Петар Аџић: Решићемо многе мистерије универзума

Рекао је то у интервјуу за "Глас Српске" руководилац групе српских физичара на експерименту CMS у Европској организацији за нуклеарна истраживања (CERN) Петар Аџић.

У CERN-у је послије вишедеценијских истраживања и експеримената детектована нова субатомска честица за коју се вјерује да је досад неухватљива "Божја честица", а у том сензационалном научном подухвату учествовали су и српски научници. Честица је, наиме, "оставила потпис" у два детектора великог хадронског колајдера - ATLAS и CMS, а у тимовима који раде на та два детектора су и научници из Србије.

- Чак и ако се не ради о Хигс бозону, биће то од огромног значаја за физику, јер би онда значило да на најфундаменталнијем нивоу природа другачије функционише него што смо до сада веровали, тако да бисмо морали да мењамо физику која се односи на наше схватање природе у том сегменту - додао је Аџић.

* ГЛАС: Научници CERN-а саопштили су да су открили нову субатомску честицу која би могла бити Хигсов бозон, који због улоге у стварању универзума називају и "Божјом честицом". Када се очекује дефинитивна потврда?

АЏИЋ: Дефинитивна одлука о новој регистрованој честици очекује се до краја ове године. Кад сакупимо још експерименталних података, а верује се да ће их бити два пута или чак три пута више до децембра 2012. године, вероватно ћемо моћи више да кажемо о природи нове честице, која по досадашњим уоченим карактеристикама одговара Хигс бозону према предвиђањима најпрецизније теорије у физици, Стандардног модела.

* ГЛАС: Директор CERN-а Ролф Хојер рекао је да може да каже да је откривен бозон и да сада мора да се открије о којој врсти бозона је ријеч, док је портпарол CMS експеримента Џо Инкандела истакао да има веома чврсте основе да је ријеч о "Божјој честици". Какво је Ваше мишљење?

АЏИЋ: Вероватно је у медијима направљена омашка, јер није могло да буде разлике у коментарима Хојера и представника два главна експеримента на Великом хадронском сударачу - LHC: CMS и ATLAS. Између њих је постојала перманентна комуникација, а званично саопштење је договорено прво између свих нас који учествујемо у експериментима, а онда са директором Хојером, да би коначно било објављено званично 4. јула. На пример, званично саопштење експеримента CMS ми смо комплетирали рано ујутро 4. јула, око један сат. До тада смо вршили корекције у тексту, али договор да се јасно саопшти како смо "регистровали честицу која је компатибилна са Хигс бозоном према предвиђањима Стандардног модела" није мењан. С обзиром на то да сам имао слајдове саопштења Инканделе до последњег тренутка, јер смо сви учествовали у њиховом формирању, знам шта је он званично могао да каже: "за сада, знамо да се ради о бозону" који вероватно има спин 0, што је такође својство Хигс бозона. Моје мишљење се не разликује од овог званичног, а до краја године ћемо знати да ли је и дефинитивно у питању Хигс бозон. За то постоје заиста реални изгледи, јер су све анализе урађене као да је Хигс бозон у питању.

* ГЛАС: Зашто научници дуже од четири деценије прогањају "Божју честицу"? Колики је значај овог открића и какве би оно посљедице могло да има?

АЏИЋ: То би у сваком случају било откриће од историјског значаја. Чак и ако се не ради о Хигс бозону, биће то од огромног значаја за физику, јер би онда значило да на најфундаменталнијем нивоу природа другачије функционише него што смо до сада веровали, тако да бисмо морали да мењамо физику која се односи на наше схватање природе у том сегменту. Хигс бозон није регистрован до данас углавном из два разлога: прво, до сада нам нису биле доступне довољно високе енергије које данас обезбеђује LHC у CERN-у, а онда и два детектора последње генерације за чију изградњу су коришћене врхунске технологије, први пут омогућавају овако висок квалитет истраживања неопходан за експерименте ове врсте. Не смемо да заборавимо да се процењује да би се Хигс бозон на LHC-у креирао са вероватноћом од један према милијарду догађаја (приближно један догађај дневно), што захтева изузетно осетљив детекторски систем и осетљиве методе анализе.

