Direktor Cerna za pospeševalnike in tehnologijo: Pred nami je vznemirljiv program, ki bo zaposloval fizike naslednjih 70 let

Lamonta je v Sloveniji gostil Institut Jožef Stefan (IJS), in sicer v okviru praznovanja 70. obletnice Cerna. Ob robu obiska je v intervjuju za STA spregovoril o vodenju največjega pospeševalnika na svetu, o tehnoloških izzivih nadgradnje LHC, snovanju megalomanskega trkalnika prihodnosti ter ugankah vesolja.

Mike Lamont je eden od članov vodstva Cern, po funkciji takoj za generalno direktorico Cerna Fabiolo Gianotti. Leta 1989, tri leta po doktoratu na Univerzi v Liverpoolu, se je pridružil Cernu, kjer se je od vsega začetka posvečal pospeševalnikom. Aktivno sodeluje pri načrtovanju pospeševalnikov prihodnosti, leta 2021 je postal direktor za pospeševalnike in tehnologijo.

Odgovoren je za približno 1300 ljudi in okoli 1000 doktorskih študentov. "To je velika enota, ki zahteva obsežno upravljanje: vodenje osebja, upravljanje proračuna, razvoj novih tehnologij ter tudi vzdrževanje nekaterih zelo starih strojev. Gre za večplasten izziv, vendar imamo odlično ekipo, ki za vse to skrbi."

Med največjimi izzivi, s katerimi se sooča v vlogi direktorja, so med največjimi gotovo tehnološki, je izpostavil Lamont. "Upravljamo 27-kilometrski superprevodni trkalnik, ki ga hladi superfluidni helij pri 1,9 Kelvina. Gre za zapleten sistem različnih tehnologij, ki jih je treba obvladati. Desetletja vlaganj, prizadevanj in razreševanj velikih izzivov nas je privedlo do današnje točke, ko napravo obvladujemo tako dobro, da sistem deluje na izjemno visoki ravni in posledično proizvede ogromne količine podatkov za eksperimente."

Eden od eksperimentov v Cernu je Atlas, pri katerem imajo pomembno vlogo tudi slovenski raziskovalci, ki so Lamonta ob 70. obletnici Cerna povabili v Slovenijo. Kot je povedal, je na operativni ravni v stikih predvsem z Andrejem Goriškom z IJS, ki trenutno opravlja funkcijo namestnika koordinatorja vodenja detektorja Atlas. Sicer pa je Cern, kot pravi, "velik talilni lonec", kjer ne izpostavljajo posameznih držav. "Vsi, ne glede na državo izvora, delajo z vsemi na zelo odprt in sodelovalen način."

Kljub številnim eksperimentom, ki potekajo v Cernu, trenutno največ pozornosti namenja veliki preobrazbi LHC v tako imenovani LHC visoke luminoznosti oz. High-luminosity LHC (HL-LHC). Ta ambiciozen tehnološki podvig, vreden milijardo švicarskih frankov, vključuje celovito nadgradnjo LHC ter izboljšave obeh detektorjev, Atlasa in Cms.

Leta 2026 bodo tako v sklopu nadgradnje zaustavili LHC in detektorja ter obstoječe magnete in druge komponente zamenjali z novimi visokozmogljivimi kvadrupolnimi magneti. Prav ti, od štiri do sedem metrov dolgi magneti na obeh straneh detektorjev Atlas in Cms, ki ustvarjajo zelo visoka magnetna polja, predstavljajo največji izziv nadgradnje. "Po začetnih težavah smo uspeli izdelati prve serijske magnete, ki delujejo zelo dobro," je povedal Lamont.

Ti magneti so razlog, da bo nadgrajeni LHC občutno zmogljivejši od predhodnika. Naloga kvadrupolnih magnetov je namreč lečenje oziroma fokusiranje protonskih žarkov na velikosti širine človeškega lasu, kar skupaj s povečanjem števila protonov na žarek prinese zelo visoko stopnjo trkov v HL-LHC, s tem pa večjo količino podatkov, je pojasnil Lamont.

Z nadgrajenim LHC želijo temeljito preučiti lastnosti Higgsovega bozona, ki so ga v Cernu odkrili leta 2012. Ta je namreč po mnenju Lamonta "še vedno skrivnosten in morda portal v novo fiziko".

Še večji korak v smer odkrivanja nove fizike pa bo predstavljal supertrkalnik Future Circual Collider (FCC) - pospeševalnik delcev naslednje generacije, ki bo štirikrat večji od LHC. Gre za megalomanski, 20 milijard vreden projekt izgradnje trkalnika, ki bi bil zgrajen v 91-kilometrskem podzemnem predoru v obliki obroča, 200 metrov pod švicarskim in francoskim ozemljem. Dosegel bi lahko energije trkov 100 tera elektronvoltov (TeV), s čimer bi več kot sedemkrat presegel zmogljivost LHC.

Kljub temu da bo projekt FCC zaživel šele čez nekaj desetletij, ga v Cernu že intenzivno načrtujejo. V prvih vrstah uresničevanja njegove vizije je tudi Lamont, ki je bil tesno vpet že v zadnjo veliko menjavo - zamenjavo trkalnika LEP z LHC leta 2008. "Zelo vznemirljivo je biti del načrtovanja tako pomembne prihodnosti," je dejal.

