HotScience

Joi, 11 septembrie 2008, 21:23 Science - Stiinte fundamentale

Large Hadron Collider de la CERN nu este singurul accelerator de particule gigant din lume, chiar daca in ultimele zile s-a vorbit atata despre el. Este doar acceleratorul care a castigat cursa pentru «cele mai mari dimensiuni» si are, in teorie, sanse mai mari sa raspunda la intrebarile majore ale fizicii de astazi. In Statele Unite, insa, un mare grup de cercetatori considera ca e prea devreme pentru judecati definitive. Cursa pentru descoperirea «particulei lui Dumnezeu» este inca in toi. Cum arata ea vazuta «din interior»?

Interviu cu Adrian Buzatu, doctorand in fizica particulelor la McGill University, Canada, si cautator de bosoni Higgs la Fermilab


Rep : Adrian Buzatu, cum ajunge cineva sa intre in cursa pentru cautarea «particulei lui Dumnezeu»? Cum ai ajuns la Fermilab ?
A.B. Interesul pentru fizica particulelor a rasarit in mine inca din clasa a XII-a, de cand am aflat pe de o parte de existenta unei particule inca nedescoperite, ce era atat de importanta, incat i se zicea "particula lui Dumnezeu", iar pe de alta parte de faptul ca in curand – cam pe cand urma sa termin eu facultatea – urma sa fie lansat cel mai mare accelerator de particule, Large Hadron Collider, la CERN, «masinaria» de la care se asteptau atat de multe.

Un articol detaliat pe care l-am citit tot atunci in limba germana ce am invatat-o singur in liceu m-a lamurit ca odata cu inaugurarea LHC-ului va urma o revolutie in fizica. Acel entuziasm a ramas cu mine mereu. Am inceput la o universitate politehnica, insa m-am mutat in anul trei la fizica pura, apoi am facut un stagiu tocmai in cadrul experimentului ATLAS de la LHC, la Laboratorul de Fizica Subatomica si Cosmologie din Grenoble, iar apoi am candidat si am fost acceptat pe un post de masterand la universitatea McGill din Montreal, Canada, in cadrul experientului de fizica particulelor CDF de la Fermilab.

Astfel, am ajuns la laboratorul national american de fizica particulelor, localizat langa Chicago, in statul Illinois. Acolo se gasea, pana ieri, 10 septembrie, cel mai puternic accelerator de particule din lume.

Rep: Fermilab este de multa vreme in competitie directa cu CERN-ul pentru descoperirea bosonului Higgs. Cum arata acceleratorul de particule de acolo ?
A.B. Intr-adevar, este vorba de acceleratorul Tevatron, care se numeste astfel de la "TeV + tron", deoarece era primul accelerator din lume care ducea particulele pana la energie de 1 TeV (cam o zecime de milionime de Joule, adica energia cinetica a unei insecte micute, in miscare usoara. Asadar este vorba de energii foarte mici pentru scara umana, dar foarte mari pentru lumea subatomica).

Tevatron-ul accelereaza, si apoi ciocneste frontal fascicule ce contin aproximativ 100 de miliarde de protoni, cu fascicule ce contin circa de zece ori mai putini antiprotoni (totusi destul de multi, daca ne gandim ca sunt 10 miliarde). La fiecare intrepratrundere a fasciculelor de protoni si antiprotoni au loc numai 1-3 coliziuni proton-antiproton, in care materia si anti-materia se anihileaza reciproc, producand noi particule, care apoi se dezintegreaza, in foarte scurt timp.

Acesta este si motivul pentru care, desi energia totala a particulelor dintr-un fascicul este mare, fiecare coliziune elibereaza doar o energie mica si duce la crearea de noi particule subatomice. De aceea, experimentele din fizica particulelor nu prezinta nici un risc pentru omenire.

Studiind resturile de dezintegrare in detectorul CDF, se poate identifica apoi, prin analiza pe calculator, care este procesul elementar care a avut loc. Se cauta in special procesele rare, dar se si masoara precis procesele des intalnite, pentru a verifica daca ele se produc la fel de des cat prezice teoria, adica Modelul Standard al particulelor elementare si al interactiilor intre ele.

Rep: Cum este viata de student la McGill si la Fermilab?
A.B. Am petrecut timpul masteratului si acum pe cel al doctoratului locuind in Montreal si studiind la universitatea McGill, dar calatorind si destul de des la Fermilab. Ca si student la masterat sau doctorat, in fiecare semestru aveam si sarcini pedagogice (corectand teme sau examene, predand laboratoare sau seminarii).

