Λίγες δεκάδες μέτρα κάτω απ’τους αμπελώνες του Meyrin, κάτω από κίτρινους ολέανδρους και λιβάδια από γρασίδι, κάτω από τα χωράφια του Versonnex και τον πολυσύχναστο αυτοκινητόδρομο Γενεύης-Λωζάνης, στα εγκατα του LHC, τα πρωτόνια διέσχισαν τη Μεγάλη Τρίτη με ταχύτητες ρεκόρ τα γαλλοελβετικά σύνορα 44 χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο (τέσσερις φορές σε κάθε γύρο – απόδειξη οτι, σύνορα τα πρωτόνια δε γνωρίζουν) για λίγη ώρα πριν διασταυρωθούν επιτέλους οι δέσμες τους και συγκρουστούν στο κέντρο των τεσσάρων μεγάλων ανιχνευτών του CERN. Οι πιο βίαιες συγκρούσεις πρωτονίων στην ιστορία της ανθρωπότητας είναι γεγονός! Η συνέχεια αναμένεται συναρπαστική.

Στο θορυβώδες εστιατόριο του CERN (βρέθηκα εκεί λόγω ενός προγραμματισμένου από καιρό συνεδρίου) τα υπερκοπωμένα και με εμφανή τα σημάδια του άγχους πρόσωπα των πειραματικών που είναι υπεύθυνοι για τη δοκιμή χάνονταν μέσα σε ένα ετερόκλητο εμφανισιακά, πολύγλωσσο και πολυεθνές πλήθος επιστημόνων που έτρωγαν οι περισσότεροι με βουλιμία τη σπεσιαλιτέ της ημέρας, συκωτάκι με τηγανιτές πατάτες. Στις δωδεκάμισι το μεσημέρι, βγαίνοντας από την αίθουσα Μπορ στα υπόγεια του κτηρίου “σαράντα”, είχαμε ρίξει μια ματιά στις παρατεταγμένες οθόνες αναμετάδοσης της φιέστας. Προβληματισμένα πρόσωπα πειραματικών κοιτούσαν τις δικές τους οθόνες. Δύο φορές απ’το πρωί, ηλεκτρολογικής φύσης προβλήματα είχαν διακόψει τη δοκιμή. Η ώρα για την προγραμματισμένη συνέντευξη τύπου πλησίαζε, και μαζί της η πιθανότητα ενός νέου φιάσκου. Το κέντρο ελέγχου του Άτλας, του πλησιέστερου από τους δύο μεγάλους ανιχνευτές, απείχε μερικές εκατοντάδες μέτρα από εκεί.


Στην επιστροφή μας στο “σαράντα” η εικόνα είχε αλλάξει: πειραματικοί κρατώντας ποτήρια σαμπάνιας, εκπρόσωποι τύπου να ερωτοτροπούν με τα μικρόφωνά τους, διάχυτος ενθουσιασμός, δηλώσεις, σχόλια, ευχές.

Μετά από προσπάθειες δεκαετιών, λοιπόν, (ως αφετηρία του προγράμματος θεωρείται το 1993-1994) η μέρα ορόσημο έφτασε: τα πρωτόνια του LHC επιταχύνθηκαν στην ενέργεια λειτουργίας (3.5 τρις ηλεκτρονιοβόλτς), οι δέσμες διασταυρώθηκαν αθόρυβα και σε λίγα λεπτά, μαζί με τις σαμπάνιες στα κέντρα ελέγχου, πλημμύρισαν τις οθόνες εικόνες από τα πρώτα events, σαν μπουκέτα από υπόλευκους κρίνους. Πρόκειται ουσιαστικά για το τέλος μιας μακριάς περιόδου προετοιμασίας (ειδικά για την ομάδα που είναι υπεύθυνη για την παράδοση του επιταχυντή) και την αρχή του προγράμματος φυσικής του LHC, για την αρχή μιας περιόδου όπου, μετά από καιρό, το πείραμα θα αρχίσει να καθοδηγεί τη σκέψη μας.

