27-kilometrski superzamrzovalnik je od leta 2013, ko je pripomogel k odkritju "svetega grala" fizike osnovnih delcev, Higgsovega bozona, miroval. Vmesno obdobje je bilo čas priprav in predvsem nadgradenj, ki bodo ponovno omogočale prej nedosegljivo. Ekipa organizacije Cern je Velikemu hadronskemu trkalniku (VHT), ki leži v podzemnih tunelih meje med Švico in Francijo, moč skoraj podvojila. Leta 2010, ko je postal zares operativen, je namreč delce trkal pri energiji 3,5 teraelektronvolta (TeV). Do leta 2013 se je ta povzpela na 8 TeV, zdaj pa bo po napovedih Cerna zmožen kar 13 TeV. En TeV lahko primerjamo z energijo letečega komarja, kar zveni malo, a ta energija je zgoščena na nepredstavljivo majhno velikost podatomskega delca.

Odkritje bozona je bila pomembna prelomnica, ki je močno zaznamovala tako obstoj kot dejansko delo te ustanove, ki jo podpira 21 evropskih držav. In ki tudi ni poceni. Pravzaprav je s 6,5 milijarde evrov vrednim proračunom VHT eden najdražjih znanstvenih instrumentov vseh časov. Po odkritju, ki je prineslo tudi Nobelovo nagrado, se zato zastavlja vprašanje, kaj naj ustanova še počne?

Veliko, le da je tokrat odprtih mnogotero različnih vprašanj. Raziskovalo jih bo sedem različnih detektorjev ter laboratorijev za njimi.

Nadaljevanje začetega
Fizikalni modeli, ki opisujejo ta svet, so ali luknjasti ali pa potrebujejo še precej dodatnega potrjevanja. Higgsov bozon je veljal še za zadnjo nepotrjeno luknjo v glavnem modelu, ki vsemirje opisuje na ravni najmanjšega sploh, na ravni osnovnih gradnikov vsega. Standardni model osnovnih delcev opisuje 17 najdrobnejših, od katerih je 12 nosilcev snovi, pet pa (poenostavljeno) prenosnikov sile. Higgsov bozon je bil zadnji med njimi.

Če Higgsovega bozona ne bi našli, bi nastala velika zagata ter precejšnja količina praskanja po znanstvenih skalpih. Pomenilo bi, da so svet do zdaj napačno razlagali. No, delo pri konkretnem bozonu še ni končano. Treba ga je še opisati in izmeriti številne njegove lastnosti. V Cernu računajo, da se bo Higgsov bozon pri precej višji energiji tudi precej pogosteje pojavljal (natančneje, ostanki njegovega razpada), kar bo omogočilo boljši vpogled v ta desetletja zmuzljivi gradnik. Morda jih je celo več vrst.

Gravitacijska luknja
Velika težava prej omenjenega standardnega modela osnovnih delcev je v tem, da izjemno pomembnega dela stvarstva sploh ne obravnava, ga ignorira. To je gravitacija, in če model ne vsebuje takšne očitnosti, je daleč od popolnosti. Nadaljnje delo Cerna bo torej logični nastavek od Higgsa naprej. Ta je namreč povedal, od kod izhaja naša masa. Izkazalo se je, da brez Higgsovega polja, ki očitno prežema vse obstoječe, te nihče od nas ne bi posedoval. Navsezadnje je niti zdaj vsa snov nima, denimo delci svetlobe, fotoni.

Iz mase izhaja sila težnosti. V nadgrajenih različicah standardnega modela je sicer hipotetični nastavek, delec graviton, katerega valovanje naj bi gravitacijo povzročalo.
Poenostavljeno: Zemlja in Luna "vesta", da se medsebojno privlačita, a ne takoj. Informacija o privlaku mora med njima šele pripotovati, in tega ne more storiti pri hitrosti, višji od svetlobne. Namišljeni graviton potrebuje 1,28 sekunde, da prepotuje od Zemlje do satelita in mu informacijo o privlaku pove.

