Nowe zadanie Wielkiego Zderzacza Hadronów to jednocześnie największe wyzwanie jakie ma przed sobą fizyka
Potwierdzenie istnienia bozonu Higgsa zostało (słusznie) okrzyknięte jednym z największych odkryć XXI wieku. Przypomnijmy, że to dzięki jego istnieniu powstaje pole Higgsa - które zapewnia, w uproszczeniu, masę innych cząstek. Odkrycie to zostało prawie jednogłośnie uznane za jedno z najważniejszych odkryć w historii fizyki, i z faktem jego dokonania związane jest również przyznanie Nagrody Nobla z fizyki w 2013 roku.
Bozon Higgsa został zaobserwowany dzięki eksperymentom przeprowadzanym w Wielkim Zderzaczu Hadronów (Large Hadron Collider - LHC). To osiągnięcie oznaczało również koniec pierwszej rundy badań przeprowadzanych za pomocą LHC. Od czasu wielkiego odkrycia w 2012 roku LHC przebywał w stanie częściowego uśpienia.
Jednak pod koniec marca zostanie ponownie przebudzony. Zderzacz jest ogromnym instrumentem naukowym i nie będzie działał od razu od momentu włączenia. Przewiduje się, że włączanie wszystkich jego komponentów zajmie około dwóch miesięcy.
Włączony zostanie, aby tym razem zająć się jednym z największych wyzwań jakie ma przed sobą fizyka. To wyzwanie to zaobserwowanie istnienia ciemnej materii.
Dlaczego to takie istotne? Dlatego, że prawdopodobnie ciemna materia jest jednym z głównych budulców naszego Wszechświata, a wciąż nie wiemy o niej nic. To z niej, niewidzialnej i nieznanej materii, jest zbudowane 26,8% masy kosmosu. Skąd wiemy, że tam jest? Bo w obiektach które obserwujemy brakuje tyle właśnie masy - obserwujemy więc jej oddziaływanie grawitacyjne.
Istnieją również inne dane obserwacyjne - na przykład zaobserwowaliśmy soczewkę grawitacyjną (grawitacyjne zakrzywienie toru światła) spowodowaną niewidzialną masą.
Wszystko zaczęło się w 1933 roku, kiedy to mieszkający w USA szwajcarski astronom Fritz Zwicky zauważył, że w gromadzie Coma niektóre z galaktyk poruszają się szybciej niż wynikałoby to z wyliczonego oddziaływania grawitacyjnego. A jednak coś je przyciągało. Założył więc, że większość tej masy musi być niewidzialna - i ochrzcił ją ciemną materią (dark matter).
Sęk w tym, że cząstki mrocznej materii (zakładamy, że też musi być zbudowana z jakiegoś rodzaju cząstek), nie wchodzą w interakcję z niczym, co umiemy zaobserwować.
Takie właśnie założenie przyświeca naukowcom rozpoczynającym badania nad tym tajemniczym rodzajem materii za pomocą Zderzacza Hadronów - skoro przy zderzaniu cząstek z ogromną prędkością (to właśnie główna umiejętność LHC), potrafimy wytworzyć najróżniejsze rodzaje innych cząstek, być może któraś z nich będzie tą właśnie hipotetyczną cząstką mrocznej materii. Prawdopodobnie nie będziemy w stanie zaobserwować jej bezpośrednio, będziemy w stanie wydedukować jej istnienie na podstawie cząstki zwykłej materii.
Mroczna energia i mroczna materia stanowią kolejny istotny element kosmicznej układanki - bez niej brakuje galaktykom masy. Eksperymentalne potwierdzenie jej istnienia będzie stanowić wielki krok do zbudowania lepszego modelu naszego wszechświata.
* Grafika główna pochodzi ze zbiorów CERN.