Φυσικά, τα ορόσημα και οι φίεστες είναι ως ένα σημείο αποτέλεσμα πολιτικών αποφάσεων: το CERN λειτουργεί με τα βλέμματα ολόκληρου του πλανήτη στραμμένα πάνω του (εικόνες από τη δοκιμή αναμεταδόθηκαν ζωντανά σε δίκτυα με δισεκατομμύρια τηλεθεατές) γιατί είναι τμήμα απερίσπαστο κι αυτό ενός πολιτισμού που θέλει να βλέπει με τρόπο απτό τους καρπούς των επενδύσεών του. Ενός πολιτισμού που αναγκάζει τον γενικό διευθυντή του, Rolf Heuer, να ακροβατεί στα όρια του επιστημονικά παραδεκτού όταν μιλά για τις δυνατότητες του πειράματος τα επόμενα δυο χρόνια. Και θα είναι προσωπικό επίτευγμα του συγκεκριμένου γενικού διευθυντή αν καταφέρει να μονώσει την πραγματικότητα εντός του πειράματος από τις απαραίτητα υπεραισιόδοξες δηλώσεις που οφείλει να εκπέμπει προς τα έξω, προς μια κοινωνία ανυπόμονη για κινηματογραφικές ανακαλύψεις και μυθιστορηματικές λύσεις συμπαντικών μυστηρίων. Όπως δήλωσε αμέσως μετά τη δοκιμή:

“Πολλοί άνθρωποι περίμεναν για πολύ καιρό τη στιγμή αυτή, αλλά η υπομονή και η αφοσίωσή τους άρχισε να αποδίδει καρπούς”

Θα χρειαστεί αρκετή ακόμα υπομονή και αφοσίωση, πάντως, μια και τα επόμενα δυο χρόνια το LHC θα λειτουργήσει στην ενέργεια της δοκιμής (3.5 TeV ανά δέσμη, δηλαδή 7 TeV διαθέσιμη ενέργεια συνολικά), που είναι μόνο η μισή της ενέργειας για την οποία σχεδιάστηκε, και οι απαντήσεις στα μεγάλα ερωτήματα (υπερσυμμετρία, έξτρα διαστάσεις, Χίγκς, σκοτεινή ύλη) πιθανότατα θα χρειαστούν συγκρούσεις στην ενέργεια σχεδιασμού. Προς το παρόν, τα πειράματα θα επανανακαλύψουν όλο το καθιερωμένο μοντέλο και θα προσπαθήσουν να καταλάβουν όσο το δυνατό καλύτερα τις αποκρίσεις των διαφόρων συνιστωσών των επιταχυντών σε συγκεκριμένες διεργασίες, τους επόμενους τέσσερις με έξι μήνες. Στη συνέχεια, για τον υπόλοιπο ενάμισι χρόνο, το LHC θα συλλέξει δεδομένα σε επίπεδο ανταγωνιστικό του Tevatron, του επιταχυντή στην Μπατάβια, Ιλλινόι, που είχε τα τελευταία δέκα χρόνια το μονοπώλιο στα πειράματα υψηλών ενεργειών. Ακολούθως, και καθώς το Tevatron αναμένεται να σιγήσει, το LHC θα διακόψει για ένα περίπου χρόνο αναβαθμίσεων και θα επανέλθει, ελπίζουμε, στην ενέργεια σχεδιασμού (ή κοντά σ’αυτήν) για αρκετά χρόνια. Αυτή θα είναι πιθανότατα και η περίοδος των μεγάλων ανακαλύψεων.

Τη Μεγάλη Τετάρτη, χωρίς δημοσιογράφους και δηλώσεις, με συννεφιά και ένα διπλό ουράνιο τόξο αργά το μεσημέρι, τα πρωτόνια του LHC επιταχύνθηκαν ξανά ιλλιγγιωδώς προς το θάνατό τους. Οι οθόνες στα κέντρα ελέγχου απέκτησαν καινούρια events, η επιτροπή λογοκρισίας ενέκρινε ορισμένα απ’αυτά για μηντιακή κατανάλωση, το εστιατόριο άλλαξε σπεσιαλιτέ και εμείς οι θεωρητικοί γεμίσαμε πάνω στα τραπέζια του μερικές ακόμα σελίδες με ορνιθοσκαλισμένα διαγράμματα σε μια απελπισμένη προσπάθεια να συμφωνήσουμε (ή τουλάχιστον να διασαφηνίσουμε τη διαφωνία μας).

