Kroz gusti koloplet vijesti o novom koronavirusu i njime uzrokovanoj bolesti ipak se probila jedna doista izuzetno vrijedna vijest. A to je da je Vijeće CERN-a, upravno tijelo te međunarodne organizacije za nuklearna istraživanja, prihvatilo plan da se krene u izgradnju novog “supersudarača” koji bi bio dug 100 km, dakle gotovo četiri puta više od LHC-a, Velikog hadronskog sudarača. No utjecajne se znanstvene publikacije najavom projekta FCC, odnosno, Future Circular Collider, bave na različite načine. Postavlja se pitanje je li već vrijeme za novi, tako velik sudarač, jesu li se iscrpile sve mogućnosti postojećeg LHC-a u kojem je potvrđeno postojanje Higgsova bozona, često zvanog i Božja čestica. Drugi je kontekst velik novac koji je potreban da bi se izgradio Future Circular Collider, a riječ je o 21 milijardi eura. Spekulira se je li taj novac doista i dostupan kako bi se “supersudarač” i izgradio.
Pitali smo tri ugledna znanstvenika s visokim znanjem o CERN-u i fizici čestica da nam otvore pogled u budućnost. I odmah na početku otkrivamo kako do konačne odluke tek treba doći.
– Donesena je odluka da CERN pokrene istraživanja koja bi za dvadesetak godina dovela do početka izgradnje nasljednika LHC akceleratora čiji će kružni tunel imati opseg od 100 km, a energiju sudara od 100 TeV, što je više od sedam puta jače od LHC-a. Riječ je o lijepom primjeru globalnog, dugoročnog i planskog promišljanja razvoja fundamentalnih istraživanja u fizici elementarnih čestica, a i primjer generacijske suradnje. Naime, brojni znanstvenici u sljedećih dvadesetak godina radit će na dizajnu i optimizaciji ovog novog akceleratora i popratnih mu detektora, a puni znanstveni potencijal baštinit će i realizirati današnji pučkoškolci.
Krivo je razmišljati kako je 21 milijarda eura velik iznos koji bi se mogao i drugačije potrošiti. Investicija u razvoj novih, kompleksnih i ambicioznih znanstvenih pothvata je u biti ulaganje u vrhunsko obrazovanje, a nema isplativijeg ulaganja od ulaganja u izvrsno obrazovane mlade ljudi koji od golobradih studenata postaju znanstvenici. Prigodno je napomenuti da se trenutačno 70 posto akceleratora nalazi u bolnicama, a samo 30 posto u laboratorijima, PET skener, magnetska rezonanca, web, brojni softverski alati…, proizašli su iz dosadašnjih globalnih i ambicioznih znanstvenih pothvata te je opravdano očekivati da će i ovaj znanstveni pothvat koji pokreće CERN dovesti do neslućenog razvoja novih tehnologija, kaže prof. dr. sc. Nikola Godinović s Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu nastavljajući kako ovaj ambiciozni projekt u kojem mi, kako se izrazio “Zemljani” težimo istom cilju, što dubljem razumijevanju prirode, egzemplar je onog što bi trebalo biti globalno društvo, suradnja svih na dobrobit svih, tako da ima i pozitivan društveni utjecaj.
– Očito je da nastaje nova globalna kultura, ma što ove mimozice ”suverenisti” mislili o tome, koju, naravno, kao i sve treba propitivati, korigirati i usmjeravati na dobrobit “Zemljana”, a ne korporacija. Globalni pothvat izgradnje novog, 10 puta snažnijeg akceleratora od postojećeg LHC-a oblik je otvoren znanosti i smjer u kojem treba ići globalizacija – kaže prof. Godinović.
U to da postoje vrlo čvrsti znanstveni razlozi da se krene u projekt novog “supersudarača” nimalo ne sumnja jedan od naših znanstvenika koji rade na CERN-u, doc. dr. sc. Toni Šćulac s Odjela za fiziku Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Splitu. Podsjeća kako se fizika elementarnih čestica bavi proučavanjem najmanjih gradivnih elemenata svemira te da se velika većina barem jednom u životu upitala od čega smo mi to izgrađeni, od čega je svemir izgrađen, s čime se doista lako složiti.
– Još su stari Grci razmišljali o tome i teoretizirali kako je sve izgrađeno od atoma, koji je nedjeljivi element. Poslije su znanstvenici otkrili da se atom sastoji od protona i neutrona koji izgrađuju jezgru i od elektrona koji kruže oko njih, a danas znamo da su protoni i neutroni izgrađeni od kvarkova i gluona koji su još elementarniji od njih. Sinonim za fiziku elementarnih čestica je fizika visokih energija, a to je zato što, da bismo proizveli elementarne čestice, moramo doseći jako visoke energije. To su energije koje su bile prisutne u samom početku svemira, vrlo kratko nakon što je nastao iz velikog praska.
