Ο ανιχνευτής CMS (Compact Muon Solenoid) του CERN
Λίγο πιο κοντά στην «ώρα μηδέν» της γέννησης του σύμπαντος στοχεύει το CERN, το οποίο σχεδιάζει την ανάπτυξη δύο επιταχυντών νέας γενιάς, που θα λειτουργούν με υψηλότερες ενέργειες από τον γνωστό «Μεγάλο Επιταχυντή Ανδρονίων» (LHC), που το 2012 ανακάλυψε το σωματίδιο Higgs.
Με τον τρόπο αυτό, οι επιστήμονες θα αναζητήσουν το άγνωστο, ελπίζοντας, αρχικά, να μάθουν περισσότερα για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια που καλύπτει το 95% του σύμπαντος.
Την ίδια στιγμή, η ήδη δοκιμασμένη τεχνολογία που χρησιμοποιεί το CERN, εφαρμόζεται σε περίπου 30.000 «μικρότερους» επιταχυντές που έχουν αναπτυχθεί σε όλο τον κόσμο και φέρνουν νέα δεδομένα στην ιατρική φυσική, κυρίως για την αντιμετώπιση ασθενειών όπως ο καρκίνος, και στη βιομηχανία, για την ανάπτυξη ηλεκτρονικών συστημάτων.
Το CERN -το μεγαλύτερο σε έκταση κέντρο πυρηνικών ερευνών, και συγκεκριμένα στη σωματιδιακή φυσική (Γενεύη)- έχει ξεκινήσει ήδη τον σχεδιασμό των δύο νέων επιταχυντών, ωστόσο, η κατασκευή και λειτουργία τους δεν φαίνεται να προσδιορίζεται στο άμεσο μέλλον, αφού ακόμη δεν υπάρχει η τεχνολογία για κάτι τέτοιο.
Πρόκειται για τον «Κυκλικό Επιταχυντή του μέλλοντος» (Future Circular Collider), που θα έχει περιφέρεια 100 χιλιομέτρων, και σε αυτόν θα γίνονται συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια, ηλεκτρονίων με ποζιτρόνια ή πρωτόνια.
«Ακόμη δεν υπάρχει η τεχνολογία για να κατασκευαστεί κάτι τέτοιο. Θα χρειαστούμε, όπως έγινε και για το LHC, περίπου 20 χρόνια για να έχουμε την τεχνολογία που απαιτείται, ειδικά στους μαγνήτες, που κρατούν σε κυκλική τροχιά τα υψηλής ενέργειας σωματίδια», εξηγεί ο Φυσικός Υψηλών Ενεργειών στο CERN και στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και υπεύθυνος διεθνών σχέσεων στο CERN, καθηγητής Εμμανουήλ Τσεσμελής, ο οποίος συμμετείχε στο 17ο Πανελλήνιο Συνέδριο Φυσικής, που διοργανώνει στη Θεσσαλονίκη η Ένωση Ελλήνων Φυσικών.
«Σίγουρα δεν θα πάμε στην ώρα μηδέν, αλλά αυτό που μπορούμε να κάνουμε είναι με τις υψηλότερες ενέργειες να πάμε λίγο πιο κοντά», συμπληρώνει.
Ο δεύτερος νέος επιταχυντής του CERN είναι ο Clic (Compact Linear Collider) «Συμπαγής Γραμμικός Επιταχυντής», θα έχει 50 χιλιόμετρα μήκος, και θα συγκρούει ηλεκτρόνια με ποζιτρόνια, με ενέργεια μέχρι και 3 Τέρα ηλεκτροβόλτ (TEV). Αυτός, ενδεχομένως να κατασκευαστεί νωρίτερα, μέσα στη δεκαετία του 2020-30, αφού ο σχεδιασμός του και οι μελέτες έχουν ξεκινήσει πριν από δεκαετίες. Στην ανάπτυξή τους θα συμμετέχουν ιδιωτικές εταιρίες, κυρίως ευρωπαϊκές, των κρατών - μελών του CERN, με συμβόλαια υψηλής τεχνολογίας.
Ψάχνοντας το άγνωστο
Στην πραγματικότητα, οι δύο νέοι επιταχυντές θα ψάξουν κάτι που κανείς δεν ξέρει τι θα είναι, όπως έγινε και στην περίπτωση του LHC. Πάντως, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι οι υψηλότερες ενέργειες θα βοηθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα και ακριβέστερα τα χαρακτηριστικά του σωματιδίου Higgs και στη συνέχεια να "δουν" πέρα από αυτό, να εξηγήσουν τα σωματίδια και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις.