* ГЛАС: Које су практичне користи од ових експеримената? Колико ће овакво откриће да утиче на живот "обичних" људи?

АЏИЋ: Није лако да се објасни једноставним речником какав би значај регистровање Хигс бозона имало за друге науке или како би утицало генерално на наш живот. Искуство нас учи да је у историји свако велико откриће имало увек велики утицај на друштво у целини, јер су се касније налазиле ефикасне примене у индустрији, медицини, али и другим областима науке. У овом тренутку још није могуће да се предвиди шта би се десило после евентуалног открића Хигс бозона. Оно што је сигурно везано за оваква изузетна открића, јесте позната чињеница да изградња акцелераторских постројења и сложених детекторских система које диктирају високи истраживачки захтеви физичара, директно утиче на развој и освајање врхунских, најчешће најновијих технологија у скоро свим гранама инжењерства. Данас имамо велики број примера да су освојене технологије при градњи детектора у физици високих енергија скоро незаменљиве у индустрији, медицини, као и у многим другим областима науке.

* ГЛАС: Физичари сматрају да је "Божја честица" кључ за откривање свемира, да њено постојање отвара пут ка бољем разумијевању принципа "великог праска" и настанка универзума, па чак и живота. Шта је заправо Хигсов бозон?

АЏИЋ: Овакво откриће за физику је сигурно од фундаменталног значаја. Треба одмах рећи да су до сада све честице које предвиђа Стандардни модел регистроване, осим Хигс бозона. Често кажем да ми данас у ствари покушавамо да наставимо изучавања започета у 17. веку од стране Њутна када је гравитацију, чији је главни елемент маса, у макроскопским условима и за оно време, скоро довео до савршенства, а онда наставио Ајнштајн у првим деценијама 20. века кроз своју релативистичку теорију. Међутим, ми још увек не познајемо природу масе и не знамо њено порекло, јер нам ни једна од ове две изузетне теорије не даје одговор на то питање. Посебно је за нас физичаре велика мистерија зашто неке честице имају малу, неке врло велику масу, а неке честице уопште не поседују масу. Према Стандардном моделу, силе, односно интеракције, како их називамо у физици честица, дејствују посредством честица медијатора (бозона). Ти бозони су у основи кванти физичког поља и преносе интеракцију на исти начин као фотони који су основне честице електромагнетског поља. То је нама већ добро познато као електромагнетска интеракција или електромагнетска сила. Постоји претпоставка да смо свуда у природи окружени једним комплексним скаларним (Хигс) пољем које, нама непознатим начином, "додељује" честицама масу. Математичка формулација овог поља унутар Стандардног модела је успешно комплетирана (у последњих 30 година пет или шест Нобелових награда из физике је везано за ову тематику), али не разумемо његово физичко деловање, посебно динамику његовог механизма. Ако такво поље постоји, основни корак би био да се региструје његов квант, Хигс бозон, за који се верује да би могао да буде кључ у разумевању механизма креирања маса, како елементарним честицама, тако и целокупној материји у природи. Регистровањем Хигс бозона потврдило би се постојање Хигс поља, као и валидност целе ове сложене теорије, али би сигурно предстојао и даље врло дуг пут до потпуног разумевања динамике дејства Хигс механизма, као и до разрешења мистерије зашто неким честицама он додељује масу, а некима не. Можда ће се створити услови и за боље разумевање порекла асиметричне дистрибуције масе у универзуму, за одсуство антиматерије, као и за евентуално разумевање разлога због којих је видљиво само четири одсто материје у природи. Како је LHC дизајниран као машина за открића, надамо се да би потврда регистровања Хигс бозона представљала само једно из серије могућих открића у нашим планираним и сложеним експериментима у CERN-у.

