Naukowcy chcą tworzyć ciemną materię. Za 16 miliardów euro. Techniczne zielone światło

Energii w fizyce nigdy za mało. Naukowcy wykorzystują ją, by tworzyć w zderzeniach cząstek te niewystępujące w codziennym otoczeniu. Ich zachowanie pozwala lepiej zrozumieć zasady rządzące materią, weryfikować teorie istniejące wcześniej tylko na papierze. Innowacje wymagane przy budowie tak zwanych akceleratorów cząstek, inicjują powstawanie technologii materiałowych i komputerowych. Te potem migrują do codziennego świata, w tym medycyny. Jednym z najważniejszych miejsc, w których dochodzi do naukowych przełomów w fizyce wysokich energii jest CERN, czyli Europejskie Centrum Badań Jądrowych. To tam pracował Sławosz Uznański, który teraz szykuje się do lotu w kosmos.

Pierwszy akcelerator w CERN, zwany synchrocykltotronem, uruchomiono w 1957 r. dokładnie tym samym, w którym Rosjanie umieścili na orbicie pierwszego satelitę. Potem pojawiały się kolejne coraz potężniejsze urządzenia dobudowywane do tych już istniejących. Od 2008 r. w kolistym tunelu od długości 27 km na granicy Szwajcarii i Francji działa LHC, czyli Wielki Zderzacz Hadronów. Hadron to ogólne określenie dla takich cząstek jak protony, neutrony, ale także mezony, które zbudowane są z kwarków.

Potencjał LHC osiągnął granice i konieczny jest jeszcze potężniejszy instrument, by szukać odpowiedzi na kolejne pytania. W tym rozwijać wiedzę na temat bozonu Higgsa (decyduje o istnieniu masy, odkryty w 2012 r.), antymaterii i umykającej wykryciu ciemnej materii. Potrzebne fizykom urządzenie nazwano FCC, czyli Future Circular Collider (Kołowy Zderzacz Przyszłości). By je zbudować konieczne jest wydrążenie jeszcze większego pierścienia niż przy LHC, bo o długości 91 km (średnica 29 km). Dla porównania, kolejowy Tunel bazowy Świętego Gotarda pod Alpami Szwajcarskimi ma 57 km długości. CERN zakończył pierwszy bardzo ważny etap przygotowań - analizę technicznych możliwości budowy takiego instrumentu. I pod tym względem mamy zielone światło.

Tunel FCC przebiegać ma na głębokości około 200 metrów pod powierzchnią Ziemi, częściowo pod jeziorem Genewskim. Sam tunel FCC to jeden z elementów, konieczna będzie także budowa detektorów, które mają rozmiar porównywalny z 10 piętrowym blokiem mieszkalnym. Energie uzyskiwane docelowo w FCC osiągną poziom 100 teraelektronowoltów (100 TeV), czyli 10 razy więkcej niż w obecnym LHC. Dostęp do wnętrza FCC będzie możliwy z ośmiu naziemnych punktów - jednego w Szwajcarii i siedmiu w Francji.

By nadać cząstkom wysoką energię należy je rozpędzić do prędkości bliskich prędkości światła, a potem, by zwiększyć energię zderzyć dwie przeciwbieżne wiązki - stąd nazwa zderzacz. Szczęśliwie mamy do czynienia z materią obdarzoną ładunkiem, dzięki czemu można ją przyśpieszać polem elektrycznym, a tor jej ruchu kształtować polem magnetycznym. Jednakże i tak, by osiągnąć potrzebne energie konieczny jest tunel o ogromnej długości. W kołowej konstrukcji cząstki mogą wielokrotnie wykonywać obieg, co zmniejsza potrzebny rozmiar obiektu i koszty budowy. Cząstki pozbawione ładunku mogą być z kolei generowane w zderzeniach tych naładowanych z tarczami wykonanymi np. z ołowiu lub berylu.

Jednakże budowa tak dużego instrumentu (Międzynarodowa Stacja Kosmiczna to przy nim zabawka) to ogromny koszt. Szacowany obecnie na około 16 miliardów euro (66 miliardów złotych). Choć to i tak mniej niż kwota składająca się np. na polski KPO (około 60 miliardów euro), to kwota, na której niełatwo przekonać inwestorów. Dlatego teraz, gdy wiemy, że budowa jest możliwa technicznie, konieczne są dalsze etapy oceny opłacalności inwestycji. Pełne zielone światło spodziewane jest około 2028 r. Budowa rozpoczęłaby się w 2030 r. i potrwała około 12 lat. Potem nastąpiłyby dwie fazy badań, ciągnące się nawet do końca XXI w.