Naşterea Universului, simulată începând de săptămâna viitoare, în Elveţia

Despre acceleratoarele de particule am mai scris în această rubrică. Revenim acum cu acest subiect datorită unei situaţii inedite, dar şi a unui eveniment special. Săptămâna viitoare urmează să fie dat în funcţiune LHC (Large Hadron Collider), cel mai mare accelerator de particule din lume. Puterea acestuia este atât de mare, încât cercetătorii se aşteaptă să obţină condiţiile care au existat la o fracţiune de secundă după naşterea Universului. Ar fi pentru prima dată, desigur, când omul s-ar întoarce în trecut, atât de aproape de începutul lumii fizice.

Dacă încălzim suficient de mult o bucată de gheaţă, ea se topeşte. Odată cu creşterea temperaturii, moleculele care alcătuiesc cristalele ei se desprind, formând apa în stare lichidă. Dacă încălzirea apei continuă, la un moment dat, moleculele de apă se vor rupe, dând naştere hidrogenului şi oxigenului. Pe măsură ce temperatura creşte, moleculele de apă se ciocnesc din ce în ce mai violent unele de altele. După cum la impact, energia lor este tot mai mare, ciocnirile vor fi tot mai puternice. La început, se vor rupe legăturile moleculelor din cristalele de gheaţă, mai apoi legăturile vor slăbi şi mai mult, apa trecând din stare lichidă în stare gazoasă (aburi), iar mai apoi, când temperatura creşte şi mai mult, hidrogenul şi oxigenul se desfac şi ele din legătura moleculară.

Încălzirea tot mai mare a gheţii permite desfacerea apei în „bucăţile“ care o alcătuiesc, moleculele sau atomii. În general, cu cât încălzim mai tare un material, cu atât particulele care îl alcătuiesc se vor ciocni mai tare, iar bucăţile desprinse din coliziunea lor vor arăta, în detalii din ce în ce mai mici, din ce este făcut el.

În ultimul secol, fizicienii au îmbunătăţit foarte mult acest procedeu de spargere a cărămizilor de materie în componentele lor. Însă, nu încălzind efectiv o incintă, ci producând coliziuni tot mai puternice între particule. Dispozitivele care ciocnesc particule sunt acceleratoarele de particule.

Despre acceleratoarele de particule am mai scris în această rubrică. Revenim acum cu acest subiect datorită unei situaţii inedite, dar şi a unui eveniment special. Săptămâna viitoare urmează să fie dat în funcţiune LHC, cel mai mare accelerator de particule din lume. Puterea acestuia este atât de mare, încât cercetătorii se aşteaptă să obţină condiţiile care au existat la o fracţiune de secundă după naşterea Universului! Ar fi pentru prima dată, desigur, când omul s-ar întoarce în trecut, atât de aproape de începutul lumii fizice!

Câţiva parametri de construcţie şi funcţionare a LHC

Lungimea tunelului principal (în formă circulară) este de 30 de km.

Peste 5.000 de magneţi aliniaţi în tunel vor accelera sutele de miliarde de particule până la viteze apropiate de cea a luminii, din care unii cu greutăţi de până la 30 de tone.

Pentru o funcţionare adecvată, magneţii sunt răciţi la temperaturi de -2700 C.

Dispozitivele de răcire din LHC echivalează cu 150.000 de frigidere de capacitate mare, coborând temperatura sub cea existentă în spaţiul cosmic.

Împreună, magneţii dezvoltă un câmp de 181.000 de ori mai intens decât câmpul magnetic terestru

Cablajele utilizate în construcţie pot înconjura Ecuatorul terestru de peste 10 ori.

Proiectarea şi construcţia întregului accelerator a necesitat fonduri de 8 miliarde de dolari şi a durat 14 ani.

Un fascicul accelerat va efectua turul complet al tunelului de 30 de km de peste 10.000 de ori într-o secundă! Coliziunea a două astfel de fascicule va permite ciocnirea particulelor la energii foarte mari, putând oferi date importante despre miezul materiei.

Găurile negre cuantice - până acum o ipoteză

Astrofizicienii vorbesc astăzi despre trei tipuri de găuri negre. Prima categorie, cu „statele“ cele mai vechi în astrofizică, o reprezintă cele care se nasc din implozia unei stele. Stingerea unei stele înseamnă de fapt scăderea temperaturii şi presiunii ei interne. Aceasta va face ca steaua să fie victima sigură a propriei gravitaţii, care o va comprima. Rezultatul este un corp de câteva ori mai mic şi complet întunecat. Gravitaţia din vecinătatea lui va fi suficient de mare cât să capteze complet lumina, făcându-l invizibil - o gaură neagră formată dintr-o stea.