Μια δημοσίευση με ιδιαίτερα αφηγηματικό ύφος στο abstract έκανε την εμφάνισή της χθες:

On 23rd November 2009, during the early commissioning of the CERN Large Hadron Collider (LHC), two counter-rotating proton bunches were circulated for the first time concurrently in the machine, at the LHC injection energy of 450 GeV per beam. Although the proton intensity was very low, with only one pilot bunch per beam, and no systematic attempt was made to optimize the collision optics, all LHC experiments reported a number of collision candidates. In the ALICE experiment, the collision region was centred very well in both the longitudinal and transverse directions and 284 events were recorded in coincidence with the two passing proton bunches. The events were immediately reconstructed and analyzed both online and offline. We have used these events to measure the pseudorapidity density of charged primary particles in the central region. In the range |eta| < 0.5, we obtain dNch/deta = 3.10 +- 0.13 (stat.) +- 0.22 (syst.) for all inelastic interactions, and dNch/deta = 3.51 +- 0.15 (stat.) +- 0.25 (syst.) for non-single diffractive interactions. These results are consistent with previous measurements in proton--antiproton interactions at the same centre-of-mass energy at the CERN SppS collider. They also illustrate the excellent functioning and rapid progress of the LHC accelerator, and of both the hardware and software of the ALICE experiment, in this early start-up phase.

Κανείς δε γνωρίζει ακόμα αν πρόκειται για το πραγματικό, ιστορικό ξεκίνημα του πειράματος. Κανείς δεν γνωρίζει καν αν και κατά πόσο το LHC θα πετύχει τους στόχους του. Πάντως αυτή τη φορά το πείραμα φαίνεται να προχωράει χωρίς τυμπανοκρουσίες, με μικρά σταθερά βήματα που ενισχύουν την αυτοπεποίθηση των επιστημονικών ομάδων στο CERN, και παρά τις ελαφρώς δυσοίωνες εκτιμήσεις γύρω από την τελική ενέργεια των δεσμών πρωτονίων που είναι ρεαλιστικό να επιτευχθούν, ο άνεμος δείχνει προς το παρόν γενικά ούριος.

Ο Gavin Salam σε μεγάλα κέφια, σε ένα ωραίο ταινιάκι εφτάμισι λεπτών για τη ζωή του θεωρητικού φυσικού που δουλεύει με βάση το LHC. Με nocturne του Chopin, με Παρίσι, με πρασινοπίνακες από τοίχο σε τοίχο, με λίγο από LHC accident. Εν ολίγοις, με απ’ όλα. Και με μια ενδιαφέρουσα μεταφορά απ’τη φυσική στη μουσική.

What the LHC will do is … adding the cellos, and from the cellos and double basses we are trying to figure out what the theory is [...]. And what the rest of the orchestra is playing

Δείτε το στο youtube ή σε υψηλή ανάλυση, στην πηγή.

Ενδιαφέρον έχει επίσης και το επόμενο επεισόδιο, collidonomics. Για τους δασκάλους Λυκείου υπάρχει και μια σελίδα με σχετικό διδακτικό υλικό.

Είδα προχτές την ταινία του Ron Howard, Angels and Demons, λόγω κυρίως επαγγελματικού ενδιαφέροντος: μερικές σκηνές της ταινίας γυρίστηκαν στο CERN (ο Τομ Χανκς που πρωταγωνιστεί, μαζί με την σέξυ Ιταλίδα πρωταγωνίστρια έκαναν τις σχετικές εμφανίσεις στη Γενέυη) και το σενάριο εμπλέκει το LHC, σε επτασφράγιστο πείραμα του οποίου παράγεται ένα μπουκαλάκι από αντιύλη το οποίο και κλέβουν οι κακοί για να το χρησιμοποιήσουν ως βόμβα και να καταστρέψουν το Βατικανό.