Upravo ta poveznica znači da sa što većim postignutim energijama kroz sudare mi zapravo proučavamo što ranije trenutke svemira, odnosno njegovo stanje nedugo nakon velikog praska. Uz pomoć Velikog hadronskog sudarača uspjeli smo rekreirati uvjete koji su postojali milijarditog dijela sekunde nakon velikog praska, a s još većim energijama otišli bismo još dalje u prošlost. Moje kolege iz CERN-a i ja se nadamo da će daljnje pomicanje tih granica dati odgovore na neka fundamentalna pitanja poput toga koje još elementarne čestice postoje, zašto ima više materije nego antimaterije, što su tamna materija i tamna energija, postoji li još elementarnih čestica koje nismo predvidjeli – kaže dr. Šćulac.
FCC nije jedina mogućnost
Trenutačno je, kaže, glavni fokus na LHC-u koji će prikupljati podatke do kraja 2024. godine i onda se prebacujemo na njegovu nadogradnju (High Luminosity – LHC) i nadogradnju naših detektora CMS i ATLAS. Ova odluka znači kako uz ta dva projekta sada ozbiljno počinjemo planirati i dizajnirati i supersudarač kako bismo u sljedećih nekoliko godina donijeli konačnu odluku o započinjanju tog projekta. FCC nije i jedina mogućnost o kojoj se na CERN-u razmišlja.
Dr. sc. Dinko Ferenček iz Laboratorija za fiziku visokih energija Zavoda za eksperimentalnu fiziku Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu podsjeća nas kako je otkriće Higgsova bozona objavljeno 2012. godine bilo tek prvo poluvrijeme u istraživanju Higgsova bozona.
– Njegovim otkrićem zaokružen je i potvrđen standardni model, naš trenutačni matematički opis elementarnih čestica i njihovih interakcija. I iako je standardni model vjerojatno jedna od najuspješnijih teorija u modernoj znanosti s iznimnom moći predviđanja, istovremeno znamo da on ne može biti konačna teorija na osnovu eksperimentalnih opažanja koja se ne mogu adekvatno ili uopće opisati u kontekstu standardnog modela (npr. prisutnost tamne materije i tamne energije ili dominacija materije nad antimaterijom da navedemo neke). Tu dolazi drugo poluvrijeme u istraživanju Higgsova bozona, a ono se odnosi na detaljna mjerenja svojstava Higgsova bozona. Jednom kada ta mjerenja postanu dovoljno precizna, a za veću preciznost potrebno je prikupiti veću količinu podataka, moći ćemo reći odstupaju li izmjerena svojstva Higgsova bozona od onih predviđenih standardnim modelom ili ne. Ako bi odstupala, bio bi to jasan znak za novu fiziku izvan standardnog modela, kaže dr. Ferenček.
Za preciznija mjerenja potreban nam je sudarač elektrona i pozitrona koji bi bio svojevrsna “tvornica Higgsovih bozona”.
– Takav sudarač ujedno je identificiran kao sljedeći sudarač najvišeg prioriteta u nedavno objavljenoj Nadopuni europske strategije za fiziku čestica. Međutim, tu je važno istaknuti da je FCC tek jedna od mogućih realizacija takvog sudarača. Druga mogućnost je linearni akcelerator koji bi bio manjih dimenzija od FCC-a i tu postoje varijante linearnog akceleratora koje bi se gradile na CERN-u ili u Japanu. Također postoji prijedlog izgradnje kružnog akceleratora sličnog FCC-u u Kini.
U tom kontekstu ja dakle jesam za izgradnju budućeg sudarača koji bi nam omogućio detaljna mjerenja svojstva Higgsova bozona, a u kojoj formi i hoće li uopće biti realiziran takav sudarač, tek treba vidjeti. Vijek trajanja LHC-a je negdje do 2040. godine i dosad još nije prikupljeno ni 10 posto od ukupne količine podataka koja će se u konačnici prikupiti na LHC-u tako da je pred nama još puno posla u analiziranju podataka i sve mogućnosti LHC-a nismo još ni približno iscrpili, kaže fizičar s IRB-a. Često se u kontekstu CERN-a zna čuti kako se za niz projekata osmišljavaju sasvim nove tehnologije. Ništa drukčije neće biti niti s budućim “supersudaračem”.
– Supersudarač nije moguće izgraditi uz primjenu tehnologije koja trenutačno postoji. Ali ne samo to, nego zamislite da takva tehnologija postoji i vi dizajnirate supersudarač čija operacija počinje krajem 2030.-ih. U tim godinama će današnja tehnologija biti posve zastarjela i takav sudarač bi bio potpuni promašaj. Upravo zato su ovakvi projekti vrlo izazovni i uključuju suradnju tisuća vrhunskih stručnjaka. Po meni, glavni sastojak za uspješno ostvarivanje takvog ogromnog i tehnološki zahtjevnog projekta su kompleksne računalne simulacije.