* ГЛАС: На овом се открићу радило пола вијека. Како је дошло до открића Хигс бозона на оба детектора у CERN-у, шта се десило у тренутку откривања нове честице? Како је она заправо "ухваћена"? Колико је било (не)очекивано што се догодило баш у овом тренутку?

АЏИЋ: Добро је познато да су оба експеримента 11. децембра прошле године на основу прикупљених података у 2011. години искључила могућност постојања Хигс бозона са нивоом поверења од 95 одсто у широком масеном интервалу 115-600 GeV, осим у узаном интервалу 120-130 GeV. Тачније, ми смо у експерименту CMS, на основу до тада сакупљених података, искључили постојање Хигс бозона у интервалу: 110-121.5 GeV и 127-600 GeV са нивоом поверења од 95 одсто, а остављена је могућност да би Хигс бозон, ако постоји, могао да буде регистрован једино у интервалу 121.5-127 GeV. То је зато што је баш у том уском интервалу примећен повишен број догађаја. Међутим, статистички значај ових догађаја је био такав (мање од три сигма) да није дозвољавао јаснију дистинкцију у односу на флуктуације унутар фонских догађаја. Тада смо тврдили да ће са подацима до краја 2012. године ситуација бити јаснија и да ћемо вероватно моћи дефинитивно да утврдимо да ли Хигс бозон према предвиђањима Стандардног модела уопште постоји или не. За разлику од 2000. године када није дозвољено да се настави са експериментима на Великом сударачу електрона и позитрона LEP, по мојој личној оцени, руководство CERN-а и експерти LHC-а донели су изванредну, можда и историјску одлуку: да се повећа енергија судара за 1000 GeV или 1 TeV (односно 0.5 TeV по снопу протона), тако да укупна енергија судара сада износи 8 TeV и да се побољша интензитет снопова протона. И један и други параметар помогли су да се као прво, већ у јуну 2012. сакупи количина података планирана за целу 2012. годину, а онда и да се повећа вероватноћа продукције Хигс бозона. Оваквом невероватном оперисању LHC-а придружила су се и два импресивна детектора: CMS и ATLAS, који су са ефикасношћу од скоро 94 одсто обрадили ту огромну количину података. Подаци су анализирани за различите канале распада Хигс бозона према предвиђањима Стандардног модела и њима су додати подаци сакупљени из 2011. године. Оба детектора су већ крајем јуна регистровала вишак догађаја у околини масе 125-126 GeV, дакле тачно у интервалу где је постојао наговештај крајем 2011. године. Експеримент CMS је своју изванредну и детаљну анализу спровео на укупно пет канала распада, а код четири је регистрован конзистентан вишак догађаја на око 125 GeV. Два канала распада Хигс бозона: на два фотона (Хàγγ) и четири лептона (Хà4l) су истовремено најосетљивија и кад се комбинују дају масу регистроване честице од (125.3 ± 0.4) GeV са статистичким значајем врло близу "5-сигма". Да појасним, параметар сигма приближно сматрамо ширином линије на њеној половини висине, па тако интензитет линије од "3-сигма" третирамо као индикацију (или опсервацију догађаја), док се открићем сматра сигнал линије чији интензитет (односно, статистички значај) има минималну вредност од "5-сигма". Како до краја године очекујемо бар двоструко већу количину догађаја него до сада, онда је јасно зашто сматрамо наш оптимизам реалним.

* ГЛАС: Шта је била прва реакција научника? Како сте Ви реаговали?