Όσοι θα βλέπατε την ταινία μόνο για τις σκηνές στο CERN, δείτε καλύτερα μόνο το σχετικό γιουτιούμπ βιντεάκι, όπου μας δείχνουν τον επιταχυντή να ανάβει, τα πρωτόνια να τρέχουν, κρούσεις σε αργή κίνηση, φωτόνια που πετάνε μέσα στα καλορίμετρα, και όλα αυτά με υπόκρουση τσιτωμένους επιστήμονες που μιλούν αγγλικά με διάφορες ευρωπαϊκές προφορές (η πιο καλτ είναι η ανακοίνωση γύρω στα 2.40 οτι “we hab e signal in de luminosity monito’s, we hab events!” που μου θύμισε την περιβόητη διαφήμιση “what are you sinking about?”).

Καταπληκτικα γραφικά λοιπόν! Φαντάσου τί outreach θα μπορούσε να γίνει αν το CERN είχε στη διάθεσή του animators αυτής της κλάσης. Η Moving Picture Company που τα έκανε γράφει στο σάιτ της:

The 40 second shot describes the creation and storage of antimatter by travelling through the inner workings of CERN’s Large Hadron Collider and Atlas Detector. The true nature of CERN’s particle collisions was adapted to suit the story and provide a visually thrilling moment for audiences. An extensive pre-vis was created as a guide for the onset crew who filmed the first part of the shot in a green-screen backed Control Room set and the last part of the shot in the antimatter collection lab. The middle section of the sequence was entirely a CG creation. The interior of the facility including the outer parts of the Atlas and CERN tunnel were re-created by the Environments team using camera projection techniques, using photographs taken by Stammers and Bickerton at the CERN Labs in Geneva, as well as RED camera footage shot by Bickerton at CERN on an earlier recce. To re-create the X-Ray look of the interior of the Atlas detector, MPC was provided with a complex CAD model from CERN which the Asset Dept remodelled, and Kevin Hahn adapted this geometry to develop the X-Ray look in Renderman. Sections of internal pipes for which MPC had no access to they used reference photos sourced from the internet and the live action set to construct CG sections to join the multiple environments. Particle collisions and antimatter FX were provided FX animators Mathieu Chardonnet and Xavier Lestourneaud and all layers were composited by Scott Taylor.

Κατά τα λοιπά η ταινία είναι το αντίστοιχο του Χάρρυ Πόττερ για θρησκόληπτους συνταξιούχους με μεταφυσικές ανησυχίες που πρόκειται να ταξιδέψουν σύντομα στη Ρώμη.

Το CERN πάντως ασχολήθηκε αρκετά με το πρότζεκτ ωστε να έχει και σελίδα με σχετικές ερωτήσεις και απαντήσεις (οι απαντήσεις είναι α)όχι δεν είναι δυνατόν να φτιάξουν δυο γραμμάρια αντιύλης σε μπουκαλάκι και β)όχι, η αντιύλη δεν πρόκειται να λύσει το ενεργειακό μας πρόβλημα).

Ο Μεγάλος (Large) Αδρονικός (Hadron) Επιταχυντής (Collider *) κοιμάται. Μετά την πολύβουη τελετή έναρξης και το σοβαρό ατύχημα που ακολούθησε το Σεπτέμβρη, ο ισχυρότερος επιταχυντής στην Ιστορία βρίσκεται σε κατάσταση ύπνωσης όσο οι επιχειρήσεις επισκευής και συντήρησης εξελίσσονται στο εσωτερικό του. Την περασμένη εβδομάδα, για παράδειγμα, ολοκληρώθηκαν οι εργασίες επισκευής της διασωλήνωσης της κρυογενικής εγκατάστασης στον τομέα 3-4 (ο επιταχυντής είναι χωρισμένος σε 8 τομείς, o 3-4 είναι ο τομέας με το ατύχημα) και σήμερα αντικαταστάθηκε ένας ακόμα μαγνήτης που βρέθηκε να είναι προβληματικός στον τομέα 6-7. Το επίσημο πρόγραμμα πλέον μιλάει για έναρξη λειτουργίας το Σεπτέμβρη με δέσμες πρωτονίων στην “μεταβατική” αλλά ασφαλέστερη ενέργεια των 5TeV (αντί για 7 που είναι ο συντεταγμένος στόχος) τουλάχιστον μέρχι το νέο έτος.

