Proyek baru CERN adalah membangun mekanisme yang hampir empat kali lebih besar dari perangkat terbesar yang ada. Tapi sebenarnya untuk apa itu?
Large Hadron Collider (LHC) bisa dibilang salah satu perangkat paling misterius di dunia. Ia berada di terowongan melingkar sepanjang 27 kilometer di perbatasan antara Prancis dan Swiss, dan tugas utamanya adalah menabrak partikel terkecil di alam semesta.
Mekanisme ini menjadi terkenal di seluruh dunia pada tahun 2012, ketika CERN (Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir) mengumumkan penemuan Higgs boson. Teori keberadaan partikel elementer ini muncul beberapa dekade yang lalu, perhitungan matematis di balik model standar partikel elementer mengasumsikan bahwa ia ada, tetapi tidak ada yang dapat memperbaikinya sebelum percobaan di LHC.
Dan sekarang CERN berbicara tentang rencana untuk masa depan. Percobaan dengan bantuan LHC sudah dilakukan sejak 2009 dengan gangguan pemutakhiran mekanismenya. Sekarang, jeda saja, dan LHC akan diluncurkan lagi pada 2021, setelah itu akan berfungsi selama beberapa dekade lagi.
Namun proyek yang ada sangat ambisius sehingga CERN telah membahas proposal untuk membangun penerus LHC selama beberapa tahun. Dan sekarang karyawan organisasi siap untuk menceritakan tentang visi masa depan mereka.
Sekarang disebut Future Circular Collider (FCC), rencana pembangunannya diumumkan pada Januari 2019. BCC jauh lebih besar dan lebih bertenaga daripada akselerator saat ini. Meskipun ini hanya sebuah rencana, itu belum diterima. Jika rencana tersebut dilaksanakan, eksperimen di BCC akan dimulai pada tahun 2040-an.
Menurut CERN, total biaya konstruksi akan berjumlah lebih dari 200 miliar kroon (lebih dari 1,5 triliun rubel - kira-kira. Terjemahan). Negara-negara anggota organisasi akan membiayai proyek tersebut selama beberapa dekade. Norwegia adalah salah satu dari 22 negara anggota CERN dan akan menyumbang sekitar 240 juta kroon (lebih dari 1,8 miliar rubel) pada 2019.
Video promosi:
Tetapi mengapa kita membutuhkan akselerator partikel baru, apa yang ingin dicapai para ilmuwan dengannya?
Terowongan panjang
LHC diletakkan di terowongan yang sama dengan akselerator partikel sebelumnya, hanya pengisian baru yang ditempatkan di sana. Pekerjaan perangkat sebelumnya dibatasi pada tahun 2000.
Tapi terowongan baru sepanjang 100 kilometer akan dibangun untuk BCC. Karena bertambahnya panjang akselerator partikel, partikel akan bertabrakan dengan lebih banyak gaya.
"Selama seratus tahun, tumbukan pecahan kecil materi dengan kekuatan besar mungkin merupakan metode eksperimental paling penting untuk mempelajari struktur dan komposisi materi," kata Anders Kvellestad, fisikawan partikel di Imperial College London.
Faktanya, rencana CERN menyerukan pembangunan beberapa perangkat di terowongan yang sama, yang akan ditempatkan satu demi satu. Mekanisme pertama akan bertabrakan dengan elektron dan positron, dan dapat digunakan untuk pengukuran dan studi yang lebih akurat, misalnya, boson Higgs, yang belum diketahui semuanya.
Ini juga akan memungkinkan untuk mendeteksi jejak kuantum dari partikel yang benar-benar baru tidak diketahui tanpa melakukan pengamatan langsung.
Fisika baru?
Selain eksperimen lain yang melibatkan tumbukan elektron dan inti atom timbal, nantinya direncanakan untuk membangun mekanisme yang sangat kuat di mana proton akan bertabrakan dengan proton di terowongan.
“Dalam fisika partikel, tumbukan proton dengan proton menyerupai palu godam, sedangkan tumbukan elektron dengan positron dapat dibandingkan dengan palu geologi kecil. Yang pertama memberi lebih banyak kekuatan, sedangkan yang kedua lebih akurat."
Kekuatan pancaran partikel itu sendiri diukur dalam teraelectronvolts (TeV). LHC, panjang 27 kilometer, dapat menangani 14 TeV, sedangkan akselerator baru akan menahan daya hingga 100 TeV.
Energi yang lebih tinggi memungkinkan Anda untuk "memancing" partikel yang lebih masif, yang mungkin belum pernah diamati sebelumnya, dan mungkin saja hasil eksperimen semacam itu akan memberikan gambaran tentang fisika yang sama sekali baru, jelas Qvellestad.
Karena alam semesta masih penuh dengan hal-hal yang belum dipahami para ilmuwan. Misalnya, tidak ada jawaban untuk pertanyaan tentang apa sebenarnya dark energy dan dark matter, meskipun keduanya adalah konsep sentral dalam pemahaman kita tentang alam semesta saat ini.
Ada juga masalah besar dalam fisika modern. Relativitas umum dan teori medan kuantum, yang mendeskripsikan partikel elementer, tidak bertepatan. Saat ini tidak ada penjelasan untuk gravitasi itu sendiri, yang cocok dengan kedua model tersebut.
Terlepas dari bagaimana Anda melihatnya, ada sesuatu yang hilang dalam memahami alam semesta. Banyak penjelasan ditawarkan, tapi peneliti butuh bukti.