Salariul nu este foarte mare, aproximativ 800 de euro pe luna, dar suficient pentru un trai modest, dedicat studiilor si cercetarii. In schimb, granturile de cercetare ale grupului nostru de cercetare sunt suficient de mari pentru a putea calatori destul de des la Chicago, la Fermilab. Experimentul nostru (CDF) are aproximativ 600 de cercetatori din multe institutii si din multe tari (din pacate, nu si din Romania).

Multi dintre acesti cercetatori sunt mai tot timpul la Fermilab. Fiind acolo, un student poate invata mai multe si poate progresa mai repede cu cercetarea, caci poate interactiona cu alti cercetatori pe viu, nu doar virtual, prin email sau videoconferinte. La fiecare calatorie la Fermilab, profesorul coordonator suporta cheltuielile, adica biletele de avion, diurna, cazarea, inchiriatul unei masini. Este foarte important sa poti calatori la Fermilab. In plus, tot din grant putem merge la conferinte, la scoli de vara, iar acestea toate compenseaza faptul ca salariile de masterat si doctorat sunt cam de doua ori mai mici decat in Europa de Vest.

Rep: Au fost facute descoperiri importante la Fermilab cat ai fost si tu acolo?
A.B. Intr-adevar, in ultimii ani am trait emotia catorva descoperiri realizate de intreaga colaborare CDF. Cea mai notabila este descoperirea oscilatiei intre starea de particula si starea de antiparticula pentru particula numita Bs.

De ce este important? Ei bine, exista motive puternice sa credem ca in Big Bang materia si antimateria au fost produse in cantitati egale. Dar atunci, cum se face ca Universul nostru e format doar din materie? Candva, de-a lungul evolutiei Universului, antimateria a inceput sa dispara. Cum putem explica acest lucru? Ei bine, s-au descoperit cateva particule care chiar lasate singure se transformau in antiparticula lor, pentru ca apoi tot singure sa revina la starea de particula (fenomen denumit oscilatie, si care are loc de foarte foarte multe ori pe secunda).

Ei bine, daca majoritatea particulelor joaca acest joc fara sa triseze, exista unele pentru care iese mai putina antimaterie decat intra. Aceasta ar explica calitativ unde a disparut antimateria. Dar nu si cantitativ, pentru ca doar 0.2% din disparitia antimateriei este explicata prin oscilatia particulelor deja cunoscute (mezonii K si mezonii B neutri).

Ei bine, este asadar important sa se descopere noi particule care sufera acest proces de oscilatie, pentru ca numai ele, poate, prezinta si o asimetrie intre materie si antimaterie in aceasta oscilatie. Descoperirea oscilatiei particulei Bs a reprezentat un pas important in intelegerea disparitiei antimateriei din Universul nostru, si a fost poate descoperirea celebra din 2007, de la Fermilab. Nu a fost inca demonstrat ca aceasta oscilatie duce la noua asimetrie intre materie si antimaterie, dar cercetatorii de la Fermilab lucreaza intens la acest lucru.

Zilele acestea s-a vorbit atat de mult de modul in care LHC a castigat batalia cu Tevatronul, desi, de fapt, inca nimeni n-a descoperit nimic. O astfel de prezentare te poate insa duce cu gandul la faptul ca acceleratorul de la Fermilab n-a descoperit mare lucru, iar timpul lui ar fi trecut deja, fizica viitorului fiind acum «pe mana» CERN-ului. Desigur ca lucrurile nu stau chiar asa, Tevatron este inca in functiune si acolo se lucreaza serios. Mai spera cercetatorii sa descopere bosoni Higgs la Tevatron?

Acceleratorul Tevatron functioneaza perfect, depaseste mereu recorduri de luminozitate (adica numarul de coliziuni de particule realizate, ceea ce creste sansa observarii de fenomene rare). In ultimii cativa ani experimentele de la Fermilab au observat producerea unor evenimente foarte rare, precum producerea impreuna a unui bozon Z si a unui bozon W, sau a unui bozon Z si a altui bozon Z.

