Poslednji krug pred veliki prasak

Iz CERN–a, kod Ženeve

To sve odozgo izgleda kao običan francuski krajolik. Naselje Cessy, koje se nalazi nadomak švajcarsko-francuske granice, u ravnici između planina Jura i Ženevskog jezera, čine zbijene kamene kuće sa metalnim žaluzinama, nad kojima se uzdiže mala katedrala. Uski asfaltni putevi krivudaju kroz nisko rastinje i retke šumarke. Svuda unaokolo su oranice, uglavnom njive sa kukuruzom, niske stabljike su oktobarski žute i povijene, a ponegde već obrane i posečene do korena.

Samo se jedan neobičan detalj primećuje u ovom pitomom pejzažu. Ogromni dalekovodi pružaju se iznad kukurizišta, ali ne slede jedan pravac kao na bilo kom drugom mestu u svetu. Kablovi usmereni na razne strane u ovoj šumi dalekovoda gotovo podsećaju na kakvu niskonaponsku mrežu, ali je sasvim očigledno da oni nisu tu samo da snabdevaju potrošače u naseljima kao što je Cessy. Kakvo čudovište se napaja tolikom strujom?

Ispod ovakvih francuskih i švajcarskih sela nadomak Ženeve, sto metara pod zemljom, zakopana je jedna od najsloženijih mašina koju su ljudi dosad napravili – veliki sudarač hadrona, LHC (Large Hadron Collider). Nadomak gradića Cessy nalazi se samo jedna od tačaka na velikom krugu akceleratora koji je dug 27 kilometara i koji dvaput preseca državnu granicu. Na tom krugu se, iz nekoliko nadzemnih hangara koji podsećaju na omanje fabrike, spuštaju liftovi do tunela gde su postavljeni superprodvodni magneti i detektori, hiljade sprava i uređaja sa one strane tehnološke granice, oko kojih, nalik na mrave pod zemljom, posluje na stotine ljudi sa žutim i crvenim šlemovima.

Ovde Evropska organizacija za nuklearna istraživanja, poznata po skraćenici CERN (od Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) upravo dovršava LHC kao najveći instrument za istraživanja u fizici elementarnih čestica, o čijoj je nameni „Vreme“ pisalo nekoliko puta tokom njegove izgradnje. Ovo složeno i skupo postrojenje će potvrditi ili opovrgnuti postojanje dosad neviđenih čestica, kao što je Higsov bozon, da bi se odgonetanjem takvih nedoumica u Standarnom modelu, teoriji koja opisuje strukturu sveta, objasnili poreklo i razvoj Univerzuma, od Velikog praska do danas (vidi okvir).

NAUČNA FANTASTIKA: Prema trenutnim planovima, CERN će svoj novi akcelerator sasvim dovršiti i pustiti u rad na proleće 2008. godine, ali će glavni detektori biti zatvoreni i sasvim sklopljeni u narednih mesec ili dva. Zato je ova jesen bila poslednja prilika da se razgleda ne samo kompleks laboratorija već i utroba gigantskog postrojenja.

Kako bi se ta mogućnost iskoristila, Društvo fizičara Srbije je sredinom oktobra organizovalo posetu CERN-u i povelo četrdeset ljudi na taj put, među kojima je bilo dvadeset najboljih studenata fizike sa svih univerziteta u Srbiji, kao i desetak đaka koji su postigli izuzetne rezultate na takmičenjima iz fizike i za koje se opravdano pretpostavlja da će jednog dana istraživati prirodu možda baš na LHC-u. Finansirana novcem svih građana Evrope, CERN je institucija sasvim otvorena za posete, ali se sasvim logično dolasci iz Srbije ne organizuju nimalo lako, pa je ovo tek druga poseta srpskih fizičara LHC-u otkad se on gradi. Domaćin posete bila je Beogradska grupa, tim srpskih fizičara koji radi na izgradnji akceleratora.

„Ovo nije naučna fantastika, sve ovo je napravljeno ljudskom rukom“, rekao je gostima doktor Petar Adžić, šef grupe naših naučnika u CERN-u, koji već decenijama vodi tešku, ali uspešnu bitku sa novcem i srpskim administrativnim teškoćama kako bi Srbija bila prisutna u velikim projektima CERN-a. U razgledanju kruga i na dva eksperimenta koje smo obišli, doktor Adžić je objasnio da će se na novom akcelratoru sudarati dva snopa protona ubrzanih kao nikad pre u istoriji i da će se tada oslobađati energija od 14 TeV, što će biti dovoljno da se ispitaju uslovi koji su vladali u ranom Univerzumu.