Η σύγχρονη φυσική μπορεί κανείς να ισχυριστεί οτι ξεκινάει με την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον J.J. Thompson στα τέλη του 19ου αιώνα. Από εκείνη την πρώτη ματιά της ανθρωπότητας στον στοιχειώδη μικρόσκοσμο μέχρι σήμερα η σύχρονη σκέψη έχει διανύσει αχανείς εκτάσεις στο ασύλληπτα μικροσκοπικό, έχει ανακαλύψει τη δομή του ατόμου (θέτοντας τις βάσεις μιας από πρώτες αρχές θεμελίωσης της Χημείας), τη δομή του πυρήνα, την δομή του πρωτονίου και του νετρονίου μέσα στον πυρήνα, έχει ανακαλύψει μια σειρά από στοιχειώδη και σύνθετα σωμάτια που δεν απαντώνται στην καθημερινή ζωή κλπ. κλπ. Κι όλα αυτά σε μια κλίμακα όπου η έννοια “σωματίδιο” και μαζί της κάθε προσπάθεια οντολογικής περιγραφής του κόσμου συναντούν τα όριά τους. Όμως η Φυσική έχει τη δυνατότητα να αδιαφορεί επιδεικτικά εμπρός στα αδύνατα της οντολογίας, ακριβώς επειδή ως κανονιστικό εργαλείο της έχει το πείραμα. Και μια σειρά από κεντρικής σημασίας πειράματα σκέδασης/κρούσης είναι που έφεραν τη θεωρητική μας γνώση γύρω από το μικρόκοσμο στο σημείο που είναι σήμερα.

Η πρακτική του να συγκρούει κανείς σωματίδια με όσο γίνεται μεγαλύτερη ορμή και να παρατηρεί τα θραύσματα που προκύπτουν για να βγάλει συμπεράσματα για τη φύση των συγκροόμενων σωματιδίων είναι μια παράδοση που ξεκινάει από τον Rutherford (τον… πρώτο επιτυχημένο Αλχημιστή, όπως τον παρουσιάζει χαριτολογώντας ένας βιογράφος του) και την ανακάλυψη της δομής του ατόμου. Από τότε μέχρι σήμερα μια σειρά από ολοένα και πιο μεγάλες, ολοένα και πιο ισχυρές, ολοένα και πιο σύνθετες μηχανές που επιταχύνουν σωματίδια έχει καθοδηγήσει τη φαντασία μας με αδιάσειστα πειστήρια για το πώς πραγματικά λειτουργεί ο μικρόκοσμος. Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής είναι το πιο σύγχρονο και το πιο ισχυρό παράδειγμα μιας τέτοιας μηχανής. Επιπλέον έρχεται σε μια ξεχωριστή στιγμή στην ιστορία της φυσικής καθώς είναι σχεδιασμένος να ανακαλύψει όχι μόνο το τελευταίο εναπομείναν κομμάτι (το σωματίδιο Higgs) του πιο πλήρους μοντέλου που είχαμε ποτέ (Standard Model) για την περιγραφή του κόσμου αλλά και τα ίχνη ολόκληρων κλάσεων νέων σωματιδίων, τα ίχνη νέων θεωριών (υπερσυμμετρία, έξτρα διαστάσεις, τεχνικόλορ; ) που έχουμε καλούς λόγους να πιστεύουμε οτι θα εμφανιστούν μέσα στην ενεργειακή κλίμακα που σαρώνει ο LHC.

