Aventura LHC a inceput

De curand Large Hadron Collider (LHC) de la CERN a pornit programul de cercetari, odata cu atingerea energiei record de 7 TeV (7 mii de miliarde de electron Volti). Cu aceasta ocazie cele patru mari experimente ATLAS (A large Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), ALICE (A Large Ion Collider Experiment) si LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), au inceput fiecare programul propriu de cercetari. Sa vedem o scurta trecere in revista a acestor programe.

ATLAS si CMS abordeaza, cu instrumente putin diferite, problema bosonului Higgs, existenta careia poate furniza explicatia maselor diferite pentru particulele elementare cunoscute. Dupa cum spune foarte frumos Hanspeter Beck, coordonator al grupului ATLAS, de la Universitatea din Berna, cautarea bosonului Higgs de cele doua colaborari nu este o intrecere „care pe care”, ci mai curand o posibilitate de verificare reciproca a rezultatelor, ce se asteapta a fi deosebite.

Dupa incercarile de observare a bosonului Higgs de la LEP (Large Electron Positron collider, vechiul accelerator cu fascicule incrucisate de electroni – positroni din tunelul LHC), sau a celor de la Tevatron (la Fermilab Chicago, USA), bosonul Higgs ar trebui sa aibe masa undeva intre 115 si 160 GeV sau chiar pana la 200 GeV. Daca nu se gaseste in aceasta regiune de mase, atunci el nu exista cu siguranta. In acest caz va trebui cautat un alt mecanism si o noua abordare teoretica, bazata pe alte ipoteze decat cele ale Modelului Standard, care sa explice formarea particulelor elementare si a maselor acestora. Oricum, intervalul de 18-24 de luni in care LHC va lucra la energia totala de 7 TeV, va fi in cel mai bun caz suficient pentru a confirma (sau infirma) existenta bosonului Higgs. Abia dupa ridicarea energiei la 14 TeV se va putea trece si la masurarea masei acestuia.

Un alt obiectiv important al experimentului ATLAS este studiul „materiei intunecate”, ce constituie cca 23% din materia din univers.  Materia obisnuita este doar 4.6%, restul de cca 72% fiind „energie intunecata”. „Materia intunecata” nu interactioneaza cu lumina (interactie electromagnetica), aceasta fiind complet transparenta, nicidecum neagra sau opaca, si este alcatuita probabil din neutrini, alaturi de alte particule supersimetrice si WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), ce urmeaza a fi identificate.

CMS, alaturi de cautarea bosonului Higgs, urmareste in special observarea si masurarea particulelor supersimetrice (sparticles), parteneri mai grei ai particulelor obisnuite.

ALICE va incerca explicarea interactiile tari – fiind cele mai putin cunoscute, din cele patru existente in natura. Aproape 98% din masa, continuta in particulele obisnuite, participa in interactia tare. Cu toate acestea, inca nu se stie cum se grupeaza quarcii in structura hadronilor (quark confinment), sau cum se produce libertatea asimptotica (asimptitic freeadom)  a quarcilor. Se va putea studia comportarea quarcilor la distante foarte mici incat acestia sa fie practic liberi. Apoi, prin producerea de plasma quarc-gluonica, in ciocnirile relativiste de ioni grei, se vor putea studia procesele prin care din „supa primordiala” de quarc-gluoni, existenta in primele momente de dupa Big-Bang, se coaguleaza structuri de particule elementare si mai tarziu de nucleele si atomii.

LHCb este un experiment orientat pe studiul violarii simetriei CP (Charge conjugation – Parity), proces responsabil de existenta asimetriei materie – antimaterie. In acest scop sunt avute in vedere particule (hadroni) ce au in componenta quarc-ul b (de la beauty sau bottom).

Abordarea problemelor avute in vedere de aceste experimente se face treptat, prin ridicarea energiei LHC in conformitate cu o planificare de lunga durata. In acest moment energia totala in centrul de masa al fasciculelor de protoni de la LHC este de 7 TeV. Cu aceasta energie se va lucra 16-24 luni. Apoi se va trece la cresterea graduala a energiei pana la valoarea proiectata de 7 TeV.