Trenutno potekajo študije izvedljivosti tega projekta, saj je, kot je poudaril Lamont, pri načrtovanju tega 91-kilometrskega trkalnika veliko ne le tehnoloških, temveč tudi geoloških in urbanističnih izzivov. Zadnja študija izvedljivosti, ki so jo predstavili februarja letos, je pokazala, da tehničnih ovir za nadaljevanje projekta ni. "Sedaj je potrebno prepričati države članice, da se bo s tem trkalnikom Evropa obdržala v središču visokoenergijske fizike naslednjih 50 do 70 let."

"Znanje imamo in prepričani smo, da zmoremo zgraditi takšno napravo. Velika težava pa je cena. Zanimivo je spremljati proces pridobivanja podpore držav članic in mednarodnih partnerjev za tako velik korak za Cern. Ni dvoma, da gre za velik, zahteven in drag projekt."

Študija izvedljivosti bo končana v začetku leta 2025, nato sledi faza načrtovanja. "Če bo šlo vse po načrtih, naj bi projekt odobrili leta 2028, kar bo vključevalo tudi finančno zavezo za gradnjo pospeševalnika," je pojasnil Lemont." Če bodo države članice Cerna odobrile gradnjo prve faze, trkalnika elektronov in pozitronov (FCC-ee), bi ta lahko zaživel sredi leta 2040. Naprava bi delovala približno 15 let, v tem času pa bi razvili tehnologijo, potrebno za drugo stopnjo, ki bo protonski trkalnik z največjo energijo trka doslej (FCC-hh).

Novi trkalnik prihodnosti bo tako po besedah Lamonta imel potencial za proizvodnjo ogromne količine podatkov. "Pred nami je res velik in vznemirljiv raziskovalni program za preučevanje Higgsovega bozona in iskanje nove fizike, ki bo zaposloval fizike naslednjih 70 let."

Lamont je sicer prepričan, da živimo v zelo zanimivem obdobju za raziskave na področjih fizike, astrofizike in kozmologije. "Trenutna astrofizikalna in kozmološka opazovanja so res izjemna - od nevtrinov, zaznavanja gravitacijskih valov, Jamesa Webba ... Imamo čudovite dokaze o evoluciji vesolja, o tem, kje smo in od kod prihajamo. Še vedno pa ne vemo, kaj sta temna energija in temna snov. Sedimo v oblaku temne snovi in ne vemo, kaj je. Nimamo niti ideje o njeni masi, ki je lahko zelo majhna ali težka, morda supersimetrična."

Standardni model fizike, ki opiše pet odstotkov našega vesolja, je sicer po njegovem mnenju trenutno zelo učinkovit in zaenkrat ni znakov, da bi se porušil. "Ta neverjetna natančnost standardnega modela je res fascinantna. Še vedno obstaja in še vedno je vse, kar imamo. Vendar pa temna temna snov, ki predstavlja večino našega vesolja, kaže, da standardni model ne more biti vse. Čakajo nas res zanimivi časi."

"Naravnost osupljivo se mi zdi, kako daleč smo v zadnjem stoletju prišli v razumevanju vesolja. Kljub temu pa nekatere paradigme nakazujejo, da bodo določena vprašanja morda ostala neodgovorjena," meni. Takšna je po njegovem mnenju težko dokazljiva paradigma o multiverzumu, ki predpostavlja, da naše vesolje ni edino, temveč da obstaja veliko drugih vesolij.

Nekaj odgovorov na odprta vprašanja o vesolju bo morda v prihodnosti ponudil Cern. Slednji po mnenju Lamonta omogoča veliko različnih smeri raziskav, ne le s pomočjo pospeševalnikov in trkalnika, temveč tudi denimo eksperimentov, ki temeljijo na kvantnih senzorjih. "Gre za bogato tehnološko področje z veliko potenciala, veliko različnih smeri je, ki jih lahko razvijamo. To je res fascinanten čas."

Nenazadnje pa pospeševalniki in tehnologija v Cernu niso namenjeni le razumevanju vesolja, ampak tudi pomembnim raziskavam na drugih področjih, kot je boj proti podnebnim spremembam. "Med drugim imamo eksperiment Cloud, ki preučuje vpliv kozmičnih žarkov in sončnega sevanja na tvorbo oblakov, da bi razumeli procese, ki vplivajo na podnebne spremembe," je pojasnil. Pomembne pa so tudi aplikacije na področju medicine, predvsem radioterapije raka, o čemer je Lamont obsežno spregovoril tudi na petkovem predavanju v Centru Rog.

Prepričan je, da Cern tudi v tem času, ko obeležuje že 70. obletnico delovanja, uživa mednarodni ugled in deluje "z veliko predanosti in entuziazma". Tudi države članice so po njegovem mnenju ponosne, da so del Cerna, in odigrajo pomembno vlogo, ko Cernova sporočila prenašajo v svoje lokalno okolje. "Veselimo se, da bomo tudi vas sprejeli kot polnopravne člane," je še dodal Lamont.