Dan fisikawan berharap bahwa akselerator partikel LHC saat ini akan memberikan petunjuk tentang fisika baru. Ini belum terjadi, tetapi LHC akan bekerja selama bertahun-tahun.
“Kami sekarang tahu semua tentang beberapa perbedaan kecil tapi menarik antara teori dan praktik dalam data yang ada. Oleh karena itu, saya berharap hasil putaran LHC berikutnya menunjukkan kepada kita apakah perbedaan ini adalah konsekuensi dari 'fisika baru' atau hanya variasi statistik,”kata Kvellestad.
Tetapi ada juga beberapa keraguan tentang rencana untuk membangun akselerator partikel baru.
Akankah itu benar-benar melakukan sesuatu?
Fisikawan Jerman Sabine Hossenfelder adalah salah satu kritikus proposal PKS. Dia menulis sebuah buku tentang bagaimana fisika terlalu mementingkan "keindahan" persamaan.
Dalam sebuah kolom di The New York Times, dia mengkritik proyek tersebut, khususnya, karena fakta bahwa CERN menawarkannya dengan janji yang sama yang dibuat sebelum pembangunan LHC: untuk menemukan materi gelap dan menjelaskan asal usul alam semesta.
Masalahnya adalah hasil ini tidak dapat dijamin dengan cara apa pun, kata Hossenfelder. Fisikawan hampir yakin bahwa mereka akan menemukan Higgs boson dengan bantuan LHC, tetapi sekarang mereka tidak memiliki target yang begitu menjanjikan.
Supersimetri adalah teori yang memprediksi keberadaan beberapa partikel berbeda yang dapat mengisi celah dalam Model Standar, tetapi partikel-partikel ini belum dibahas dalam eksperimen.
Hossenfelder berpendapat bahwa fisika harus menjajaki kemungkinan lain untuk saat ini, dan lebih baik menunggu dengan konstruksi akselerator besar, dengan fokus pada pertanyaan mengapa partikel yang seharusnya tidak muncul di LHC.
Jika Anda tertarik, Anda dapat membaca lebih lanjut tentang kritik proyek tersebut di blognya. Dia juga mengatakan bahwa jika, dengan bantuan LHC, di tahun-tahun mendatang, benar-benar mungkin untuk menemukan sesuatu, maka gambarannya bisa berubah.
Penelitian dasar
"Setelah penemuan boson Higs, kami tidak lagi memiliki 'jaminan' teoretis bahwa kami akan menemukan partikel baru dalam eksperimen generasi berikutnya, - kata Anders Kvellestad. - Tapi itu benar-benar hanya berarti bahwa fisika partikel kembali normal untuk fundamental keadaan penelitian - ketika tidak ada yang tahu apa yang mungkin terungkap dalam percobaan berikutnya."
"Ada beberapa contoh penemuan dalam sejarah fisika yang tidak diramalkan oleh siapa pun."
Kvellestad percaya bahwa meskipun fisikawan tidak setuju tentang apa yang diharapkan dari eksperimen ini, ini seharusnya tidak menjadi argumen yang menentang melakukan eksperimen besar baru.
Berkat akselerator partikel baru, para ilmuwan akan dapat menyelidiki dan mengukur partikel yang sudah dikenal dengan lebih baik, kata Kvellestad.
Perlu membangun mekanisme yang lebih besar, tetapi tidak sekarang?
“Tidak ada keraguan bahwa jalur masa depan penelitian fisika partikel terletak melalui mekanisme yang lebih besar,” kata Bjørn Samset, peneliti di Pusat Penelitian Lingkungan dan Iklim Internasional Cicero. Dia adalah fisikawan partikel dasar dengan pelatihan dan bekerja di CERN.
"Satu-satunya pertanyaan adalah apakah sudah waktunya untuk membangunnya atau apakah lebih baik fokus pada hal lain untuk saat ini."
Dia juga percaya bahwa fisika mungkin akan mendapat manfaat lebih jika proyek lain dievaluasi lebih detail terlebih dahulu, yang dapat membantu lebih memahami apa yang mungkin ditemukan perangkat baru.
Samset mengutip materi gelap sebagai contoh.
"Banyak yang berharap LHC memiliki cukup energi untuk menciptakan partikel-partikel penyusun materi gelap."
Banyak teori telah dikemukakan dan beberapa telah terbantahkan, tetapi banyak juga yang masih perlu diverifikasi. Pertanyaannya adalah apakah mungkin lebih baik untuk fokus pada metode lain, seperti sensor khusus, yang dengannya Anda dapat menangkap materi gelap secara langsung.
Jika BCC dibangun, ini tidak akan segera terjadi, tetapi Samset menekankan bahwa sangat penting untuk membahas proyek-proyek semacam itu terlebih dahulu.
“Bahaya menunggu adalah hilangnya pengalaman. Teknisi di CERN adalah pesulap sejati, mereka membuat akselerator melakukan hal-hal luar biasa. Jika kita tidak mulai merencanakan proyek berikutnya sekarang, banyak pengalaman ini bisa hilang."
Pada saat yang sama, dia yakin bahwa pengalaman dapat ditransfer dalam kerangka proyek lain. Tapi dia yakin akselerator besar masih akan dibangun.
"Mekanisme seperti itu harus dibangun, dan akan dibangun, tapi mungkin masih terlalu dini?"
Lasse Biørnstad