АЏИЋ: Први прелиминарни резултати анализе у другој половини јуна 2012. били су ипак неочекивани и сасвим је разумљиво што су изазвали неописиво одушевљење, јер смо сви знали да се вероватно ради о открићу. Ја сам лично следио упутства наше колаборације CMS и својим сарадницима пренео инструкције руководства експеримента CMS како да се понашамо у складу са договорима кад се ради о открићу. То је посебан режим рада и комуникације кад се размена информација због великог значаја, али и могуће злоупотребе у медијима, своди само између националних истраживачких тимова и блиских сарадника, док су сви наши интерни састанци затворени за јавност. Исте поступке примениле су и колеге са експеримента ATLAS. То све није баш лако да се до краја спроведе, а обавезни смо били да то чинимо све до 4. јула 2012. у девет часова, кад су два експеримента и званично објавила своје резултате. Ми из српског тима на експерименту CMS смо посебно били поносни, јер су наша два физичара, два млада доктора из Института "Винча", Предраг Миленовић и Владимир Рековић, директно учествовали у анализи ових података и значајно допринели коначном успеху.

* ГЛАС: На овом пројекту радило је 15 људи из Србије. Каква је била њихова улога?

АЏИЋ: Када се ради о физици честица, само на два експеримента ATLAS и CMS, тренутно је ангажовано укупно око 20 физичара и специјалиста из Србије. Сваки успешан резултат у оваквим експериментима је део колективног рада и према правилима колаборације те успехе делимо, јер свако има прецизно дефинисан свој део одговорности који потиче још из периода изградње детектора и припреме експеримента. Већ сам рекао да су двојица сарадника који припадају нашем CMS тиму, а који иначе чине физичари и специјалисти са Физичког факултета и ИНН "Винча", директно учествовала у последњој анализи података везаној за Хигс бозон. На експерименту ATLAS ангажоване су колеге из Института за физику (њима је придодато неколико сарадника из ИНН "Винча").

* ГЛАС: Да ли има било каквих опасности од ових експеримената?

АЏИЋ: Не, апсолутно нема никаквих опасности од ових експеримената. Слични експерименти се обављају већ деценијама у многим крајевима света и то је најбољи доказ да нема разлога за било какав страх. Те приче о наводним ризицима су се појавиле још раније у медијима после неких неодговорних изјава појединаца чији циљ сигурно није имао научну позадину, тако да и данас све то тешко демантујемо. Уосталом, зар бисмо имали више од 10.000 људи у току летњег периода, међу којима је више од 2.500 студената из целог света, ангажованих на свим експериментима у CERN-у?

* ГЛАС: Нова честица ухваћена је у два детектора на великом сударачу честица који се налази у кружном тунелу испод Женеве. Како ради Велики сударач хадрона, а како детектори CMS и ATLAS? Шта су они заправо?

АЏИЋ: Велики хадронски сударач LHC у CERN-у који успешно функционише већ две године, у сударима два снопа протона обезбедио је до сада велику количину квалитетних података за свих шест експеримената. Снопови се сударају на четири места дуж прстена LHC-а који има обим 27 км и налази се под земљом на просечној дубини од 100 м, а око тих места судара конституисана су четири огромна детектора по којима експерименти носе имена. Очи светске јавности, не само научне, упрте су углавном на два највећа експеримента: CMS и ATLAS. Ова два експеримента, који окупљају две велике међународне колаборације, представљају иначе два најзначајнија истраживачка подухвата у физици честица до сада. Детектори CMS и ATLAS, око којих су окупљене истоимене велике међународне колаборације, вишеслојни су детектори форме цилиндра чије димензије достижу димензије петоспратних зграда. Сваки детекторски слој има специфичну функцију и намењен је регистровању одређене врсте честица. У центру ових детектора сударају се снопови протона (или тешких јона) који се убрзавају у LHC-у. Ови детектори су дизајнирани тако да регистрацијом и идентификацијом познатих честица: миона, електрона и фотона, као и евентуално нових честица у широком енергетском опсегу и при високим вредностима луминозности, омогуће прецизно мерење њихових енергија, порекла и позиције распада. На основу утврђивања порекла познатих честица и мерењем њихових карактеристика, утврђујемо постојање евентуално нових честица.

* ГЛАС: Какве још експерименте научници тренутно изводе у CERN-у?

