Skok 14 milijard let v preteklost pojasnjuje naš obstoj

Ko je dvanajst evropskih držav na obrobju Ženeve v letih po 2. svetovni vojni sklenilo ustanoviti Evropsko organizacijo za jedrske raziskave (CERN), je bil njihov glavni namen preprečiti ali kar najbolj zmanjšati beg možganov iz Evrope v ZDA in takratno Sovjetsko zvezo. Po šestih desetletjih delovanja je Cern ne le ustavil trend odliva možganov, ampak ga je celo preobrnil.

Danes je Cern osrednji svetovni laboratorij za fiziko delcev in cilj desettisočev najambicioznejših fizikov in inženirjev z vsega sveta. V kampusu sredi polj in pašnikov s kravami na obrobju Ženeve (oziroma v predoru sto metrov pod zemljo), ki po videzu bolj spominja na predmestno industrijsko cono kakor na vodilni laboratorij na svetu, potekajo eksperimenti, ki razkrivajo osnove obstoja vesolja, torej vsega, kar nas obdaja, in nas samih.

O tem, kako je Cernu uspelo postati magnet za najbistrejše ume z vsega sveta in s svojimi eksperimenti skočiti 14 milijard let nazaj v preteklost, na sam začetek vsega obstoja, in kako to, da Slovenija kljub opazni udeležbi slovenskih znanstvenikov še vedno ni polnopravna članica Cerna, smo se za Delovo Znanost pogovarjali z dr. Rüdigerjem Vossom, direktorjem Cerna za mednarodne odnose.

Rüdiger Voss, 63-letni doktor fizike iz Nemčije, je v Cern prišel že pred 40 leti kot nadobudni raziskovalec in tam s krajšimi presledki ostal ves čas. Preden je prevzel mednarodne odnose (Cern je izrazito mednarodna ustanova z razvejenim mednarodnim sodelovanjem), je bil vodja več pomembnih Cernovih raziskovalnih projektov.

S slovensko znanostjo se je seznanil že zelo zgodaj – prek prof. dr. Črtomira Zupančiča, priznanega fizika, ki je bil pred skoraj štirimi desetletji na münchenski Ludwig-Maximilianovi univerzi njegov mentor pri pripravi doktorata. Pozneje, ko je vodil več projektov v Cernu, se je seznanil še z inovativnostjo, zagnanostjo in sposobnostjo slovenskih znanstvenikov, ki vse od leta 1991 aktivno sodelujejo pri več projektih v Cernu. In ne nazadnje, z usposobljenostjo slovenskih znanstvenikov in tudi industrije se je seznanil v postopkih preverjanja tehnološke in znanstvene usposobljenosti Slovenije, ko je ta že pred leti izrazila zanimanje za polnopravno članstvo v Cernu.

Beseda je seveda najprej nanesla na »odkritje stoletja«, kakor številni fiziki označujejo eksperimentalno potrditev Higgsovega bozona, enega od gradnikov našega vesolja in zadnjega manjkajočega elementa za potrditev teorije standardnega modela. V Cernu so ga leta 2012 eksperimentalno zaznali v dveh neodvisnih projektih, CMS in ATLAS, pri katerih so sodelovali tudi slovenski fiziki, torej v dveh od štirih detektorjev, ki približno sto metrov pod zemeljskim površjem sledijo trkom v Velikem hadronskem trkalniku. Ta se razteza v 27-kilometrskem krogu pod polji med hribovjem Jura in Ženevskim jezerom.

Higgsov bozon, manjkajoči element teorije standardnega modela, ki pojasnjuje razvoj vesolja, ste 48 let po postavitvi domneve torej odkrili. Kaj pa zdaj? V kaj bo Cern ob skorajšnjem vstopu v sedmo desetletje delovanja usmeril raziskovalno pozornost?

Zgodba s Higgsovim bozonom nikakor ni zaključena. Njegove številne lastnosti moramo raziskati bolj podrobno, kar bo zahtevalo več let raziskav in analiz podatkov. Samo odkritje je šele prvi korak, čeprav zelo pomemben. Higgsov bozon je nadvse zapleten gradnik, katerega vloge še ne razumemo dovolj. Prav tako njegovo odkritje ne pomeni konca poskusov v Velikem hadronskem trkalniku. Ti bodo v njem potekali še vsaj dvajset let. Do zdaj smo namreč izkoristili le kak odstotek njegovega potenciala. Še več pomembnih vprašanj je, na katera bomo iskali odgovor s pomočjo eksperimentov v tem trkalniku.