«Ξέρουμε ότι υπάρχει και κάτι πέρα από αυτό. Αν σήμερα εξηγείται το 5% αυτών που βλέπουμε γύρω μας, υπάρχει το υπόλοιπο 95% που δεν μπορούμε να το εξηγήσουμε και έτσι χρειάζεται να συνεχιστεί η έρευνα, μέσα από τους επιταχυντές για να καταλάβουμε πχ την σκοτεινή ύλη μαζί με την σκοτεινή ενέργεια», λέει ο καθηγητής και συμπληρώνει ότι «ψάχνουμε κάτι που δεν ξέρουμε τι είναι. Όταν κατασκευάσουμε έναν επιταχυντή σε υψηλή ενέργεια δεν ξέρουμε τι μας περιμένει. Σίγουρα, όταν πάμε σε καινούργια περιοχή ενέργειας κάτι διαφορετικό θα δούμε, γιατί πηγαίνουμε σε άλλο μέρος του χρόνου του σύμπαντος, δηλαδή πάμε στην ώρα μηδέν του σύμπαντος, στο λεγόμενο big bang, ακόμη πιο κοντά από εκεί που είμαστε σήμερα με τον LHC. Και βέβαια να δούμε την εξέλιξη σε αυτά τα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια από τότε».
Και 30.000 μικρότεροι επιταχυντές στην υπηρεσία της επιστήμης
Η τεχνολογία που έχει αναπτυχθεί στο CERN εφαρμόζεται ήδη στην ιατρική φυσική και στη βιομηχανία, όπου χρησιμοποιούνται επιταχυντές μικρότερης ενέργειας και έντασης, για θεραπείες και για την ανάπτυξη βελτιωμένων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Στην περίπτωση της ιατρικής, πρωτόνια, αντί των ακτίνων Χ, χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση του καρκίνου, καθώς εστιάζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια στα καρκινικά κύτταρα, χωρίς να επηρεάζουν τα γύρω υγιή.
«Σήμερα υπάρχουν δύο κλινικές στην Ευρώπη - μία στην Ιταλία και μία στην Αυστρία - που διαθέτουν τέτοιους επιταχυντές, σχεδιασμένους από το CERN, σύμφωνα με την τεχνολογία του LHC, και εφαρμόζουν αυτή την τεχνολογία για θεραπείες καρκίνου», αναφέρει ο κ. Τσεσμελής. Επίσης, οι επιταχυντές χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ραδιοϊσοτόπων για να επιτευχθεί η ιατρική απεικόνιση, όπως για παράδειγμα με το PET SCAN.
Σε όλο τον κόσμο υπάρχουν περίπου 30.000 επιταχυντές, κατασκευασμένοι στο πρότυπο της δομής του CERN. Στη βιομηχανία βρίσκουν εφαρμογή στα ηλεκτρονικά μικροτσιπ, χρησιμοποιώντας προσμίξεις ατόμων (impurities) που μεταφέρονται σε σιλικόνες μέσω των επιταχυντών.
Σύμφωνα με τον καθηγητή, στόχος είναι τα προγράμματα βασικής έρευνας υψηλών ενεργειών να αναπτυχθούν σε Ευρώπη, Ασία και βόρεια Αμερική, και κάθε περιοχή να εστιάζει σε διαφορετικού είδους επιταχυντές και σε διάφορους τομείς της πειραματικής σωματιδιακής φυσικής. Στην Ασία και συγκεκριμένα στην Ιαπωνία έχει σχεδιαστεί ήδη ο νέος διεθνής γραμμικός επιταχυντής ηλεκτρονίων - ποζιτρονίων, και αναμένεται η έγκριση για την έναρξη κατασκευής του. Στη βόρεια Αμερική, στο Σικάγο κατασκευάζεται εγκατάσταση για τις δέσμες νετρονίων.
«Βαδίζουμε σε μία εντελώς καινούργια περιοχή γνώσης. Προσωπικά, βρίσκω περισσότερο ενδιαφέρουσα (από τη θεωρητική φυσική) τη δημιουργία υποδομών που να μπορούν να καταγράψουν όλη την ενέργεια που προκύπτει από μία σύγκρουση πρωτονίων και να δούμε κάτι που δεν το είχαμε σκεφτεί ποτέ πριν. Κάπως έτσι ξεκίνησε και ο LHC», καταλήγει ο καθηγητής.