Osvetljevanje temne snovi
Nadalje se bo VHT ukvarjal s temno snovjo. Obstoječi izračuni kažejo, da je barionska snov, iz katere smo sestavljeni in kar vidimo, le drobec vsega obstoječega, znanega dela vesolja. Če torej seštejemo vso energijo in vso maso, je običajne snovi le 4,9 odstotka. Petino (26,8 odstotka) predstavlja temna snov in kar 68,3 odstotka temna energija. Slednja naj bi skrbela, da se vesolje pospešeno širi in bo končalo zamrznjeno, temna snov pa naj bi vesolje povezovala v ogromno, hierarhično organizirano mrežo. A oboje nam je neoprijemljivo, znano le kot zapolnitev enačb o gibanju vesoljskih teles, ki se brez takšnega mašila ne bi izšle. O temni snovi navadno poročamo kot o oddaljenih oblakih mase, navadno v okolici galaksij, in o delcih, ki naj bi nezaznavno potovali skozi nas.
Cern ponuja priložnost, da jo bo človeštvo – morda – lahko prvič opazovalo doma, praktično v laboratoriju. Temne snovi ne moremo neposredno opazovati, ker pač ne reagira na elektromagnetno valovanje. A če bo ob trku nastal delec temne snovi, bo detektorje zapustil neopažen, s tem pa pustil luknjo v bilanci energije. Odpre lahko še polno vrečo drugih, eksotičnih delcev, ki so trenutno le del strokovne domišljije.
Več kot 9000 magnetov
Cern pri tem deluje kot porodnišnica. V skladu z enačbo Alberta Einsteina e = mc² se snov lahko pretvori v energijo – in obratno. Če z ogromno silo treščita dva protona, se pri njunem razpadu sprosti določena količina energije. Iz te energije lahko prav tam nastane tudi kaj drugega. Večja kot je energija, večji je razpon delcev, ki se znotraj Cernovega zamrzovalnika lahko rodijo.

27-kilometrski krog je pravzaprav cev z dvema pomembnima lastnostma. Prva: v njej je v osnovi najčistejši vakuum, kar ga človeštvo lahko ustvari. S tem ustvari prosto pot za usmerjene izstrelke. Usmerja pa jih več kot 9000 magnetov, ohlajenih na le minus 271,3 stopinje Celzija, s čimer se ustvari superprevodno stanje. Takšno, ki potovanju delcev ne nudi upora. Temperatura je še nižja od splošnega vesolja, saj slednjega še vedno lahno greje veliki pok.
Dodatne dimenzije obstoja
Prek omejitev standardnega modela gre predlagana supersimetrija, ki vsakemu prenosniku sile daje še en delec, spremljajoč ga v paru. Implikacije potrditve takšnih delcev bi bile daljnosežne, tako fizikalne kot filozofske, saj bi nakazale na še številne dodatne dimenzije obstoja. Tudi morebitnih vzporednih vesolj.
Ostaja namreč vprašanje, zakaj je sila gravitacije v primerjavi s preostalimi tremi velikimi tipi sil tako zelo šibkejša. Imamo elektromagnetizem, ki ga prenaša foton; šibko jedrsko silo z bozonoma tipa W in Z, močno jedrsko silo z gluoni (ki med drugim ohranjajo atome stabilne) ter gravitacijo. Ena izmed razlag, zakaj je slednja toliko šibka, se naslanja ravno na dodatne (supersimetrične) delce, ki naj bi del težnosti preusmerili v druge dimenzije. A kako to potrditi? V Cernu pojasnjujejo: "Ena možnost je, da najdemo dokaze za tiste delce, ki lahko obstajajo le, če so dodatne dimenzije resnične. Teorije, ki jih napovedujejo, predpostavljajo, da bi morale – tako kot pri atomih, ki lahko obstajajo pri nizkih energijah ter pri vzbujenih visokoenergijskih stanjih – obstajati težje inačice standardnih delcev v drugih dimenzijah. In te težke delce bi lahko našli pri visokih energijah Faze 2."

Obstajajo tudi indici, da so vsi štirje temeljni tipi le manifestacije ene same, temeljne sile, ki jo kanijo v Cernu raziskovati.

