Új fizika is születhet a nagy hadronütköztetőben

Miért van az anyagnak tömege, miért létezhet egyáltalán anyag, miért csak az anyag 5%-át érzékeljük, léteznek-e extra dimenziók? - Csak néhány azokból a kérdésekből, amelyekre az idén végre remélhetőleg elinduló nagy hadronütköztetőtől várhatjuk a válaszokat. A fizikusok egy része azonban abban bízik, hogy több esetben nem lesznek válaszok, ami romba dönti a jelenlegi "unalmas" elméleti modelleket, és egy új fizika kezdetét jelenti.

Ahelyett, hogy közel fénysebességgel száguldó protonok százmilliói ütköznének már rendszeresen, lassú, megfontolt munkával zajlik a tavaly szeptemberi baleset következményeinek javítása a világ legnagyobb részecskegyorsítójában, az LHC-ban (Large Hadron Collider, azaz nagy hadronütköztető).

A CERN legutóbbi, december 5-i jelentése alapján az utolsó cserélendő mágnest a tervek szerint 2009 márciusának végén telepítik a helyére, ezután kezdődhet meg a rendszer lassú lehűtése. Június végén kezdődhetnek meg a gyorsítási próbák, nyáron pedig a fizikusok hozzáláthatnak a kísérletekhez, az adatok gyűjtéséhez.

Egyelőre tehát várnunk kell a "nagy kérdésekre" remélt válaszok megismerésével, és az is bizonyos, hogy nem azonnal az ütközések után jönnek majd az első eredmények, hanem csak hónapok múlva, amikor már elegendő adat gyűlt össze.

Érdemes azonban várni, mert a tudományos program középpontjában a részecskefizika átfogó és jelenleg legáltalánosabban elfogadott elmélete, a Standard Modell hiányzó elemeinek tisztázása áll. A Standard Modell jól működik, de van egy sor olyan paramétere, amelyet nem lehet megjósolni, és csak kísérletekkel lehet meghatározni.

Bár az LHC megépítéséről 1994 decemberében döntött a CERN, és akkorra körvonalazódtak az azóta megépült négy nagy detektor kontúrjai is, az elmúlt években alaposan megnőtt azoknak a kérdéseknek a sora, amelyekre az LHC-kísérletektől várnak választ a kutatók. Ezeket cikksorozatunkban részletesen elemeztük, emlékeztetőül álljon itt egy felsorolás.

Valóban megvalósul a természetben a Higgs-mechanizmus, amely a Standard Modell szerint tömeget ad az elemi részecskéknek? Ha igen, akkor hányféle Higgs-bozon van, és ezeknek mekkora a tömege?

A kvarkok sokkal pontosabban megmért tömege továbbra is megfelel majd a Standard Modellnek?

Van a részecskéknek szuperszimmetrikus (SUSY) párja?

Miért nem szimmetrikus az anyag és az antianyag?

Léteznek azok az extra dimenziók, amelyeket a kvantumgravitáció húrelméletei feltételeznek, képesek vagyunk "látni" ezeket?

Mi a sötét anyag és sötét energia természete?

Miért gyengébb sok nagyságrenddel a gravitáció a másik három kölcsönhatásnál?

Keletkeznek-e mikroszkopikus fekete lyukak az ütközésekben?

Vélemények Nobel-díjasoktól

A fenti kérdésekben, azok fontosságában egyetért a tudományos közvélemény. Abban persze jelentősen eltérnek a vélemények, hogy milyen válaszok várhatók. A CERN Courier riportere a fizikai Nobel-díjasokat kérdezte végig, mit várnak az LHC-tól.

David Gross - aki 2004-ben kapta meg a díjat az erős kölcsönhatás elméletének továbbfejlesztéséért - a szuperszimmetria felfedezésére számít. Ha ez megtörténik, akkor "új világ nyílik meg, egy szupervilág" - mondja. A szuperszimmetriával megvalósítható lesz a kölcsönhatások egyesítése, feltárul a sötét anyag természete.

Gerardus ´Hooft (1999, az elektrogyenge kölcsönhatás kvantumszerkezetéért) mindenekelőtt a Higgs-részecske felfedezését várja. Abban reménykedik, hogy a (sokféle?) Higgs-részecske mellett egy sor olyan részecskét is észlelnek, amelyekre ma senki sem számít.

Douglas Osheroff (1996, a hélium-3 szuperfolyékonyságának felfedezője) szerint lenyűgöző műszaki alkotás az LHC, "észbontó a szuperfolyékony hélium 27 kilométeren". Ő is eddig ismeretlen részecskék sokaságának felfedezésére számít.

Carlo Rubbia (1984, W és Z bozonok felfedezője a CERN-ben) úgy véli, hogy a természet okosabb a fizikusoknál, mondja el maga a természet a titkait. Szerinte meglepetések várnak ránk.

Martinus Veltman (1999, elektrogyenge kölcsönhatás kvantumszerkezete) unalmas lesz, ha csak a Higgs-részecske kerül elő, váratlan felfedezésekben bízik. Reméli, hogy nem igazolódik be a Standard Modell, és ez esetben új fizika kezdődhet.

George Smoot (2006, a mikrohullámú háttérsugárzás méréséért) az új részecskefizikai eredményektől a kozmológia előre haladását várja. Szeretné befejezettnek látni a Standard Modellt, várja a Higgs-részecskét. Extra dimenziók feltárulására is számít, valamint a szuperszimmetriára és a sötét anyag megismerésére.