Dr. Andrej Gorišek o tem, kaj počnejo fiziki pod zemljo

Dr. Andrej Gorišek, ki je sodeloval pri podvigu, je že v sedmem razredu osnovne šole vedel, da bo fizik. A ne kar kakršen koli - hotel je raziskovati osnovne delce. Leta 2003 je doktoriral na Univerzi v Ljubljani, zdaj je razpet med ljubljanskim Inštitutom Jožef Stefan (IJS) in inštitutom CERN blizu Ženeve. S skoraj 17-letnim sinom Žigo, partnerico Tino in njeno 16-letno hčerjo Mašo radi potujejo in se ukvarjajo s športom.

Deseto obletnico odkritja Higgsovega bozona so na IJS obeležili s številnimi dejavnostmi. Poleg slavnostne konference so postavili razstavo plakatov in predstavitve na stojnicah v mestu.

21. stoletje še ni dobro zlezlo iz plenic, odkritje Higgsovega bozona pa že velja za enega njegovih najpomembnejših znanstvenih dosežkov. Zakaj?

Brez Higgsovega bozona delci ne bi imeli mase. Mi vsi bi bili brezmasni in bi potovali s svetlobno hitrostjo. Obstoj mehanizma, ki daje delcem maso, je napovedal Peter Higgs leta 1964. Pri nas je tako, da teoretiki nekaj napovejo, potem pa to eksperimentalni fiziki, kar sem tudi jaz, potrdijo ali (veliko pogosteje) ovržejo. V primeru Higgsovega bozona je to trajalo zelo dolgo, skoraj 50 let.

Kaj imamo s tem Slovenci?

Slovenci smo bili leta 2012 zraven. IJS in Univerza v Ljubljani sodelujeta z eksperimentom ATLAS, enim od dveh eksperimentov, ki sta potrdila obstoj Higgsovega bozona. Približno deset nas je bilo aktivno udeleženih pri tem. Pred petimi leti, 4. julija, točno na peto obletnico Higgsovega bozona, smo postali pridruženi člani, v kratkem bomo polnopravni.

"To pomeni veliko razliko. Odprle se nam bodo nove možnosti za razvoj industrije."

Kot pridruženi člani imamo omejitve, lahko dobimo zaposlitve le za določen čas, dobavljamo lahko samo do neke vrednosti, ki je proporcionalna našim vložkom. Pri polnopravnem članstvu teh omejitev ni več.

Za koga se odpirajo ta vrata, kaj lahko slovenska podjetja ponudijo raziskovalnemu centru CERN?

Imamo veliko visokotehnoloških podjetij, ki so lahko dobavitelj na raznoraznih področjih. Poleg tega potrebuje CERN tudi izvajalce za kopanje predorov, gradbenike, inženirje, strojne inženirje, ki bodo zgradili vso infrastrukturo. Treba je postaviti hale, recimo. Konec koncev je treba dobaviti tudi toaletni papir.

Veliki hadronski trkalnik (LHC) je najdražji instrument vseh časov. Stal je skoraj 5 milijard evrov, pet let delovanja stane še enkrat toliko. Kako to, da so vlade vložile toliko denarja v nekaj, za kar sploh ni bilo jasno, ali bo uspelo?

Če nekdo dela na razvoju zdravila za raka, je lažje razložiti, zakaj je to dobro, ker je aplikacija takojšnja. Pri nas ne delamo tako, ni takojšnje komercializacije. Eden izmed glavnih namenov velikega hadronskega trkalnika je bil potrditi obstoj Higgsovega bozona, ki poskrbi za maso vseh delcev - elektronov, nevtronov, protonov, kvarkov v njih.

"Ampak v naši skupnosti je nastalo tudi veliko stranskih produktov. Recimo svetovni splet in magnetna resonanca."

To je popolnoma neinvazivna metoda, ki uporablja superprevodne magnete. Obstajali so že prej, ampak naši inženirji in znanstveniki so razvili tehnologijo, kako magnete za pospeševalnike izdelati v industrijskih količinah, zato jih lahko danes uporabljajo tudi v medicini. 

Rekli ste, da je tudi splet nastal v centru CERN?

Naredil ga je sir Tim Burners-Lee, da bi olajšal komunikacijo med fiziki, da bi lažje delili med sabo, kaj počnejo. Takrat je razvil URL, HTTP in HTML, naredil prvi brskalnik, v Cernu je bil prvi strežnik. Še danes se, če ne najdete strani, pokaže “error404”. 404 je številka sobe v Cernu, kjer je bila računalniška podpora, če kaj ni delalo, ste preprosto šli tja.

Začetki Cerna segajo v 50. leta prejšnjega stoletja, prvi pospeševalnik je začel delovati leta 1957, gradnja LHC se je zaključila leta 2008. Kaj se je dogajalo potem?

Obratovati je začel leta 2008, ampak se je kmalu zgodila nesreča. V delu pospeševalnika je zaradi slabe povezave med superprevodnimi magneti prišlo do velikega izpusta helija. Skozi te magnete teče 13 kiloamperov, to je zelo veliko elektrike. Poleg magnetov, ki so superprevodni že sami po sebi, morajo biti superprevodne tudi povezave med njimi. Ena od teh povezav je zatajila, razvila majhno upornost, se začela greti in v trenutku izparela. Ni je bilo več. Potem se je vsa energija, ki je bila spravljena v magnetu, sprostila tako, da je ves helij in dušik evaporiral. To je sprožilo eksplozijo, ki je razmetala magnete po predoru v tistem delu pospeševalnika. To so popravljali približno eno leto in leta 2009 smo začeli zares.

Ali lahko navadnemu smrtniku razložite, kako deluje?