АЏИЋ: Најзначајнији део CERN-а чини акцелераторски комплекс који се састоји из неколико акцелератора. Овај ланац се завршава Великим хадронским сударачем - LHC. На сваком од акцелератора овог ланца независно се обављају експерименти из области физике честица, физике тешких јона, нуклеарне физике, али и из других научних дисциплина. Већ сада су у току припреме за будућу реконструкцију LHC-а и свих његових детектора, тако да се предвиђа да би експлоатација LHC-а могла да се продужи бар за још следећих 20 година. Постоји доста врхунских пројеката у CERN-у, али тренутно је LHC у највећем фокусу. Поред Хигс бозона, од LHC-а се очекује да омогући одговор на питање поријекла асиметрије материје и антиматерије у универзуму, да бар омогући боље разумијевање тамне материје и тамне енергије, јер оне чине скоро 96 одсто невидљиве материје у универзуму. На пример, регистровање једне од честица тамне материје било би велико достигнуће, али вероватно и потврда да проширење Стандардног модела које нуди теорија Суперсиметрије има основа. Верује се да је суперсиметрична честица неутралино најозбиљнији кандидат за честицу тамне материје. Недавни резултати у експериментима са тешким јонима олова довели су до величанственог открића: потврде постојања кварк-глуонске плазме, стања материје које је, верује се, постојало у најранијем стадијуму развитка универзума. Ово откриће је већ било наговештено раније у експериментима на акцелераторском комплексу у Брукхевену (САД). У CERN-у доста пажње привлаче два експерименте везана за испитивање осцилација неутрина и антиматерије. Регистровањем осцилација неутрина, тј. трансформације једне врсте неутрина у другу, показано је да ова честица ипак посједује коначну масу, ма како занемарљиво малу, што значи да би према релативистичкој теорији неутрини морали да се крећу брзином која није потпуно једнака брзини светлости. До сада је сматрано да се неутрини крећу брзином светлости, што је имплицирало да се ради о честици са масом нула. Доста буре у медијима подигли су недавни резултати који су наговештавали да би неутрино могао да се креће брзином већом од брзине светлости, али се касније испоставило да нису сви ефекти при обради резултата урачунати. Истраживачи који су презентовали ове резултате никад нису саопштили да су дошли до открића. Напротив, они су тражили помоћ у анализи и у налажењу могуће грешке. Међутим, медији и данас спекулишу овим резултатима, а само мени је то питање постављено увек кад је било прилике за коментар. Експерименти у којима је први пут креиран анти-атом водоника такође потврђују свестрану истраживачку активност, али и доминантну позицију CERN-а као врхунске научне институције у свету.

* ГЛАС: На којим све експериментима раде српски научници? Рекли сте једном приликом да је њихов највећи проблем мањак финансија. Каква је тренутно ситуација?

