A Nagy Hadronütköztető (LHC) a modern részecskefizika csodája, amely lehetővé tette a kutatók számára, hogy a valóság mélyére hatoljanak. Eredete egészen 1977-ig nyúlik vissza, amikor Sir John Adams, az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) korábbi igazgatója javasolta egy földalatti alagút építését, amely egy olyan részecskegyorsítót tudna befogadni, amely képes lenne rendkívül magas energiák elérésére – olvasható Thomas Schörner-Sadenius fizikus 2015-ös történeti tanulmányában.
A projektet húsz évvel később, 1997-ben hivatalosan is jóváhagyták, és megkezdődött a francia-svájci határ alatt húzódó, 16,5 mérföld (27 kilométer) hosszú gyűrű építése, amely képes a részecskéket a fénysebesség 99,99 százalékára felgyorsítani és összetörni. A gyűrűn belül 9300 mágnes irányítja a töltött részecskék csomagjait két ellentétes irányba másodpercenként 11 245-ször, hogy végül frontálisan összeütközzenek. A berendezés másodpercenként mintegy 600 millió ütközést képes létrehozni, hihetetlen mennyiségű energiát és időnként egy-egy egzotikus, eddig soha nem látott nehéz részecskét is kibocsátva. Az LHC 6,5-szer nagyobb energiával működik, mint a korábbi rekordot tartó részecskegyorsító, az amerikai Fermilab leállított Tevatronja
Az LHC megépítése összesen 8 milliárd dollárba került, ebből 531 millió dollárt az Egyesült Államok állt rendelkezésre. Kísérleteiben több mint 8000 tudós dolgozik együtt 60 különböző országból. A gyorsító 2008. szeptember 10-én kapcsolta be először a sugarakat, és az eredeti tervezési intenzitásnak csak a tízmilliomodrészével ütköztette a részecskéket.
A működés megkezdése előtt egyesek attól tartottak, hogy az új atomzúzó elpusztítja a Földet, talán egy mindent elnyelő fekete lyuk létrehozásával. De minden jó hírű fizikus kijelentené, hogy ezek az aggodalmak alaptalanok.
“Az LHC biztonságos, és minden olyan feltételezés, hogy kockázatot jelenthet, merő kitaláció” – mondta korábban Robert Aymar, a CERN főigazgatója a LiveScience-nek.
Ez nem jelenti azt, hogy a létesítmény nem lehet potenciálisan káros, ha helytelenül használják. Ha az ember beledugná a kezét a sugárba, amely egy mozgásban lévő repülőgép-hordozó energiáját egy milliméternél is kisebb szélességűre fókuszálja, lyukat ütne rajta, majd az alagútban lévő sugárzás megölné.”
Úttörő kutatás
Az LHC az elmúlt 10 évben atomokat zúzott össze a két fő kísérlete, az ATLAS és a CMS számára, amelyek külön működnek és elemzik az adataikat. Ennek célja, hogy egyik kollaboráció se befolyásolja a másikat, és hogy mindkettő ellenőrizze a testvérkísérletét. A műszerek több mint 2000 tudományos publikációt hoztak létre az alapvető részecskefizika számos területéről.
2012. július 4-én a tudományos világ lélegzetvisszafojtva figyelte, ahogy az LHC kutatói bejelentették a Higgs-bozon felfedezését, amely a fizika Standard Modelljének nevezett, öt évtizedes elmélet utolsó kirakós darabja. A Standard Modell az összes ismert részecskét és erőt (a gravitáció kivételével), valamint ezek kölcsönhatásait próbálja megmagyarázni. Peter Higgs brit fizikus még 1964-ben írt egy tanulmányt a ma már a nevét viselő részecskéről, amelyben megmagyarázta, hogyan keletkezik a tömeg a világegyetemben.
A Higgs valójában egy olyan mező, amely áthatja az egész teret, és magával ránt minden részecskét, amely áthalad rajta. Egyes részecskék lassabban vánszorognak a mezőn keresztül, és ez megfelel a nagyobb tömegüknek. A Higgs-bozon ennek a mezőnek a megnyilvánulása, amelyet a fizikusok fél évszázadon át űztek. Az LHC-t kifejezetten azért építették, hogy végre megragadják ezt a megfoghatatlan prédát. Mivel végül megállapították, hogy a Higgs bozon 125-ször nagyobb tömegű, mint egy proton, Peter Higgs és Francois Englert belga elméleti fizikus is Nobel-díjat kapott 2013-ban a létezésének megjóslásáért.
A fizikusok még a Higgs megismerésével sem nyugodhatnak, mert a Standard Modellben még mindig vannak lyukak. Egyrészt nem foglalkozik a gravitációval, amelyet nagyrészt Einstein relativitáselméletei fednek le. Azt sem magyarázza meg, hogy az univerzum miért anyagból és nem antianyagból áll, amelynek nagyjából egyenlő mennyiségben kellett volna létrejönnie az idők kezdetén. És teljesen hallgat a sötét anyagról és a sötét energiáról, amelyeket még nem fedeztek fel, amikor megalkották.
Az LHC bekapcsolása előtt sok kutató azt mondta volna, hogy a következő nagy elmélet az úgynevezett szuperszimmetria, amely minden ismert részecskét hasonló, de sokkal nagyobb tömegű ikerpartnerrel egészít ki. Egy vagy több ilyen nehéz partner tökéletes jelölt lehetett volna a sötét anyagot alkotó részecskékre. A szuperszimmetria pedig kezdi megfejteni a gravitációt, megmagyarázva, hogy miért olyan sokkal gyengébb, mint a másik három alapvető erő. A Higgs felfedezése előtt néhány tudós azt remélte, hogy a bozon végül kissé más lesz, mint amit a Standard Modell megjósolt, és új fizikára utal.
De amikor a Higgs előkerült, hihetetlenül normális volt, pontosan abban a tömegtartományban, ahol a Standard Modell szerint lennie kellett. Bár ez nagyszerű eredmény a Standard Modell számára, a fizikusokat jó nyomok nélkül hagyta. Néhányan már az elvesztegetett évtizedekről beszélnek, amikor olyan elméleteket üldöztek, amelyek papíron jól hangzottak, de úgy tűnik, nem feleltek meg a tényleges megfigyeléseknek. Sokan remélik, hogy az LHC következő adatfelvételi futásai segítenek majd tisztázni ezt a zűrzavart.
Az LHC 2018 decemberében leállt, hogy két évig tartó frissítéseken és javításokon menjen keresztül. Amikor újra működésbe lép, képes lesz atomokat összezúzni, némileg megnövelt energiával, de a másodpercenkénti ütközések számának kétszeresével. Hogy akkor mit fog találni, azt csak találgatni lehet. Már most arról beszélnek, hogy egy még nagyobb teljesítményű részecskegyorsítót terveznek a helyére, amely ugyanazon a területen helyezkedik el, de négyszer akkora, mint az LHC. A hatalmas pótlást 20 évig és 27 milliárd dollárig tartana megépíteni.