CERN je vjerojatno svjetski predvodnik u računalnim simulacijama. One se koriste u svakom dijelu njegova rada, od analize podataka, teoretskih izračuna, simulacije sudara do simulacija neophodnih za dizajn i izgradnju novih tehnologija. Dizajn i planiranje novog sudarača ići će u nekoliko faza. Prvo će se simulirati kakve bi napretke u mjerenjima donio, a onda će se prijeći na detaljnije simuliranje njegovih komponenti i načina rada. Uz pomoć simulacija će se donositi odluke o potrebnoj tehnologiji koja će se izrađivati i testirati u raznim fazama. Pa će tako na primjer finalni čip koji će biti dio velikog sudarača proći nekoliko faza i ranijih verzija s trenutačno dostupnom tehnologijom, kaže fizičar s PMF-a u Splitu. U svemu će, napominje, biti mjesta i za “domaću pamet”.
I hrvatske firme u igri
– Zahvaljujući činjenici da je Hrvatska postala pridruženom članicom CERN-a krajem 2019. godine, hrvatske firme mogu se prijavljivati na CERN-ove natječaje za industrijsku suradnju u naprednim tehnologijama. To znači da će hrvatske firme moći konkurirati firmama iz ostalih zemalja članica i pridruženih članica za izgradnju raznih tehnologija potrebnih za CERN-ovu operaciju. Osim toga, hrvatski znanstvenici će aktivno sudjelovati u raznim koracima simulacije, razvoja i dizajna – objasnio je prof. Šćulac.
Naveli smo kako do početka izgradnje novog FCC-a ipak još 20 godina. One neće proći u pukom iščekivanju.
– Prema sadašnjem planu, od 2027. godine pa do kraja svojeg radnog vijeka LHC će raditi u modu visokog luminoziteta, High Luminosity LHC ili skraćeno HL-LHC, za što će biti potrebno nadograditi sam akcelerator, ali i detektore kako bi se mogli nositi s povećanim intenzitetom snopova protona i većim brojem sudara protona koji će se odvijati. Kod akceleratora će se dio magneta koji drže protone na kružnim putanjama zamijeniti kraćim i snažnijim varijantama kako bi se dobilo mjesta za dodatne magnete za fokusiranje snopova protona. Kod detektora će se cijeli sustavi zamijeniti potpuno novim ili unaprijeđenim varijantama kako bi detektori bili u stanju brže i efikasnije prikupljati podatke. U tehnološkom smislu većim se dijelom radi o evoluciji postojećih tehnologija. Međutim, situacija s FCC-om slična je onoj s LHC-om u ranim danima planiranja. Tehnologija jakih magneta, visokotemperaturnih supravodiča i sustava kriogenike na velikoj skali potrebnih za izgradnju FCC-a trenutačno još ne postoje i predmet su trenutačnih ili budućih istraživanja. Jednom kad te tehnologije sazru, može se očekivati da će naći svoju primjenu u medicini, prijenosu energije te ostalim granama privrede – govori dr. Ferenček.
Važno je, smatra on, napomenuti da je ono što je objavljeno u Nadopuni europske strategije za fiziku čestica je tek svojevrsni popis želja s FCC-om na vrhu tog popisa. Ono što slijedi je studija izvodljivosti koja bi trebala biti gotova do sljedeće nadopune strategije u drugoj polovici 2020-ih. Tek tada će se detaljnije znati kakvi su izgledi za izgradnju FCC-a.
– U ranim danima istraživački akceleratori su za današnje pojmove bili relativno mali i moglo ih se izgraditi na kampusima sveučilišta ili instituta. Kako su energije snopova rasle, tako su rasli i akceleratori, i u svojim dimenzijama i u svojoj cijeni, tako da smo danas u situaciji da cijelo područje fizike elementarnih čestica više-manje gravitira jednom akceleratoru koji zbog svoje veličine nužno postaje globalni poduhvat. Osim fizičke veličine i cijene, narasla je i vremenska skala na kojima se akceleratori grade i koriste. Međutim, ono što je važno je kontinuitet, koji smo dosad uvijek imali. U slučaju da FCC ili neki sličan akcelerator ne krene u izgradnju pri kraju ili ubrzo nakon kraja rada LHC-a, postoji realna opasnost da potreban know-how za izgradnju i korištenje akceleratora jednostavno iščezne, upozorava dr. Ferenček koji povlači interesantnu usporedbu u kontekstu procjene koštanja novog “sudarača”.
– Ukupni godišnji znanstveni budžet u Francuskoj u 2012. godini bio je oko 54 milijarde dolara, a u SAD-u 2013. godine na konzumaciju alkoholnih pića potrošeno je oko 174 milijarde dolara. Manji projekti, naravno, imaju svoju vrijednost, ali ne mogu biti potpuna zamjena za velike projekte – kaže fizičar s IRB-a.
'' – Očito je da nastaje nova globalna kultura, ma što ove mimozice ”suverenisti” mislili o tome.'' - Mars smece Babilonsko, ti i tvoja satanisticko/fasisticka kultura, antikristi, sektasi, smradovi, neprijatelji ljudskoga roda.