АЏИЋ: Поред експеримената уз физике честица, српски истраживачи су ангажовани и у експериментима из нуклеарне физике - експеримент ISOLDE (Универзитет у Новом Саду) и на пројекту напредних компјутерских мрежа GRID (Институт за физику у Земуну). Већ има интереса и нових ангажмана српских истраживачких тимова на другим пројектима у CERN-у. Што се тиче финансирања српских истраживача у CERN-у, оно је свакако најнепријатнији детаљ у целој овој причи. Србија редовно плаћа обавезе према буџету за два експеримента на LHC-у према Уговору који је потписала са CERN-ом 2005. године, као и све остале државе које имају истраживаче на пројектима на LHC-у. Али онај неопходан део који иначе добијају све наше колеге из других држава, а који подразумева покривање трошкова нашег истраживачког рада и боравака у CERN-у, никад није финансиран. Поред неизбежних трошкова истраживања, познато је да сваки истраживачки тим има прецизно дефинисане истраживачке обавезе као део заједничких истраживачких задатака у току године у оквиру датог експеримента на LHC-у. Те обавезе морају да се испуне. Иако је то било недовољно, ми смо до сада успевали да те обавезе испуњавамо захваљујући делу финансирања из буџета CERN-а, из фондова државе Швајцарске, као и на основу билатералних споразума са колегама из партнерских истраживачких тимова унутар нашег експеримента CMS. Сви ти фондови су већ исцрпљени и ако се хитно не нађе решење бар за минимално покривање трошкова нашег истраживања, постоји реална опасност да се наша истраживања у CERN-у потпуно угасе или да се наставе под окриљем неког истраживачког тима из друге државе која би онда покривала те наше трошкове. То би заиста било поражавајуће за Србију, која је ове године постала део CERN-ове фамилије. Морам да споменем и непријатну чињеницу да су се српски медији сетили да српски истраживачи постоје тек кад су експерименти на LHC-у доспели у жижу јавности, иако ми као српски истраживачки тимови учествујемо доста дуго на пројектима у CERN-у. Ово се односи посебно на истраживаче ангажоване на експериментима CMS и ATLAS, али би могло да се каже да важи и за остале српске истраживаче који раде на другим пројектима у CERN-у. На пример, истраживачки тим који ја водим на експерименту CMS, активан је од 1997. године, дакле тачно 15 година и до сада, осим прошле и ове године кад су нам додељене неке симболичне суме кроз материјалне трошкове, никад нисмо добили ниједан динар од наше државе за покривање трошкова истраживања у CERN-у. По овом проблему мислим да смо изузетак у CERN-у, јер се стално налазимо у неравноправном положају у односу на остале наше колеге из других држава.

Научници

* ГЛАС: Колико је укупно научника учествовало у овом пројекту?

АЏИЋ: У експерименту CMS учествује укупно око 3.600 физичара, инжењера и осталих специјалиста. Сличан број људи налази се и у експерименту ATLAS. Верује се да је то више од 50 одсто истраживача у свету у области физике високих енергија. Разумљиво, ограничен број истраживачких тимова имао је задатак да прати анализу везану за Хигс бозон, док су остали посвећени другим истраживачким задацима, јер иако регистровање Хигс бозона има приоритет, то није и једини истраживачки задатак експеримената CMS и ATLAS, као ни једини истраживачки циљ у физици честица. У експерименту CMS координираном Хигс анализом бави се неколико истраживачких тимова, а по мојој процени укупан број износи неколико десетина. Верујем да се ради о сличном броју истраживача и у експерименту ATLAS. Наравно, њихов рад се онда пребацује на више нивое и коначну оцену доносе руководиоци тимова, као и руководство експеримента CMS.

Значај

* ГЛАС: Колико је учешће српских научника на тако важном открићу значајно за научне институције у Србији?

АЏИЋ: Сматрам да је рад у оваквим експериментима врло значајан. Као прво, ти млади људи раде у средини која је заиста број један у свету. Друже се и сарађују са својим вршњацима из готово свих држава света. Затим, они остају везани (запослењем) за своје матичне институције и немају потребе да трајно напуштају државу, чиме се бар у извесној мери ублажава одлив младих људи из Србије. Своје драгоцено искуство стечено у раду с најбољима у тој области преносе у домаће институције, а одбранама квалитетних докторских дисертација у нашој држави сигурно подижемо и углед наших универзитета.

Боравак свима нама у CERN-у, без разлике да ли се ради о физици, инжењерству или другим областима, омогућује да стално унапређујемо своје знање и искуство, што би требало такође да осете студенти којима држимо предавања на одговарајућим факултетима. Није без значаја и чињеница што се многим индустријским фирмама учествовањем у оваквим врхунским научно-технолошким пројектима отварају могућности за развој, а онда и пренос врхунских технологија у наше средине, чије примене иначе карактеришу скоро све амбициозне пројекте у CERN-у.

Пратите нас на нашој Фејсбук и Инстаграм страници и Твитер налогу.