Projek baru CERN adalah untuk membina mekanisme yang hampir empat kali lebih besar daripada peranti terbesar yang ada. Tetapi untuk apa sebenarnya?
Large Hadron Collider (LHC) boleh dikatakan salah satu peranti paling misteri di dunia. Ia berada di terowong bulat sepanjang 27 kilometer di sempadan antara Perancis dan Switzerland, dan tugas utamanya adalah untuk menabrak zarah-zarah terkecil dari alam semesta.
Mekanisme ini menjadi terkenal di seluruh dunia pada tahun 2012, ketika CERN (Pertubuhan Eropah untuk Penyelidikan Nuklear) mengumumkan penemuan boson Higgs. Teori kewujudan zarah unsur ini muncul beberapa dekad yang lalu, pengiraan matematik di sebalik model standard partikel unsur menganggap bahawa ia wujud, tetapi tidak ada yang dapat memperbaikinya sebelum eksperimen di LHC.
Dan sekarang CERN bercakap mengenai rancangan untuk masa depan. Eksperimen dengan bantuan LHC telah dilakukan sejak 2009 dengan gangguan untuk mengemas kini mekanisme. Sekarang, rehat begitu sahaja, dan LHC akan dilancarkan lagi pada tahun 2021, selepas itu ia akan berfungsi selama beberapa dekad lagi.
Tetapi projek yang ada begitu bercita-cita tinggi sehingga CERN telah membincangkan cadangan untuk membina pengganti LHC selama beberapa tahun. Dan sekarang pekerja organisasi bersedia untuk memberitahu mengenai visi mereka mengenai masa depan.
Kini disebut Future Circular Collider (FCC), rancangan untuk pembinaannya diumumkan pada Januari 2019. BCC jauh lebih besar dan lebih kuat daripada pemecut semasa. Walaupun ini hanyalah rancangan, ia belum dapat diterima. Sekiranya rancangan itu dilaksanakan, eksperimen di BCC akan bermula pada tahun 2040-an.
Menurut CERN, jumlah kos pembinaan akan berjumlah lebih dari 200 bilion kroon (lebih dari 1.5 trilion rubel - kira-kira terjemahan). Negara anggota organisasi akan membiayai projek ini selama beberapa dekad. Norway adalah salah satu daripada 22 negara anggota CERN dan akan menyumbang sekitar 240 juta kron (lebih dari 1.8 bilion rubel) pada tahun 2019.
Video promosi:
Tetapi mengapa kita memerlukan pemecut zarah baru, apa yang diharapkan oleh para saintis untuk mencapainya?
Terowong panjang
LHC diletakkan di terowong yang sama dengan pemecut zarah sebelumnya, hanya pengisian baru yang diletakkan di sana. Kerja peranti sebelumnya dihentikan pada tahun 2000.
Tetapi terowong baru sepanjang 100 kilometer akan dibina untuk BCC. Oleh kerana panjang pemecut zarah meningkat, zarah-zarah akan bertabrakan dengan kekuatan yang lebih banyak.
"Selama seratus tahun, pelanggaran kepingan jirim dengan kekuatan besar mungkin merupakan kaedah eksperimen terpenting untuk mengkaji struktur dan komposisi jirim," kata Anders Kvellestad, ahli fizik zarah di Imperial College London.
Sebenarnya, rancangan CERN memerlukan pembinaan beberapa peranti di terowong yang sama, yang akan terletak satu demi satu. Mekanisme pertama akan bertabrakan dengan elektron dan positron, dan ia dapat digunakan untuk pengukuran dan penyelidikan yang lebih tepat, misalnya, boson Higgs, yang belum diketahui semuanya sehingga kini.
Juga dapat mengesan jejak kuantum zarah-zarah yang tidak diketahui sepenuhnya tanpa membuat pemerhatian langsung.
Fizik baru?
Sebagai tambahan kepada eksperimen lain yang melibatkan perlanggaran elektron dan inti atom plumbum, ia kemudian dirancang untuk membangun mekanisme yang sangat kuat di mana proton akan bertembung dengan proton di dalam terowong.
"Dalam fizik partikel, pelanggaran proton dengan proton menyerupai sledgehammer, sedangkan tabrakan elektron dengan positron dapat dibandingkan dengan tukul geologi kecil. Yang pertama memberikan lebih banyak kekuatan, sementara yang terakhir lebih tepat."
Kekuatan pancaran zarah itu sendiri diukur dalam teraelectronvolts (TeV). LHC, sepanjang 27 kilometer, dapat menangani 14 TeV, sementara pemecut baru akan menahan daya hingga 100 TeV.
Tenaga yang lebih tinggi membolehkan anda "memikat" zarah-zarah yang lebih besar, yang mungkin belum pernah diperhatikan sebelumnya, dan kemungkinan hasil eksperimen tersebut akan memberi idea mengenai fizik yang sama sekali baru, jelas Kvellestad.
Kerana alam semesta masih penuh dengan perkara yang tidak difahami oleh saintis. Sebagai contoh, tidak ada jawapan untuk persoalan apakah sebenarnya tenaga gelap dan bahan gelap, walaupun konsep tersebut merupakan konsep utama dalam pemahaman kita tentang alam semesta sekarang.
Terdapat juga masalah besar dalam fizik moden. Teori relativiti am dan medan kuantum, yang menerangkan unsur asas, tidak bertepatan. Tidak ada penjelasan untuk graviti itu sendiri, yang sesuai dengan kedua model tersebut.
Tidak kira bagaimana anda melihatnya, ada sesuatu yang hilang dalam memahami alam semesta. Banyak penjelasan yang ditawarkan, tetapi penyelidik memerlukan bukti.
