Kina kan få verdens største partikkelakselerator

Verdens største partikkelakselerator i dag er Large Hadron Collider (LHC) ved CERN i Sveits, men kineserne planlegger noe større.

Published
LHC-tunnelen løper 27 kilometer under jorden og krysser tre landegrenser. LHC står for Large Hadron Collider. Large, fordi det er verdens største partikkelakselerator; Hadron, fordi den akselererer protoner og ioner, som begge er hadroner; Collider, fordi partiklene blir ledet rundt i to motsattrettede stråler, slik at de kan kollidere. (Foto: Kristian Secher)
LHC-tunnelen løper 27 kilometer under jorden og krysser tre landegrenser. LHC står for Large Hadron Collider. Large, fordi det er verdens største partikkelakselerator; Hadron, fordi den akselererer protoner og ioner, som begge er hadroner; Collider, fordi partiklene blir ledet rundt i to motsattrettede stråler, slik at de kan kollidere. (Foto: Kristian Secher)

Forskere ved Instituttet for Høyenergifysikk i Beijing (IHEP), sammen med internasjonale samarbeidspartnere, har lagt fram en ambisiøs plan.

De tenker å bygge en egen partikkelakselerator, som i så fall blir mye større enn LHC ved CERN, melder Nature.

Partikkelakseleratoren LHC er en underjordisk ring som er 27 kilometer i omkrets. Hvis den kinesiske planen ser dagens lys, vil deres akselerator bli hele 52 kilometer i omkrets.

Dette er et stort steg fram for kinesisk partikkelfysikk, som foreløpig har én akselerator i drift, BEPC II, som er 240 meter i omkrets.

Flere Higgs-boson?

Å bruke partikkelakseleratorer er en av de viktigste måtene vi kan kikke dypt ned i de mest fundamentale delene av universet vårt, ifølge fysikerne.

En partikkelakselerator er en maskin som bruker magneter og elektromagnetiske felt for å drive ladete partikler opp i veldig høye hastigheter.

Partiklene kan kollideres med hverandre, og forskere kan undersøke restene av kollisjonen for å blant annet finne ut hvordan partikler oppfører seg, blir til og forsvinner, og oppdage nye partikler.

Figuren viser kollisjonen mellom to protoner i ATLAS-detektoren til Large Hadron Collider-partikkelakseleratoren som påviste Higgspartikkelen. De grønne og gule strekene indikerer fotoner som oppstod i kollisjonen. (Foto: (Figur:CERN, Creative Commons))
Figuren viser kollisjonen mellom to protoner i ATLAS-detektoren til Large Hadron Collider-partikkelakseleratoren som påviste Higgspartikkelen. De grønne og gule strekene indikerer fotoner som oppstod i kollisjonen. (Foto: (Figur:CERN, Creative Commons))

Large Hadron Collider (LHC) ved CERN i Sveits skapte verdensnyheter sommeren 2012 da Higgs-bosonet endelig ble funnet, etter nesten femti års leting.

Fram til da hadde Higgs-bosonet bare vært en teori på papiret, men den endelige oppdagelsen av en partikkel som oppførte seg som Higgs-bosonet, fylte et hull i standardmodellen.

Standardmodellen beskriver hvordan de aller minste partiklene i universet oppfører seg, og forholder seg til hverandre. Hvis ikke Higgs-bosonet hadde blitt påvist, hadde partikkelfysikerne misforstått ett eller annet.

Den foreslåtte kinesiske akseleratoren er en elektron-positron-kollisjonsmaskin, som er en velkjent type partikkelakselerator.

Forgjengeren til LHC i Sveits var av denne typen, og en slik akselerator skal gjøre det mulig å gjøre mer nøyaktige målinger og observasjoner av Higgs-partikkelen, enn det man kan oppdage i den mindre, men kraftigere LHC-akseleratoren.

Det er fortsatt mye fysikerne ikke vet om Higgs-partikkelen, for eksempel om den finnes i flere varianter.