Aceaste observatii sunt in perfecta concordanta cu Modelul Standard. Totodata, ele dovedesc ca experimentele de la Tevatron devin tot mai precise si se apropie tot mai mult de momentul atat de asteptat, descoperirea bosonului Higgs. Bosonul Higgs sta in spatele unui mecanism teoretic prin care putem intelege una dintre marile intrebari ale fizicii: de ce materia are masa? 

Aceasta intrebare este o problema cheie in intelegerea Universului, iar LHC stim sigur ca va raspunde la aceasta intrebare. Este unul din motivele pentru care a fost construit. Pe de alta parte, cercetatorii de la Fermilab spera din tot sufletul sa reuseasca sa gaseasca bosoni Higgs inaintea LHC. Competitia este una stiintifica, amiabila, dar desigur, foarte accerba. Pana la urma ne putem consola cu ideea ca stiinta este in ultima instanta castigatoare, indiferent cine va fi «invingatorul» in aceasta competitie.

Eu ma simt foarte implicat in aceasta intrecere, pentru ca echipa cu care lucrez cauta tocmai bosonul Higgs. Este o echipa de aproximativ 20 de cercetatori. Cautam sa observam un fenomen rar, producerea bosonului Higgs impreuna cu un boson W, in cazul in care bozonul Higgs se dezintegreaza intr-o pereche de cuarci bottom-antibottom, iar bozonul W intr-un electron (sau muon) si un neutrino (electronic, respectiv muonic).  

Dar la Tevatron se intampla si alte lucruri, nu doar cautarea bosonilor Higgs. Chiar saptamana trecuta a fost anuntata descoperirea unei noi particule subatomice, formata tot din trei cuarci, asemenea protonului sau neutronului, completand astfel inca un loc gol din tabelul periodic al particulelor subatomice si confirmand inca o data modelul teoretic al cuarcilor, parte componenta solida din Modelul Standard.  

Tevatronul este programat sa functioneze inca un an de zile, iar cercetatorii incearca sa convinga conducerea SUA sa prelungeasca aceasta perioada cu inca un an, tocmai pentru a avea o sansa de a concura in mod real cu acceleratorul Large Hadron Collider pentru capturarea celui mai important premiu din prezent, anume descoperirea bosonului Higgs.

Rep: Dupa doctorat, te gandesti sa participi la experientele de la LHC?
A.B. Intr-adevar, experimentele de la LHC par a fi pasul natural de urmat. Abia in cam jumatate de an va trebui sa caut serios posturi de postdoctorat. Chiar daca Tevatron-ul ar descoperi bosonul Higgs, proprietatile cantice ale acestei particule ar trebui apoi studiate in detaliu, ar trebui sa se vada daca exista doar un boson Higgs, cum prevede Modelul Standard, sau mai multi, cum prevad teorii ce incearca sa completeze Modelul Standard, precum teoria supersimetrica.

In plus, LHC va continua sa caute cauza disparitiei antimateriei din Univers. Se vor cauta particule prezise de teoria supersimetrica, care au proprietati foarte asemanatoare cu ale materiei intunecate. Se vor cauta si dimensiuni suplimentare, si gauri negre microscopice.

Si cine stie, poate se va observa ceva cu totul neasteptat. Tinand cont ca Large Hadron Collider este cel mai precis "microscop" realizat vreodata de umanitate, putand "vedea" a zecea mia parte din un proton, cercetatorii vor studia la LHC materia in foarte mare detaliu si nu este exclus sa descoperim ceva nou in mod fundamental, precum noi particule elementare, sau noi interactii elementare si noi legi ale fizicii.

Adrian Buzatu este doctorand in fizica particulelor si unul din vanatorii de bosoni Higgs la experimentul Collider Detector at Fermilab (CDF) de la Fermilab, student la universitatea McGill din Montreal Canada. El a absolvit in anul 2001 Colegiul "National Fratii" Buzesti din Craiova.

Referinte:

Pagina publica a laboratorului Fermilab.
http://www.fnal.gov/pub/about/whatis/index.html

Pagina publica a experimentului CDF de la Fermilab.
http://www-cdf.fnal.gov/plain_english/index.html

Coliziuni de evenimente de la CDF - LIVE
http://www-cdf.fnal.gov/public/evd/event_display.php

Portal de popularizare a fizicii particulelor creat si coordonat de Adrian Buzatu
http://FizicaParticulelor.ro

Portal de actualitate stiintifica (in romana), creat si coordonat tot de Adrian Buzatu
gazduieste si un forum de stiinta
http://www.StiintaAZi.ro