U CERN-ovim laboratorijama zaposleno je 3000 ljudi najrazličitijih zanimanja – tu su pre svega fizičari, inženjeri, tehničari, građevinari, administratori i obični radnici, ali u CERN-u radi i 6500 gostujućih naučnika. Osnovna ideja je da većina ovih istraživača boravi jedno kratko vreme u samom CERN-u, gde završava zadatke na akceleratoru, a ostatak godine provodi u svojim laboratorijama. Njihov boravak i rad finansiraju matične države.

„Svaki dolazak u CERN je prilika da se vidi koliko je velika nauka u stvari jedna industrija“, kaže za „Vreme“ doktor Miroslav Vesković, predsednik Društva fizičara Srbije i dekan Prirodno matematičkog fakulteta u Novom Sadu, koji je više godina i sam radio u CERN-u. On objašnjava da tehnološki problemi koji se ovde rešavaju i način na koji se eksperimenti postavljaju pokazuju kako moderna fizika uopšte nije samo „pusto matematiziranje“ kako bi moglo da izgleda đacima i studentima u Srbiji.

Procenjuje se da je projekat izgradnje LHC-a ukupno koštao više od četiri milijarde švajcarskih franaka. Jedini način da se sakupe tolika sredtva i naprave istrumenti poput LHC-a je pristup zajedničkim snagama. Budući da su njegovi projekti tako veliki, sam CERN je ogromna međunarodna organizacija. Osim 20 evropskih zemalja članica koje ga finansiraju, u CERN-u rade istraživači iz čak 80 zemalja.

IZNAD ZEMLJE: Linijom gradskog autobusa broj 9 iz centra Ženeve, pa pored aerodroma, stiže se do kompleksa laboratorija CERN-a. Krug velikog akceleratora prostire se pod zemljom van dvorišta CERN-a ka severu. Ispred glavnog ulaza vijore se zastave dvadeset država članica, a s druge strane puta podignuta je Galilejeva kupola, velika kugla amfiteatar, koja je poptuno izgrađena od švajcarskog drveta, namenjena za velika zasedanja i konferencije.

U dvorište CERN-a ulazi se na nekoliko kapija sa obezbeđenjem. Iza njih se prostire čitav mali naučni grad. Na desetine paviljona i stotine laboratorija smeštene su u belim betonskim građevinama, okruženim rastinjem i parkiralištima. Na putevima sa saobraćajnim znacima i pešačkim prelazima kreću se kamioni i vozila za snabdevanje, ali su najbrojnija putnička vozila, od kojih su mnoga obeležena znakom CERN-a u dve boje – plavoj i zelenoj. Mnogi naučnici voze bicikle po krugu, najčešće bele, sa vidljivom CERN oznakom, takođe.

Kompleks laboratorija, isto kao i akcelerator, prostire se u dve države – Švajcarskoj i Francuskoj, a državna granica krivuda između laboratorija. Ulice u CERN-u nose nazive poznatih fizičara – šetnja kroz ovaj naučni park je putovanje kroz istoriju nauke – na plavim tablama se mogu videti imena počev od začetnika grčke atomistike Demokrita, preko Alberta Ajnštajna do poznatih nobelovaca druge polovine XX veka.

Na jednoj poljani izloženi su delovi nekadašnjih akceleratora – tu se mogu videti slavne mehuraste komore u kojima se došlo do otkrića koja su utemeljila Standardni model. Nedaleko od ulaza postavljena je izložba „Mikrokosmos“, na kojoj je prikazana istorija istraživanja u fizici visokih energija, ali i ono što se očekuje kad LHC bude proradio.

Na ovoj izložbi se može videti i računar koji se nekada nalazio u jednom podrumu – na kom je izmišljen internet. CERN je mesto na kome je nastala globalna mreža zbog potrebe da se velike količine podataka razmene među istraživačima. Kad akcelerator LHC bude gotov, na njemu će se u svakoj sekundi dogoditi 800 miliona sudara, a detekcija čestica će proizvesti više informacija od cele evropske telekomunikacione mreže. Zato se sada u CERN-u razvija GRID, nova globalna mreža superkompjutera koja je u stanju da rasporedi jedan zadatak širom sveta i koja se smatra naslednikom interneta.