Derfor kalles den kinesiske maskinen en ”Higgsfabrikk”, og fysikere tidsskriftet Nature har snakket med kaller akseleratoren for et realistisk prosjekt, både i forhold til kostnad og teknologi.

Den kinesiske partikkelakseleratoren kan være ferdig i 2028, med en prislapp på tre milliarder dollar.

Grafikken viser LHC, slik den ligger under bakken. Sirkelen er 27 kilometer i omkrets. Den foreslåtte kinesiske akseleratoren vil bli 52 kilometer i omkrets, nesten dobbelt så stor.
Grafikken viser LHC, slik den ligger under bakken. Sirkelen er 27 kilometer i omkrets. Den foreslåtte kinesiske akseleratoren vil bli 52 kilometer i omkrets, nesten dobbelt så stor.

Forskerne håper også at arbeidet kan være et første steg mot en framtidig, veldig kraftig proton-proton-kollisjonsmaskin, en slags oppblåst og kjempekraftig variant av LHC.

Partikkelakseleratorenes framtid

Både EU og USA har vist interesse i å bygge nye, store akseleratorer, men denne nye generasjonen av partikkelakseleratorer krever så mye forskning og penger at ingenting vil stå klart før tidligst i 2035.

Disse nye forslagene setter LHC i Sveits helt i skyggen. De aller største maskinene er 100 kilometer i omkrets, og er over syv ganger kraftigere enn LHC.

Ifølge Nature er også Kina en av de mulige vertene for en ny proton-proton-kollisjonsmaskin, men det vil bli skarp konkurranse fra Europa og USA.

Nature skriver at det sannsynligvis bare vil være ressurser til å bygge én utgave av neste generasjons partikkelakselerator.

Den kinesiske maskinen vil kunne bli bygget i den samme tunnelen som skal brukes til å huse elektron-positron-kollisjonsmaskinen, eller utvides opp til 80 kilometer i omkrets, med internasjonal støtte.

Samtidig er arbeidet kommet ganske langt med det som kalles International Linear Collider (ILC).

Dette er en annen type partikkelakselerator, som er avlang istedenfor rund, og vil være mellom 30 og 50 kilometer lang.

Plantegninger for International Linear Accelerator. (Foto: (Bilde: ILC Comms/Creative Commons))
Plantegninger for International Linear Accelerator. (Foto: (Bilde: ILC Comms/Creative Commons))

Problemet er at ILC foreløpig ikke har noen vertsnasjon. Den heteste kandidaten skal være Japan, hvor myndighetene har sagt seg villige til å ta halvparten av prislappen.

Hvorfor bygge nye maskiner?

Disse prosjektene er så massive, store og mystiske at man kan spørre seg om hvorfor det skal legges milliarder av dollar, yuan, euro eller yen i potten.

Etter at LHC fant Higgs-bosonet ble standardmodellen bekreftet, og partikkelfysikere prøver også å finne ut hva som kan finnes utenfor denne modellen.

Det er fortsatt mye vi ikke vet om hvordan universet egentlig henger sammen, og det kan finnes nye, helt ukjente fysikkområder. Mørk materie, supersymmetri og kvanteteori er alle teoretiske områder hvor partikkelakseleratorer kanskje kan bidra med ny kunnskap.

I første omgang skal LHC starte opp igjen etter to år i dvale, og tidlig i 2015 skal eksperimentene begynne igjen, og fortsette i tre, nye år.

Den store forskjellen fra forrige gang er at energien skal dobles, og ingen vet helt hva som skjer, eller hva de kommer til å finne når partiklene begynner å fly igjen.

Fysikerne skal granske Higgs-bosonet og andre, kjente partikler, men også se nøye om noe uventet og nytt dukker opp underveis.

Hva LHC eventuelt finner (eller ikke finner), vil også spille en rolle når verden skal bygge sin neste, store partikkelakselerator. Mer om dette kan man lese om på bloggen til Matt Strassler, som er teoretisk fysiker ved Harvard.