Dan ahli fizik berharap agar pemecut zarah LHC dapat memberi petunjuk mengenai fizik baru. Ini belum berlaku, tetapi LHC akan berfungsi selama bertahun-tahun lagi.
“Kami sekarang mengetahui semua tentang perbezaan kecil tetapi menarik antara teori dan praktik dalam data yang ada. Oleh itu, saya mengharapkan hasil kerja LHC pusingan berikutnya untuk menunjukkan kepada kita sama ada perbezaan ini disebabkan oleh "fizik baru" atau hanya variasi statistik, "kata Kvellestad.
Tetapi ada juga keraguan mengenai rancangan untuk membina pemecut zarah baru.
Adakah ia akan benar-benar melakukan sesuatu?
Ahli fizik Jerman Sabine Hossenfelder adalah salah satu pengkritik cadangan MCC. Dia menulis sebuah buku mengenai bagaimana fizik terlalu mementingkan "keindahan" persamaan.
Dalam sebuah kolom di The New York Times, dia mengkritik projek itu, khususnya, kerana fakta bahawa CERN menawarkannya dengan janji-janji yang sama yang dibuat sebelum pembinaan LHC: untuk mencari bahan gelap dan menjelaskan asal usul alam semesta.
Masalahnya adalah bahawa hasil seperti itu tidak dapat dijamin dengan cara apa pun, kata Hossenfelder. Ahli fizik hampir pasti bahawa mereka akan menemui boson Higgs dengan bantuan LHC, tetapi sekarang mereka tidak mempunyai sasaran yang menjanjikan.
Supersimetri adalah teori yang meramalkan adanya beberapa zarah berbeza yang dapat mengisi jurang dalam Model Piawai, tetapi zarah-zarah ini belum disentuh dalam eksperimen.
Hossenfelder berpendapat bahawa fizik harus meneroka kemungkinan lain buat masa ini, dan lebih baik menunggu dengan pembinaan pemecut besar, dengan fokus pada persoalan mengapa zarah-zarah yang seharusnya tidak muncul di LHC.
Sekiranya anda berminat, anda boleh membaca lebih lanjut mengenai kritikan terhadap projek tersebut di blognya. Dia juga mengatakan bahawa jika, dengan bantuan LHC, pada tahun-tahun mendatang, sangat mungkin untuk mencari sesuatu, maka gambarnya mungkin berubah.
Penyelidikan asas
"Selepas penemuan boson Higss, kita tidak lagi mempunyai 'jaminan' teori bahawa kita akan menemui zarah-zarah baru dalam eksperimen generasi akan datang, - kata Anders Kvellestad. - Tetapi ia sebenarnya bermaksud bahawa fizik zarah kembali normal untuk asas keadaan penyelidikan - apabila tidak ada yang tahu apa yang mungkin dinyatakan dalam eksperimen seterusnya."
"Terdapat beberapa contoh penemuan dalam sejarah fizik yang tidak ada yang diramalkan."
Kvellestad percaya bahawa walaupun ahli fizik tidak bersetuju dengan apa yang diharapkan daripada eksperimen ini, ini tidak boleh menjadi hujah untuk menentang eksperimen baru yang besar.
Terima kasih kepada pemecut zarah baru, saintis akan dapat menyiasat dan mengukur zarah yang sudah diketahui dengan lebih baik, kata Kvellestad.
Perlu membina mekanisme yang lebih besar, tetapi tidak sekarang?
"Tidak ada keraguan bahawa jalan penelitian fisika partikel di masa depan terletak melalui mekanisme yang lebih besar," kata Bjørn Samset, penyelidik di Pusat Cicero untuk Penyelidikan Alam Sekitar dan Iklim Antarabangsa. Dia adalah ahli fizik zarah asas dengan latihan dan bekerja di CERN.
"Satu-satunya persoalan ialah adakah sudah waktunya untuk membinanya atau adakah lebih baik memberi tumpuan kepada perkara lain buat masa ini."
Dia juga percaya bahawa fizik mungkin akan mendapat keuntungan lebih banyak jika projek lain dinilai lebih terperinci terlebih dahulu, yang dapat membantu memahami dengan lebih baik apa sebenarnya yang mungkin dijumpai oleh peranti baru itu.
Samset menyebut perkara gelap sebagai contoh.
"Banyak yang berharap agar LHC mempunyai cukup tenaga untuk membuat zarah-zarah yang terbuat dari bahan gelap."
Banyak teori telah dikemukakan dan beberapa disangkal, tetapi masih banyak yang perlu disahkan. Persoalannya ialah adakah lebih baik memberi tumpuan kepada kaedah lain, seperti sensor khas, dengan mana anda dapat menangkap bahan gelap secara langsung.
Sekiranya BCC dibina, ini tidak akan berlaku tidak lama lagi, tetapi Samset menekankan bahawa sangat penting untuk membincangkan projek tersebut terlebih dahulu.
"Bahaya menunggu adalah kehilangan pengalaman. Juruteknik di CERN adalah penyihir sebenar, mereka membuat pemecut melakukan perkara yang luar biasa. Sekiranya kita tidak mula merancang projek seterusnya sekarang, banyak pengalaman ini akan hilang."
Pada saat yang sama, dia percaya bahwa pengalaman dapat dipindahkan dalam kerangka projek lain. Tetapi dia yakin bahawa pemecut besar masih akan dibina.
"Mekanisme seperti itu harus dibangun, dan akan dibangun, tapi mungkin masih terlalu awal?"
Lasse Biørnstad