Al doilea tip de găuri negre sunt produse prin colapsul gravitaţional al gazului aflat în centrul galaxiilor, în special al celor de dimensiuni mai mari, cum este Calea Lactee. Aceste găuri supermasive depăşesc de milioane sau chiar de un miliard de ori masa Soarelui!

Postulată în 1960, existenţa acestei categorii de găuri negre pare să fie confirmată. Chiar în centrul propriei noastre galaxii pare să existe o gaură neagră supermasivă, întrucât stelele apropiate de centrul discului se rotesc mai repede, fiind atrase de gravitaţia unei mase întunecate. (Este vorba de o gaură neagră cu masa de 2,5 milioane de ori mai mare decât a Soarelui, cu o rază de 6 milioane de km.)

Cel de-al treilea tip de găuri negre este cel care s-ar putea produce în acceleratorul de particule LHC. Existenţa acestei a treia categorii de găuri negre a fost doar un rezultat de calcul. Încă din anii â70, fizicianul Stephen Hawking a investigat mecanisme care ar fi putut genera apariţia găurilor negre în Universul timpuriu. Potrivit teoriei Big Bang, în trecut, Universul avea dimensiuni mult mai reduse şi, deci, o densitate mult mai mare. Potrivit calculelor, densitatea materiei din Univers, la câteva microsecunde după Big Bang, este estimată la valori mai mari chiar decât cele din miezul nucleelor atomice. Legile cunoscute ale fizicii arată că, la aceste densităţi ce depăşesc 1097 de kilograme pe metrul cub, este posibilă apariţia unor găuri negre de dimensiuni cuantice (10-35 de metri, dimensiunea Plank). Cu o masă de 10-8 kg, acestea sunt mult mai masive şi mult mai mici în dimensiuni în raport cu particulele elementare cunoscute.

Teama de o posibilă catastrofă

Câţiva cercetători însă sunt îngrijoraţi de efectele unor coliziuni la energii atât de mari. Ei cred că acestea ar putea genera mai multe găuri negre de mici dimensiuni, care ar pune în pericol Pământul.

Otto Rossler, unul dintre cercetătorii ce încearcă să oprească activitatea la CERN (Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară), susţine că potenţialele găuri negre cuantice, rezultate din experimente, ar putea ajunge chiar la o dimensiune care să declanşeze absorbţia Pământului! Plecând de la acest raţionament, Rossler împreună cu alţi cercetători au atacat proiectul LHC la Curtea Europeană a Drepturilor Omului, pe motiv că încalcă dreptul fundamental al omului la viaţă.

Ţinând însă seama de faptul că sunt mai puţin de 10 zile până la pornirea acceleratorului, şansele ca data începerii experimentelor să fie amânată sunt minime. Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) a admis că proiectul va crea găuri negre, însă cercetătorii de aici nu cred că ele ar putea pune în pericol Pământul. Mai mult, un raport publicat la începutul acestui an arată că experimentele programate să se desfăşoare la CERN nu ameninţă în nici un fel viaţa oamenilor.

Dacă totuşi aceste găuri negre cuantice ar apărea, durata lor de viaţă ar fi extrem de mică, de domeniul nano-nano-nanosecundelor, cu efecte nesemnificative pentru Pământ. De altfel, asemenea coliziuni se petrec destul de frecvent în Univers, întrucât galaxiile posedă adevărate acceleratoare de particule gigantice, de puteri cu mult mai mari. Radiaţii cosmice de mare energie traversează porţiuni din spaţiul cosmic în care există praf sau alte radiaţii. Dacă produsul coliziunii lor ar fi găuri negre cuantice cu efecte devastatoare, acestea ar fi trebuit să fie vizibile până acum.

▲ În 10 septembrie este programat un prim test avansat, eveniment ce va fi difuzat prin Web (prin intermediul http://webcast.cern. ch) şi va fi distribuit, de asemenea, prin reţeaua Eurovision, iar CERN va găzdui inaugurarea oficială a LHC. Pentru detalii suplimentare: http://www.cern.ch/lhc-first-beam.

(Articol documentat cu materiale furnizate de CERN şi Universitatea din California - Santa Barbara, prin intermediul „EurekAlert!“)