Katera na primer?

Eno je vprašanje tako imenovane supersimetrije, ki je v neposredni povezavi s temno snovjo. Supersimetrijo utemeljuje teorija, ki naj bi združevala temeljne sile materije. Danes poznamo tri oziroma štiri temeljne sile, ki vzdržujejo vesolje. To so mehanizmi, s katerimi delujejo delci drug na drugega in jih ni mogoče pojasniti z drugim, še bolj osnovnim mehanizmom.

Tradicionalno štejemo med osnovne sile štiri interakcije: gravitacijo, elektromagnetno interakcijo, šibko jedrsko silo in močno jedrsko silo. Verjamemo, da je vesolje v bistvu zelo enostavno in da so te tri ali štiri sile manifestacije ene skupne temeljne sile, ki združuje vesolje.

Velik napredek smo naredili, ko smo sredi 60. let prejšnjega stoletja že uspešno združili elektromagnetno interakcijo in šibko jedrsko silo v elektrošibko interakcijo. Naslednja stopnja bi bila združitev elektrošibke sile z močno jedrsko silo v veliko teorijo poenotenja. To bi bil naslednji veliki korak. Zanj že imamo teoretične modele, ki dobro delujejo na papirju in se običajno sklicujejo na supersimetrijo, ker ustvarjajo novo simetrijo med temi silami. Te teorije so za nas zanimive, saj napovedujejo obstoj povsem novega razreda osnovnih delcev.

Kaj bi morebitna potrditev obstoja takega novega razreda osnovnih delcev pomenila?

Nekateri od teh novih elementarnih delcev, ki jih predvidevajo teorije supersimetrije, bi bili lahko hkrati kandidati, s katerimi bi morda pojasnili obstoj temne snovi v vesolju. Prav te delce si prizadevamo odkriti z eksperimenti v Velikem hadronskem trkalniku. Njihovo odkritje bi bilo zelo pomembno, saj bi odprlo pomemben pogled v to, kaj je temna snov v vesolju. Poznamo in z vsemi našimi teleskopi lahko vidimo le okoli pet odstotkov vesolja, preostalih 95 odstotkov univerzuma pa nam je povsem skritih, nevidnih, o tem pretežnem delu vesolja ne vemo nič in ga ne razumemo.

Ali ste si zamislili oziroma imate idejo, kako se lotiti tega raziskovanja?

Naše ideje so še zelo približne. Kot sem omenil, vsi tako imenovani osnovni delci, ki jih danes poznamo, pojasnjujejo le okoli pet odstotkov vesolja. Četudi bi nam uspelo z orbitalnimi ali še bolj izpopolnjenimi teleskopi videti še veliko globlje v vesolje kakor zdaj, bi to še vedno pomenilo le 4 do 5 odstotkov materije in energije. Preostalih 95 odstotkov pa je za nas, kot sem že rekel, povsem nevidnih. Vemo, da ta masa obstaja, a to vemo le posredno. Iz česa je ta temna energija in v kakšni obliki je temna materija, pa je povsem neznano.

Je omejitev našega dojemanja temne energije in temne materije problem omejenosti naše zaznave ali naše domišljije?

Obojega, zato potrebujemo še veliko raziskav. Potrebujemo več perspektiv. Najprej bi morali biti sposobni odkriti supersimetrijo in njene sile, potem pa upamo, da bo to vodilo k odkritju novih delcev ali morda novega razreda delcev, ki bi pojasnjevali temno snov ali vsaj del temne snovi v vesolju. To odkritje bi bilo velikanski napredek v našem razumevanju univerzuma.

Ali ima še kateri drug raziskovalni center podobne raziskovalne načrte ali pa se je morda tega celo že lotil?