U CERN-u, dalekovodi prolaze i nad laboratorijama. Sa strane parka koja je okrenuta ka Ženevi i Monblanu, vrhu Evrope koji se može jasno videti u sunčanim danima, nalazi se velika trafo-stanica. Akcelerator poput LHC-a za svoje potrebe zahteva snagu od 200 MW, što je instalisana snaga osrednje elektrane, dovoljne za potrebe grada kao što je Pančevo ili Kragujevac. Nedaleko od ove trafo-stanice, niz ulicu Volfanga Paulija, nalazi se glavna upravna zgrada, kao i hostel u kome odsedaju posetioci i svi gostujući naučnici.

ANĐELI I DEMONI: Jedno od centralnih mesta u CERN-u je glavni restoran. Ovo prilično nalikuje na kakvu studenstku menzu, samo što je izbor hrane neuporedivo bolji. U nizovima stolova sede na stotine naučnika koji se ovde sreću, razmenjuju ideje, pa čak donose i važne odluke o daljoj gradnji LHC-a. Tu se mogu čuti razgovori na svim svetskim jezicima, i mada lokalno osoblje govori uglavnom francuski, glavni jezik u CERN-u je ipak engleski.

Po mešavini naučnika iz celog sveta, ova laboratorija je sasvim specifična. U CERN-u čak smatraju da je zbog razmene ideja među naučnicima koji ovde povremeno borave i vraćaju se u svoje zemlje, ovaj restoran zanačajniji za svetsku nauku od samog akceleratora. Iznad restorana se nalazi biblioteka kao i hol sa slikama svih dosadašnjih direktora CERN-a.

U CERN-u se vrlo lako mogu videti ljudi koji su već postali legende moderne nauke. Tokom šetnje sa profesorom Adžićem, sreli smo Karla Rubiju, nobelovca koji je zajedno sa Simonom van der Meerom 1984. godine otkrio W i Z bozone, prenosioce slabe interakcije. To podseća na opis CERN-a koji se može naći u poznatom bestseleru Anđeli i demoni Dena Brauna gde junak romana baca frizbi na travnjaku nobelovcu Džordžu Čarpaku, koji je 1992. godine dobio Nobelovu nagradu za izum jednog dragocenog čestičnog detektora – žičane proporcionalne komore. Kako je CERN saopštio, reagujući na ovaj Braunov roman, Čarpak ne igra frizbi, ali je opis prilično verodostojan pošto se po krugu stvarno šetaju mnogi nobelovci koji dolaze ili rade u CERN-u.

Navike koje ovde vladaju prilično se razlikuju od onog što se može videti u Srbiji. Sve laboratorije su uglavnom otključane, čak i usred noći. Među naučnicima vlada poverenje, uprkos izvesnom nadmetanju koje se oseća među grupama i takozvanim kolaboracijama, zajednicama naučnika iz raznih zemalja koje su se udružile na nekom od eksperimenata. Učešće u ovakvim projektima je dobrovoljno, svaka nacija preuzela je deo velikog zadatka, ali svi timovi u znatnoj meri zavise jedni od drugih.

SUDAR VOZOVA: Naravno, u CERN-u postoje i brojne mere i zabrane, ali se one isključivo odnose na bezbednost ljudi. Pošto ovakvi projekti mogu da ugroze životnu sredinu, velika briga se poklanja njenom očuvanju i zaštiti o čemu brine Sistem za upravljanje životnom sredinom, EMS (Environmental Management System). Nadležnost u slučaju bilo kakvih nepredviđenih događaja unutar laboratorija ima švajcarska policija, ali se o bezbednosti pre svega stara lokalna vatrogasna brigada, koja se može dobiti sa svih telefona u institutu.

Osnovni razlog za izgradnju ciklotrona i akceleratora, što su samo nazivi za mašine koje ubrzavaju čestice, jeste nemogućnost da se na neki drugi način zaviri u mikrosvet. Na dimenzijama koje su manje od onih koje se mogu videti mirkoskopom jedini način za ispitivanje strukture materije su sudari. Tada se čestice, uslovno govoreći, razbijaju, a proizvodi takvih raspada se proučavaju u detektorima koji ih love.

Od osnivanja laboratorije do danas, CERN je preživeo pravu evoluciju akceleratora – najpoznatiji su Super protonski sinhroton, SPS, iz 1976. godine, koji je postizao energije protona od 400 GeV, kao i Veliki sudarač elektrona i pozitrona, LEP, koji je radio od 1989. do pre pet godina. U njegovom tunelu se sada gradi LHC.

