Testfasilitetene for Cerns nye Clic-akselerator. Utredningen er ledet av norske Steinar Stamnes. (Bilde: Cern)

CERN CLIC

Dette blir fysikkens nye megamaskin

Nordmannen Steinar Stapnes, professor i fysikk ved UiO, leder nå arbeidet med å utrede den neste gigantmaskinen som skal gi oss enda dypere innsikt i fysikkens mysterier.

Skal vi utvide kunnskapen vår, holder ikke dagens enorme akseleratorring, LHC (Large Hadron Collider) ved Cern – Den europeiske organisasjon for partikkelfysikk.

LHC ble satt i drift i november 2009. Selv om starten da var utsatt ett år på grunn av en feil, har LHC nådd et av de viktigste målene forskerne hadde satt seg:

Den har ugjendrivelig bevist eksistensen av den viktige Higgs-partikkelen, 48 år etter at teorien om dens eksistens ble fremsatt, og som teoretikerne fra den gang er tildelt årets nobelpris i fysikk.

Les også: Vil lage hjernens CERN

Kollisjonsfoto

LHC er basert på å kollidere protoner som er gitt en hastighet tett opptil lyshastigheten, og som dermed kan produsere tyngre partikler.

I disse kollisjonene skapes en skur av andre partikler, noen ganger via sjeldne, nye partikler, som for eksempel Higgs-partikkelen som lever et kort øyeblikk.

Det er sporene etter alle disse skurpartiklene som fanges opp og analyseres i de enorme detektorene. Atlas-detektoren alene er på 7000 tonn og er i praksis verdens største digitalkamera, sammen med CMS-detektoren på andre siden av ringen.

Les også: Fysikere tror universet vil gå ut på dato

For mye støy

Problemet til LHC er at det kreves enorme magnetfelt for å holde partiklene i den 27 km lange akseleratorringen.

De snurrer 11.000 ganger rundt per sekund, og må hele tiden avbøyes og fokuseres for å holde kursen. Det å kollidere protoner er heller ikke optimalt når man leter etter nye partikler.

Årsaken er bakgrunnsreaksjoner som har mye høyere sannsynlighet for å forekomme enn for eksempel Higgs-reaksjoner.

– Vi trenger en helt ny maskin for å nå videre i partikkelfysikken, slik som mysteriene rundt supersymmetri og mørk materie. Selv om LHC nå er under oppgradering til et nytt energinivå, er det trolig ikke nok i det lange løp. Vi må kollidere partikler som gir oss mer direkte resultater uten så mye bakgrunnsstøy. Derfor ser vi på en lineærakselerator som vil kollidere elektroner og positroner, sier Stapnes.

Les også: Norsk thorium kan inneholde 120 ganger mer energi enn all olje og gass på norsk sokkel

Lang: Clic vil strekke seg opp mot 50 km langs Jurafjellene ved Cern utenfor Geneve. Akseleratoren vil ligge 100–150 m under bakken. CERN - Daniel Dominguez

Lang tunnel

Det er ikke småtterier Stapnes og forskerne som arbeider med Clic – Compact linear collider – nå planlegger. Den skal akselerere partikler som er veldig mye lettere enn protoner, og det skal den gjøre i en rett linje fra start til kollisjon, ikke utallige ganger rundt og rundt som i LHC.

Løsningen er en 50 km lang tunnel langs Jura­fjellene.

– For å gi partiklene nok energi i kollisjonsøyeblikket må de ha en akselerasjonsgradient som ingen har sett til nå, og det krever helt ny teknologi. Vi må også fokusere strålene på en helt ny måte. Skurene av elektroner og positroner må være under en nanometer i vertikal utstrekning når de treffer, og det er litt av en samling etter at de har beveget seg 25 km, sier han.

Partiklene vil bli akselerert ved å bruke to partikkelstråler. Ved bruk av radiobølger overfører den ene energi til den andre. Ikke ulikt prinsippet til en transformator hvor den ene spolen overfører energi på et nytt spenningsnivå til den andre spolen.

Les også: Derfor vraket Cern Norge

Tar tid

Det er lange tidslinjer i kjernefysikken når det er snakk om de store maskinene. LHC skal operere til minst 2030 og planen er at Clic da skal være ferdig bygget og klar til drift.

– Vi kommer til å utrede og planlegge i noen år fremover og håper på en beslutning i 2018 eller 2019. Klarer vi det, kan vi bygge den på litt over ti år, sier Stapnes.

Stapnes anslår at den vil koste rundt 30 milliarder kroner før Clic er klar til drift, ikke ulikt LHC i sin tid.

– Fordelen med en lineær akselerator er at den kan bygges i trinn. Vi vil ikke ha nok midler til å bygge 50 km i ett trinn, så vi vil legge til flere km etter hvert. Det vil ikke gi de energinivåene vi ønsker oss i starten, men det kan være en måte å finansiere prosjektet på og gi muligheter for detaljerte studier på flere energinivåer. Skal vi komme videre i forskningen, må vi ta i bruk slik teknologi. Nå er flere land på vei inn som medlemmer i Cern, og med fornuftig utbygging har jeg godt håp om at prosjektet lar seg finansiere på sikt, sier han.

Les også:

Grafén kan gi bedre øyeimplantater

Apples datasentre bruker nå 100 prosent fornybar energi

Fysikere vil filme atomer