V LHC z vso silo trkamo protone enega ob drugega, in potem pač nastane, kar nastane. Večinoma nastanejo nezanimive stvari, tiste pozabimo, vsake toliko pa nastane kaj zanimivega, in to potem spravimo. Ne trkamo enega na enega, to je cela gruča, ki se zaleti v drugo gručo.

"Gruči sta kot dve cigari, ki se v središču ATLAS križata 40-milijonkrat na sekundo. Med eno in drugo gručo je samo 25 nanosekund."

Tisti protoni, ki se med seboj zaletijo, imajo približno 7000-krat večjo kinetično energijo, kot je njihova energija v mirovanju. Ker je toliko energije na voljo, ustvarimo na neki način pogoje, ki so podobni, kot so bili tisti na začetku vesolja, ko je bilo vesolje še zelo vroče in so obstajali še drugi delci, ne samo ti, ki so zdaj.

Ob enem preletu gruče skozi gručo lahko nastane tudi 100 trkov in 99 jih je prav gotovo nezanimivih. Teoretično bi pri trku lahko nastalo 14.000 novih protonov, a v resnici nastane okoli 200 novih, različnih delcev. Detektor je sestavljen iz milijonov kanalov.

"Predstavljajte si, da imate res dober fotoaparat in naredite 40 milijonov slik na sekundo. Seveda nimate dovolj velike spominske kartice, da bi jih toliko spravili, zato se morate odločiti, katere od teh slik so zanimive, da jih boste spravili za nadaljnjo uporabo. In to morate narediti zelo hitro."

Tudi vsi naši detektorji imajo nekakšno spominsko kartico, lahko si zapomnijo zadnjih 128 dogodkov, to je zelo kratek čas, približno 3 mikrosekunde. Zato imamo še neki drug, pameten sistem, ki razmišlja o tem, kateri dogodki so zanimivi. Ta sistem na primer zazna, da je zanimiv dogodek številka 53 in naroči vsem detektorjem, naj ga pošljejo. 

Koliko trkov je bilo potrebnih, da ste našli Higgsov bozon?

Problem je v tem, da Higgsov bozon nastane v zelo, zelo malo primerih od teh trkov, pa še potem nam v zelo, zelo malo primerih ta bozon, ki hitro razpade, uspe dejansko ujeti, se pravi ujeti dovolj njegovih črepinj.

"Od 2009 do začetka leta 2012 smo zajemali podatke, da smo nabrali dovolj dogodkov, da se je v njih zgodilo dovolj razpadov Higgsovih bozonov, ki smo jih dovoljkrat lahko rekonstruirali."

Tole na moji majici je en potencialen razpad Higgsovega bozona, kjer vidite štiri rdeče črte, ki letijo v zunanji del detektorja. To so mioni, samo ti pridejo čez zelo goste dele detektorja znotraj, vsi drugi se ustavijo in deponirajo energijo, ki jo nato lahko izmerimo.

Hvala za prispevek k popularizaciji znanosti. Se vam zdi pomembno, da se znanstveniki trudite v tej smeri?

Popularizacija znanosti in komuniciranje znanosti je zelo pomembno, pri nas dajemo temu mogoče premalo poudarka. Znanost je z javnostjo treba deliti, če ne zaradi drugega, ker je treba razložiti, kam gre financiranje. 

Ko je LHC začel delovati, so se v javnosti pojavljali strahovi, da boste naredili črno luknjo. Se spomnite tega?

Seveda se spomnim. Poskušali smo razložiti, za kaj gre. Da ni nobene možnosti, da bi se zaradi tega zgodila črna luknja, takšna, da bi pogoltnila Zemljo, kot so govorile nekatere teorije zarot, celo filmčki so obstajali na Youtubu. Zemlja je ves čas obstreljevana s kozmičnimi delci, ti delci imajo lahko tudi zelo veliko energijo, veliko večjo, kot jih proizvedemo v LHC. Če bi črna luknja lahko nastala zaradi tega, kar mi tam počnemo, bi že zaradi kozmičnih delcev, ki padajo na Zemljo, nastala že zdavnaj prej.

Prav zdaj je po triletnem premoru veliki hadronski trkalnik zagnal tretjo serijo poskusov. Kaj je naslednji teoretski model, ki bi ga lahko potrdili in kaj še manjka do tega?

Na našem področju težimo k vedno večjim energijam, največje dosegamo v LHC. Če bomo hoteli še dlje, bomo morali zgraditi nov, še večji predor. Eden izmed najbolj verjetnih načrtov je Future circle collider, FCC. To bo 100-kilometrski krožni tunel, ki bo povezoval jezeri v Ženevi in Annecyju. Vse je seveda odvisno od financiranja, lahko bi bil narejen v 60., 70. mogoče 80. letih. To so dolgoročni načrti. Kratkoročno bomo nadgradili LHC, z večjo luminoznostjo bomo povečali pogostnost trkov in nadgradili vse detektorje, da bodo to sposobni prežvečiti.

Glede tematike je najbolj popularna temna snov, teh 25 odstotkov, ki jih ne razumemo.

Teorija govori tudi o supersimetriji, o tem, da ima vsak delec v našem svetu super simetričnega partnerja. Elektron pri nas je v supersimetriji selektron (spredaj dodamo s), kvark top je kvark stop in tako naprej. Povezava med obema svetovoma je Higgsov bozon, naši in supersimetrični delci interagirajo z njim. Z raziskovanjem Higgsovega bozona bomo tako mogoče izvedeli tudi kaj o supersimetričnem svetu.

Novo na Metroplay: Pogumna Slovenka, ki je sledila svojim sanjam in preplula ocean | Mastercard® podkast navdiha z Borutom Pahorjem