Με άλλα λόγια, δεν πρόκειται απλώς για ένα πείραμα που θα βελτιώσει την ακρίβεια της περιγραφής μας ή θα επιβεβαιώσει μια από καιρό δεδομένη εικασία. Πρόκειται για ένα πείραμα που θα αποφασίσει καθοριστικά την πορεία της έρευνας στη θεωρητική φυσική τον εικοστό πρώτο αιώνα. Αν πετύχει. Αν αποτύχει (μ’αυτό εννοώ να μην πιάσει τους διακηρυγμένους στόχους τόσο στην ενέργεια όσο και στην “φωτεινότητα” – ένταση – των δεσμών πρωτονίων που συγκρούονται και ως συνέπεια αυτού να μην μπορέσει να πραγματοποιήσει τις ανακαλύψεις που περιμένουμε) η κοινότητα της φυσικής σωματιδίων θα χρειαστεί να καταβάλλει μεγάλη προσπάθεια για να πείσει την κοινωνία (και τις πολιτικές ηγεσίες) οτι ένας πιο ισχυρός (γραμμικός; ) επιταχυντής αξίζει να χρηματοδοτηθεί!

* να σημειωθεί οτι ο ελληνικός όρος εστιάζει στην επιτάχυνση, αντί για την σύκρουση, μάλλον διότι ένας μεγάλος αδρονικός συγκρουστής ακόυγεται κάπως κακόηχα. Ο Μεγάλος Αδρονοκρούστης όμως;

Η “Ελληνική ομάδα εκλαϊκευσης σωματιδιακής φυσικής” είναι παρακλάδι της αντίστοιχης ομάδας του CERN και έχει ως στόχο να διαδώσει στο ευρύ κοινό τα θεωρητικά και πειραματικά επιτεύγματα στο χώρο της σωματιδιακής φυσικής. Εκτός από μεταφράσεις δημοφιλών φυλλαδίων και πόστερ του CERN για το LHC (σημαντική δουλειά από μόνη της), η ομάδα

1. φαίνεται να μεταφράζει συστηματικά τις επίσημες ανακοινώσεις του LHC
2. διοργανώνει masterclasses όπου μαθητές των τελευταίων τάξεων του Λυκείου παρακολουθούν εκλαϊκευτικές διαλέξεις από σχετικούς πανεπιστημιακούς και έχουν την ευκαιρία να παίξουν με πραγματικά πειραματικά δεδομένα. Παίζει και μια ημέρα για καθηγητές λυκείου!
3. “Μέλη της Ελληνικής Ομάδας Εκλαΐκευσης δίνουν σεμινάρια-διαλέξεις σε μαθητές Λυκείων και Γυμνασίων, επιμορφωτικά σεμινάρια σε καθηγητές Μέσης Εκπαίδευσης καθώς και παρουσιάσεις σε ευρύ κοινό.” Η ομιλία φαίνεται να είναι στανταρισμένη και με σχετικό βίντεο.
4. Η ομάδα φαίνεται να προσπαθεί να μεταφράσει και τα συνήθως πολύ καλά “explain it in 60 seconds” άρθρα του symmetry magazine (joint fermilab/slac publication), ξεκινώντας από αυτά τα δύο εδώ.

Σε γενικές γραμμές φαίνεται να είναι μια κατ’αρχάς συνεπή προσπάθεια με καλές επιλογές περιεχομένου, παρά τον τραγικά web -1 ιστότοπο (που μπορεί όμως να βελτιωθεί εύκολα) ο οποίος κάνει την περιήγηση λίγο στριφνή*. Ελπίζω η προσπάθεια να συνεχιστεί και να βρεί ανταπόκριση κυρίως όσον αφορά τα σχολεία και τις μαθητικές εκδηλώσεις. Όσοι καθηγητές λυκείων ενδιαφέρεστε να τους φέρετε για παρουσίαση, επικοινωνήστε μαζί τους (στοιχεία στο τέλος αυτής της σελίδας).

*Επίσης να γκρινιάξω για τις μεταφράσεις των δύο άρθρων του symmetry magazine όπου υπάρχουν προτάσεις που έτσι όπως είναι μεταφρασμένες δε βγάζουν νόημα.