Antisnov
Vprašanje, zakaj obstajamo, je stereotipno filozofsko vprašanje. Ampak v danem primeru je utemeljeno zastavljeno. Za svoj obstoj se glede na najbolj aktualne izračune lahko "zahvalimo" na videz drobnemu naključju. Kot je znano in potrjeno, imajo vsi delci običajne, barionske snovi, tudi svoje protidelce. Antisnov pomeni, da ima denimo elektron svoj protidelec, ki je mu je enak v vseh ozirih razen enega – v električnem naboju. Elektron je negativno nabit, pozitron pa je pozitivno. Če se dotakneta, se medsebojno nemudoma uničita oziroma pretvorita v energijo.

Modeli velikega poka kažejo, da je v njem nastala skoraj enaka količina snovi ter protisnovi. Ker sta se medsebojno uničili, snov ne bi smela več obstajati. A navadne snovi je bilo le za droben odtenek več kot nasprotnice, in ta delež je ostal. V vesolju človeštvu znane antisnovi ni, v Cernu pa jo v sicer izjemno majhnih količinah znajo ustvariti. Zaenkrat le toliko, da se lahko preučuje njene lastnosti. A ker je potencialno lahko uporabna kot energijsko najučinkovitejši pogon vseh časov, bodo v Fazi 2 tej pojavnosti posvetili veliko raziskovalnega časa. Četudi je antisnov potencialno uporabna tudi kot hudo uničujoče orožje.

Mini veliki poki
Nasploh je smisel VHT-ja, da je v sicer zelo omejenih razmerah zmožen poustvarjati takšne razmere, kot so vladale po velikem poku. Zanimive so tudi zato, ker je to edino obdobje zgodovine časa, v katerega človeštvo ni zmožno vpogledati. Prva svetloba, prek katere se lahko kozmologi grejo vesoljsko arheologijo, je nastala šele približno 380.000 let po velikem poku. Obdobje od trenutka nič do takrat je črna skrinjica. Posredno jo nameravajo odpirati v Cernu. Kot napovedujejo, bodo višje energije omogočile nastanek vzorca prvotne oblike prajuhe osnovnih delcev. V njej so se delci kaotično gibali naokoli pri skoraj svetlobni hitrosti, in v mešanici so prevladovali kvarki ter prej omenjeni gluoni. Ti takrat niso skrbeli za povezanost atomov, ker je bila temperatura daleč previsoka.

Veliko bo tudi tipanja po temi. Ko se meje možnega oziroma izvedljivega širijo, raziskovalci vstopajo na nov in nepoznan teren, zato bodo pač še veliko silneje razbijali delce in opazovali, kaj nastane. Morda jih preseneti kaj povsem nepričakovanega.

Običajne težave
V tej ogromni napravi gre pogosto kaj narobe. Ker je notranjost ohlajena na temperaturo, blizu absolutne ničle, jo je treba za iskanje okvare ter tudi popravilo najprej ogreti, nato izvesti zahtevne popravke ter ponovno ohladiti. Tako se je VHT že velikokrat okvaril, čemur je sledila dolgotrajna doba nedelovanja. Tudi tokratni ponovni zagon je prekinila napaka. Ponovno bi ga morali zagnati v sredo prejšnjega tedna, pa so že 21. marca inženirji poročali o kratkem stiku. Povzročil naj bi ga zašel košček kovine.
Z novo metodo so čas popravila precej skrajšali. Namesto celotnega postopka so se spomnili na metodo elektronskega "hidranta". Skozi sistem so poslali močan električni tok, s katerim so tujek "skurili".

Izid: VHT spet deluje in v nedeljo dopoldne je po dveh letih ponovno začel po svojem krogu razpošiljati drobir. Trkanje se sicer še ni začelo, le pošiljanje po dveh ločenih krogih, ki ju bodo na željeni točki v času povezali. Silo trkov bodo povečevali postopoma, in tisti pri 13 TeV se bodo predvidoma začeli z junijem letos. V pričakovanju, kaj lahko pove (ali ne) druga velika VHT-jeva faza, se že vzpostavljajo načrti za gradnjo njegovega naslednika. Ta bo predvidoma velik vsaj 100 kilometrov. Tudi pri njem utegnejo pomembno vlogo igrati slovenski znanstveniki.