainin üht LHC-ga kohta levivat hirmujuttu: kui oktoobris alustatakse päriselt prootonite kokkupõrgetega, kontsentreeritakse väikesesse ruumipiirkonda nii palju energiat, et võib tekkida pisikene must auk, mis langeb Maa keskmesse ning hakkab seal kasvama, kuni hävitab terve planeedi. Kõige lihtsamini mõistetav vastuväide sellele on järgnev: Maa atmosfääris olevate osakeste ning avakosmosest tulevate kõrge energiaga osakeste vahel toimub pidevalt kümneid kordi suurema energiaga kokkupõrkeid kui seda on LHC-s loodavad, ja Maa on nii rõõmsasti eksisteerinud 4.5 miljardit aastat. Füüsika mõttes rangemaid selgitusi ja vastuväiteid ülejäänud hirmujuttudele pakuvad artikkel "Exclusion of black hole disaster scenarios at the LHC" ning CERN-i riskianalüüs.

Lisalugemist:
[1] - CERN: The Large Hadron Collider