Protoni će se u CERN-u zapravo ubrzavati ne jednim, već sistemom od ranije izgrađenih akceleratora sa šašavim akronimima – LIL, PS, SPS i na kraju LHC. Kad postignu odgovarajuću brzinu, protoni se ubrizgavaju u sledeći veći, sve dok se na kraju na ubace u LHC. Tu će se kroz cevi kretati dva snopa, jedan ispod drugog, da bi se na kraju snopovi – sudarili. Svaki od protonskih snopova na LHC-u će pred sam sudar dostići energiju koja je uporediva sa energijom voza teškog 400 tona koji se kreće brzinom od 150 kilometara na čas.

Zato je njihov sudar kao sudar dva TGV voza. Prethodnih godina se mnogo pisalo o rizicima od tako moćnog akceleratora, a postavljena su pitanja da li će LHC izazvati ogromnu eksploziju, stvoriti crnu rupu ili napraviti novi veliki prasak. Međutim, ovakvi eksperimenti su sasvim bezopasni. Od energije protona u sudaru se oslobađa samo njen delić – dostupna energija sudara od 14 TeV, koja je ogromna u kvantnom svetu, a zapravo je izuzetno mala i uporediva je sa energijom treptaja nekoliko komaraca. Ali, ona je više od sto puta veća od energije koju je protonima mogao da obezbedi SPS.

Kako protoni dostižu takve energije? Svi akceleratori rade tako što se protoni ubrzavaju jakim električnim poljem, dok se njihova putanja u kanalu kojim se kreću savija izuzetno jakim magnetnim poljem. Međutim, takva polja je nemoguće ostvariti običnim magnetima. LHC to postiže zahvaljujući superprovodnosti, osobini pojedinih materijala da nemaju otpor na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli. LHC će zato raditi gotovo na apsolutnoj nuli, na temperaturi tečnog helijuma od – 271 °C, što je 300 stepeni ispod sobne temperature.

ISPOD ZEMLJE: Najzanimljivije na akcelaratoru su, naravno, tačke sudara. Tu su postavljeni specijalno konstruisani detektori. Na LHC-u se vodi šest eksperimenata, a dva od njih su vezana za detektore CMS i ATLAS, koji su sami po sebi neviđena tehnološka čuda. Oni su smešteni na raznim stranama kruga akceleratora i u njima će se loviti sve što nastane pri sudarima protona.

CMS je skraćenica od Kompaktni mionski solenoid (Compact Muon Solenoid). Komora u koju je smešten nalazi se na rastojanju od 15 kilometara od ulaza u CERN, ispod pomenutog naselja Cessy. Ovaj detektor je u obliku cilindra dugog 21,5 metara čiji je prečnik 15 metara. Pošto ga je bilo nemoguće izgraditi odjednom pod zemljom, on je sastavljen od pet vertikalnih prstenova crveno-bele boje, od kojih je svaki težak 1500 tona i koji su jedan po jedan spušteni do kanala akceleratora.

U velikom hangaru nad zemljom trenutno se nalazi poslednji od pet prstenova detektora. Zbog njihovog gabarita bilo je potrebno smisliti razne trikove za njihovo premeštanje, pa su kroz hangar pokretani na vazdušnom jastuku, kao kakav hoverkraft. Spuštani su do komore niz vertikalni stometarski tunel uz pomoć specijalnih užadi i kranova.

Do komore vodi poveći lift u kome vise razna tekuća obaveštenja. Fizičari i inženjeri sa kacigama kreću se i nose opremu. Od lifta se u podzemlju grana čitav splet betonskih hodnika koji su razdvojeni masivnim vratima. Sama komora je ogromna prostorija. Uz zidove je postavljena metalna skela od više spratova, a u sredini se nalaze cilindrični slojevi samog detektora. Svaki njegov krak sadrži milione žica i hiljade elektronskih sistema.

CMS je je verovatno najkomplikovaniji uređaj koji je čovek ikad napravio. U cilindričnim slojevima su razmešteni razni, međusobno obloženi detektorski sistemi – traker, ECAL, HCAL, solenoid, kao mionske komore sa magnetnom vezom. Ceo detektor radi u ogromnom polju od četiri Tesle, a osnovna ideja je da svaki od slojeva lovi određenu vrstu čestica koje nastaju u raspadu. Detektor je toliko masivan zbog mionskih komora na spoljnoj oblozi koje treba da uhvate ove izuzetno brze čestice.

