Her Stem Space

Położone tuż przy granicy między Szwajcarią a Francją, niedaleko Genewy, znajduje się jedno z najważniejszych laboratoriów na świecie, zajmujących się fizyką i fizyką cząstek elementarnych – CERN (Europejska Organizacja Badań Jądrowych). To właśnie tam znajduje się najsilniejszy akcelerator cząstek na świecie – Wielki Zderzacz Hadronów (LHC, z ang. Large Hadron Collider). Przez dekady, CERN stał na czele badań w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych, odgrywając główną rolę w jednych z najważniejszych przełomów naukowych naszych czasów. Od potwierdzenia istnienia cząstki Higgsa w 2012, po opracowanie rewolucyjnych technologii, które znajdują swoje zastosowanie poza fizyką, CERN stał się symbolem ludzkiej pomysłowości i współpracy. Jego misja jest ambitna: badać naturę materii, siły które nimi rządzą, oraz najgłębsze tajemnice naszego wszechświata. 

W sercu tych starań jest LHC, 27-kilometrowy podziemny pierścień, który przyspiesza protony do około 99.9999991% prędkości światła, zanim zderzy je ze sobą. LHC wykorzystuje cztery główne detektory – ATLAS, CMS, ALICE oraz LHCb, które obserwują, analizują i rejestrują skutki zderzeń cząstek, dając naukowcom wgląd w najmniejsze, fundamentalne cząstki oraz sposób, w jaki ulegają one rozkładowi. Od jego ponownego uruchomienia w 2022 po 3-letniej przerwie, LHC działa na rekordowych energiach, jednak jeszcze większe zmiany nadchodzą w przyszłych badaniach. Zbliżający się High-Luminosity LHC (HL-LHC), którego planowane uruchomienie jest jeszcze w tej dekadzie (2030), ma drastycznie zwiększy ilość kolizji, pozwalając naukowcom badać rzadkie fenomeny i doskonalić pomiary znanych już cząstek z niezrównaną precyzją, takich jak bozon Higgsa.

Wizja CERN sięga daleko poza LHC. Plany dotyczące Future Circular Collider (FCC) zakładają stworzenie 90,7-kilometrowego pierścienia, zdolnego do zderzeń o energii znacznie większej niż energia LHC. FCC mógłby pomóc w znalezieniu odpowiedzi na pytania dotyczące ciemnej materii, ciemnej energii, oraz unifikację sił natury. Wiele scenariuszy sugeruje istnienie cięższych cząsteczek, znacznie wykraczających poza zasięg LHC, co wymaga urządzeń o wyższej energii. Inne scenariusze wskazują na istnienie cząsteczek lżejszych, które słabo oddziałują ze standardowymi modelami cząsteczek oraz których wykrycie wymaga większej ilości danych do przeanalizowania oraz większej czułości ukierunkowanej w ich produkcję. FCC kosztujący 17 miliardów €, ma połączyć talenty naukowców oraz przedstawić program, który pozwoli fizykom aby w pełni zbadać ten krajobraz możliwości. Z drugiej strony, inne projekty z CERN obejmują Compact Linear Collider (CLIC) – liniowy akcelerator, zaprojektowany dla ultra precyzyjnych pomiarów, oraz Large Hadron-electron Collider (LHeC), który zderzałby wysoko elektryczne elektrony z protonami z LHC lub z ciężkimi wiązkami jonów, dostarczając nowych spostrzeżeń w mapowaniu wewnętrznej struktury protonów i jąder atomowych. W tym samym czasie eksperyment The Advanced Wakefield Experiment (AWAKE) rozwija akceleratory oparte na plazmie, które mogą sprawić, że przyszłe maszyny będą mniejsze, tańsze oraz bardziej efektywne.

Udział CERN wykracza daleko poza fizykę. Laboratorium jest pionierem w dziedzinie ultra-wydajnych klistronów – źródeł energii o częstotliwości radiowej, osiągających sprawności ponad 80%, które mogą zmienić zarówno badania naukowe, jak i przemysł. Jest to ogólnoświatowa infrastruktura obliczeniowa LHC Computing Grid, łącząca ponad 170 ośrodków w 42 państwach, przetwarza ogromne ilości danych dla fizyków w czasie rzeczywistym. W badaniach kwantowych eksperyment BASE prowadzony w CERN niedawno utworzył pierwszy kubit antymaterii, utrzymując antyproton (antymaterialny odpowiednik protonu) w superpozycji kwantowej przez niemal minutę – osiągnięcie, które może pomóc w wyjaśnieniu, dlaczego wszechświat faworyzuje materię nad antymaterią.

Wszystko to jest realizowane zgodnie z Europejską Strategią Fizyki Cząstek (ESPP, ang. The European Strategy for Particle Physics), która koncentruje się zarówno na wielkoskalowych projektach, jak i na zróżnicowanych programach badawczych. Ta wspólna wizja podkreśla, że rola CERN nie polega jedynie na byciu ośrodkiem badawczym, lecz także na pełnieniu funkcji centrum międzynarodowej współpracy i innowacji.

Każdy eksperyment, ulepszenie oraz odkrycie w CERN zbliża nas do znalezienia odpowiedzi na fundamentalne pytania: Jaka jest natura ciemnej materii? Dlaczego materia w ogóle istnieje? W jaki sposób siły wszechświata są ze sobą powiązane? Poprzez łączenie krajów, technologii i ciekawości, CERN nieustannie poszerza granice ludzkiej wiedzy, prowadząc nas w kierunku głębszego zrozumienia kosmosu i naszego miejsca w nim.

---

About the Author:

Translated by Paulina Sobuś