Trenutno imamo skoraj popoln svetovni monopol v raziskovanju fizike delcev in visokoenergijskih delcev. Naš pospeševalnik delcev je največji na svetu. Tam, kjer so še imeli pospeševalnike, jih zaradi pomanjkanja denarja zapirajo ali pa jih preusmerjajo iz temeljnih v aplikativne raziskave. Edini večji laboratorij, ki je na tem področju še aktiven, je Fermilab v Illinoisu. Toda njihov pospeševalnik ima bistveno nižjo energijo, in ker ni več kompetitiven, ga nameravajo zapreti ter se raje preusmeriti v fiziko nevtrinov. Njihove raziskave so prav tako zelo elementarne in bodo komplementarne temu, kar delamo v Cernu.

Ali zato zadnja leta k vam prihaja toliko znanstvenikov iz ZDA, da bi skoraj že lahko govorili o begu možganov v obratni smeri, iz Amerike v Evropo?

Ključno je to, da imamo izjemno dober raziskovalni program in opremo, ki privlačita najboljše znanstvenike z vsega sveta in česar nimajo nikjer drugje. Tako da se res dogaja nekakšen odliv možganov iz ZDA v Evropo, še posebno v Cern. Veliko ameriških znanstvenikov v Cernu pa morda že postaja problem v smislu, da ZDA, ker niso članica Cerna, ne prispevajo v njegov proračun.

Toda pri sodelovanju izvrstnih znanstvenikov iz ZDA nam gre za njihov input – in navsezadnje so podatki, dobljeni v raziskavah z ameriškim vladnim denarjem, denarjem njihovih davkoplačevalcev, na razpolago vsemu svetu. Zato ne vidim razloga, da bi jim zapirali dostop do naših projektov, zlasti če je njihova udeležba v korist projekta in imajo naši znanstveniki enak dostop do njihove opreme in projektov.

Po načelu prostega dostopa do podatkov smo tako uspešno delovali več desetletij. Zadnja leta pa je pri tem nastala nekakšna asimetrija: ker noben center ni primerljiv s Cernom, imamo približno dva tisoč izvrstnih znanstvenikov iz držav nečlanic in samo okoli dvesto naših znanstvenikov v ameriških raziskovalnih institucijah. A to se utegne v prihodnosti spremeniti – upam, da se bo, saj tako neravnovesje ni zdravo za razvoj. Situacijo bi radi uredili tudi z uvedbo različnih oblik članstva za neevropske države, od opazovalcev do pridruženih članov.

Slovenija še ni polnopravna članica, čeprav ste ji že pred leti po obisku slovenskih raziskovalnih ustanov in oceni sposobnosti sodelovati v Cernovih programih odprli vrata. Kaj je vzrok, da je še naprej ena redkih držav v Evropi, ki ni članica Cerna?

Domnevam, da so vzrok menjave vlad. Vaši znanstveniki, ki že vrsto let zgledno sodelujejo v naših programih, so zainteresirani za polnopravno članstvo, prav tako industrija, ki je tehnološko sposobna sodelovati. Vaši vladi smo po obisku in pogovorih v Sloveniji že leta 2011 poslali osnutek pristopnega sporazuma, a do danes nismo prejeli odgovora.

Kaj bi naša država s polnopravnim članstvom v Cernu pridobila oziroma kaj izgublja, ker ni članica?

Res je, da je za polnopravno članstvo treba plačati članarino, vendar je za male ekonomije in nove članice ta bistveno nižja od članarin gospodarsko močnih članic. Kljub razlikam v višini članarine pa ima vsaka članica en glas in torej enakopravno odločajo o programu.

Kaj bi članstvo prineslo slovenskim znanstvenikom, ki imajo sicer že brez tega dostop do projektov in sodelujejo v njih? Predvsem dvoje. Odprlo bi povsem novo dimenzijo usposabljanja mlade generacije raziskovalcev in inženirjev, ki Sloveniji zdaj, ker ni članica, ni na voljo. Obenem bi se slovenski inženirji lahko zaposlili na Cernu ali sodelovali v vseh oblikah izobraževanja in usposabljanja. Res je, da imate v Ljubljani dober študij fizike delcev, vendar ni primerljiv z možnostmi, ki jih ponuja Cern. Tu imamo opremo, ki si je ne more privoščiti nobena univerza na svetu, ker je predraga. Hkrati pa bi za izdelavo opreme lahko konkurirala tudi vaša industrija, kar bi bilo zanjo izjemno dobra referenca.