Jedan od glavnih ciljeva CMS-a je lov na Higsov bozon, koji je poznat i kao Božja čestica, a koji će potvrditi ili opovrgnuti ideju da je ceo svemir ispunjen Higsovim poljem koje „daje“ masu svim telima. Pri raspadu jednog Higsa, po teoriji nastaju četiri miona. Kad sva četiri budu uočena pod zadanim uslovima među milijardu drugih događaja i istovremeno budu uhvaćena u CMS detektoru, to će biti dokaz da Higsov bozon postoji.

Detektor ATLAS se nalazi sa suprotne strane akceleratora. Do njega se takođe stiže podzemnim liftom, ali se njegova konstrukcija, pa čak i boje znatno razlikuju. Po dimenzijama, ovo je najveći detektor na svetu, dug 46 i visok 25 metara. Njegova namena je vrlo slična – ATLAS je još jedan lovac na Higsov bozon.

Postavlja se pitanje čemu dva slična detektora za jednu česticu. Osnovni koncept je da ova dva eksperimenta, CMS i ATLAS vode različite kolaboracije, kako bi jedna drugoj uzajamno potvrdile nalaze eksperimenta. Oba detektora se grade odmah pošto bi se inače decenijama čekalo na neki novi instrument i na potvrdu rezultata zbog sredstava koja su potrebna. Na pitanje koja će kolaboracija prva uloviti Božju česticu, jedan od fizičara na ATLAS-u sa osmehom odgovara da je „verovatnoća podjednaka“, mada se obe grupe nadaju da će one biti prve.

Paviljon U DVORIŠTU: Uz sva čuda koja se mogu videti u CERN-u, ovde se može pronaći i srpska misija. Nedaleko od upravne zgrade, dve ulice levo, ulazi se u dvorište jednog paviljona i pronalazi se baraka sa brojem 580. U njoj se na vratima tri kancelarije mogu videti fotografije sa prizorima srpske kulturne baštine – tu se nalaze prostorije Beogradske grupe, koju vodi doktor Petar Adžić. Većina naučnih timova iz drugih zemalja na sličan način je obeležila prostor u kome rade, ali male zemlje poput Srbije retko imaju bilo kakav prostor.

Nažalost, država Srbija, kako to već biva, pomalo je zaboravila na naše naučnike u Ženevi pošto ne plaća redovno svoju ionako skromnu participaciju, mada je ministar Aleksandar Popović potpisao memorandum sa CERN-om. Samo zahvaljujući trudu doktora Adžića i dosadašnjim rezultatima našeg tima, Srbija uspeva da godinama bude deo izgradnje najvećeg tehnološkog čuda današnjice. Pored ove grupe koja radi na detektoru CMS, nekoliko istraživača sa Instituta za fiziku u Zemunu je uključeno u rad kolaboracije ATLAS.

S obzirom na to da borave u preskupoj Švajcarskoj, a plaćeni su po srpskim akademskim standardima, naši istraživači rade u CERN-u sa velikim odricanjima. Međutim, Beogradska grupa je u velikoj meri priznata od velikih država zbog svog doprinosa izgradnji. Dva istraživača sa Instituta za nuklearne nauke Vinča i Fizičkog fakulteta u Beogradu, koja su trenutno bila u smeni boravka u Ženevi, objašnjavaju za „Vreme“ kako je tekla njihova saradnja sa CERN-om.

U prvi mah, Srbija je dobila skroman zadatak – da na detektoru ECAL u okviru CMS-a postavi sonde za kontrolu temperature. Kako se projekat razvijao, grupa je pohvaljena više puta i dobila je još nekoliko nimalo jednostavnih zadataka, tako da sada svi kontrolni sistemi „idu kroz našu kutiju“, kako skromno kažu.

„Podrška države će ubuduće biti energičnija“, kaže za „Vreme“ državni sekretar Ministarstva za nauku, doktor Uranija Kozmidis-Luburdić, koja se sastala sa zvaničnicima CERN-a tokom posete. „CERN je mesto koje je važno ne samo za fiziku, već za široku lepezu oblasti“, smatra sekretarka.

Svrha učešća u glavnim tokovima moderne nauke je ne samo obrazovanje ili stvaranje mogućnosti mladim fizičarima i inženjerima da rade na prestižnim projektima, već ona uvek predstavlja i zamajac za industruju. Tokom poslednjih godina, Beogradska grupa je već angažovala neke srpske firme u radu na LHC-u. Inače, na obodu opisanog pitomog pejzaža iznad Ženevskog jezera, nalazi se industrijska zona koja je jedna od najrazvijenijih u Evropi, pre svega zbog CERN-a.