Menu Zamknij

Przyszłe eksperymenty w CERN

Nieustanne wysiłki w celu coraz lepszego poznania najdrobniejszych składników materii zaowocowały już szeregiem fundamentalnych odkryć naukowych, które całkowicie odmieniły nasze rozumienie świata. Każda kolejna uzyskana odpowiedź, rodzi jednak dalsze pytania i otwiera tematy badawcze, o jakich wcześniej nawet nie myśleliśmy. Od kilku dziesięcioleci ośrodek CERN pod Genewą odgrywa wiodącą rolę w tych pracach. Dzieje się tak m.in. dzięki dużej liczbie mniejszych projektów realizowanych tam, których dalszy rozwój planowany jest w kolejnych latach. Pojawiają się też liczne nowe pomysły, w których badacze z Polski odgrywają istotne role.

Jednym z takich przedsięwzięć, które zostało niedawno oficjalnie zatwierdzone do realizacji, jest eksperyment PUMA. Podejmuje on bardzo ambitną próbę wytworzenia sztucznych atomów, składających z niestabilnych jąder atomowych oraz z antyprotonu zastępującego elektron zlokalizowany wokół jądra. Badanie takich egzotycznych struktur stanowi okno do poznania własności powierzchni niestabilnych jąder atomowych, co z kolei pozwoli badaczom m.in. lepiej zrozumieć własności tajemniczych gwiazd neutronowych, które są jednymi z najbardziej niecodziennych obiektów występujących w kosmosie. W analizie kluczowych danych z tego eksperymentu ważną rolę będzie odgrywał prof. Sławomir Wycech z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Inną bardzo ciekawą inicjatywą jest propozycja eksperymentu MUonE, którego wstępne testowe uruchomienie zostało zaplanowane na końcówkę roku 2021 z istotnym udziałem badaczy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie pod kierownictwem prof. dr hab. Mariusza Witka. Celem eksperymentu jest przeprowadzenie dokładnych pomiarów kluczowego wkładu (tzw. poprawki hadronowej) do momentu żyromagnetycznego mionu. Choć opis ten może wydawać się dość techniczny, to pomiar ma ogromne znaczenie w świetle niedawnych wyników doświadczenia Muon g-2 w ośrodku FermiLAB (USA), który potwierdził ponad dwudziestoletnią rozbieżność istniejącą pomiędzy wynikiem eksperymentalnym a obliczeniami teoretycznymi tej wielkości. Eksperyment MUonE pomoże odpowiedzieć na pytanie, czy w tych danych kryje się długo oczekiwany sygnał nowej fizyki.

Kolejnym niedawnym sukcesem projektu z polskim wątkiem w tle jest akceptacja detektora FASER, który w 2022 roku zainicjuje nowy kierunek badawczy w LHC związany z badaniami lekkich cząstek produkowanych wzdłuż osi wiązki zderzających się protonów. Ma on na celu dokładne przebadanie własności nieuchwytnych neutrin dla skal energii trudno dostępnych poza LHC. Badania te mogą też stanowić okno na zrozumienie natury ciemnej materii wypełniającej Wszechświat. Obecnie trwają również dyskusje nad rozszerzeniem tego programu badawczego na dalsze lata poza rok 2027, w które jest zaangażowany dr Sebastian Trojanowski związany z grupą AstroCeNT w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika PAN oraz Narodowym Centrum Badań Jądrowych.

Wśród nowych idei intensywnie dyskutowanych w CERN warto też wymienić proponowany projekt nazwany Fabryką Promieni Gamma (ang. Gamma Factory). Pomysł ten zakłada wykorzystanie silnie zjonizowanych (tj. pozbawionych wielu elektronów) atomów wytwarzanych w kompleksie akceleratora w CERN do wytworzenia bardzo skupionych wiązek wysokoenergetycznych fotonów. Narzędzie badawcze wytworzone przy użyciu tych fotonów mogłoby posłużyć w szerokim programie eksperymentalnym rozciągającym się od fizyki cząstek po fizykę atomową, jak również m.in. w badaniach dot. fizyki medycznej. W pracach nad tym pomysłem wiodącą rolę odegrał prof. Mieczysław Witold Krasny, niegdyś związany z Instytutem Fizyki Jądrowej PAN, a obecnie z Laboratorium Fizyki Jądrowej i Wysokich Energii (LPNHE) oraz Uniwersytetem Sorbona w Paryżu. Istotny polski wkład w ten projekt jest też związany z zaangażowaniem prof. dr hab. Wiesława Płaczka oraz innych badaczy z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Jeszcze inne podejście do testowania naszego zrozumienia fundamentalnej fizyki proponują autorzy pomysłu na eksperyment VMB, a wśród nich prof. dr hab. Krzysztof Meissner z Uniwersytetu Warszawskiego. Celem tego eksperymentu jest przetestowanie kluczowego zjawiska związanego z naszym rozumieniem kwantowej natury oddziaływań elektromagnetycznych tzw. próżniowej dwójłomności magnetycznej. Choć istnienie tego efektu wynika bezpośrednio z prac teoretycznych sięgających jeszcze lat 30. XX wieku, to dotychczas unikało ono możliwości bezpośredniej obserwacji eksperymentalnej. Mamy nadzieję niedługo to zmienić dzięki eksperymentowi VMB, będącemu obecnie w fazie testowania technologii niezbędnych do jego realizacji.