Co robi fizyk w swoim laboratorium? To – myśli pewnie większość – jedna z największych tajemnic wszechświata. Wiadomo, robi rzeczy dziwne, niezrozumiałe i pewnie nikomu niepotrzebne. Ot, taka zabawa. Dzisiaj odkłamujemy ten stereotyp. Sprawa pierwsza. Dlaczego zabawa ma być czymś złym?

Fizyka jest wszystkim potrzebna
Długo można by argumentować, że nauki ścisłe, w tym fizyka oczywiście, są potrzebne dokładnie wszystkim. Nie sposób wyobrazić sobie rozwoju gospodarczego czy intelektualnego bez matematyki, fizyki czy chemii. Lista tego, co przez stulecia wymyślili fizycy, byłaby naprawdę długa. Czy gdyby nie oni, dalej żylibyśmy w jaskiniach? Nasza wiedza byłaby na pewno jaskiniowa. Jeżeli mówimy o obrazie świata, o jego strukturze czy kompozycji, nie sposób nie wspomnieć o fizykach… małych odległości i wysokich energii. Choć takiego działu w fizyce oficjalnie nie ma, to jednak całkiem spora grupa badaczy interesuje się tym, co jest dla oka niewidzialne. Jak zobaczyć, z czego składa się atom, skoro jego rozmiar wynosi około jednej dziesięciomilionowej milimetra?

A to i tak rozmiary wręcz gigantyczne dla sporej grupy fizyków. Jak sprawdzić, co jest w jądrze atomowym? A z czego składa się neutron czy proton? Te pytania nie są ucieczką od rzeczywistości. To pytania kluczowe dla opisania rzeczywistości. Neutron i proton składają się z nierozłącznych cząstek zwanych kwarkami. Każdy może ich mieć wiele, ale z tego roju trzy zawsze nie mają pary. Kwarków jest wiele, ale choć wiemy, że istnieją, nie sposób ich spotkać w pojedynkę. Zawsze w parze albo w tercecie. A teraz pytanie czysto praktyczne. Skąd fizycy wiedzą, co siedzi w neutronie? A skąd dziecko wie, co jest we wnętrzu tykającego zegara i jak wygląda mechanizm napędzający zdalnie sterowany samochód? I dla dziecka, i dla fizyka sprawa jest jasna. Trzeba badany przedmiot rozsypać w drobny maczek.

Największy młot otwarty
10 września w ośrodku naukowym CERN pod Genewą zostanie otwarty największy na świecie akcelerator cząstek LHC (Large Hadron Collider – Wielki Zderzacz Hadronów). Akcelerator to urządzenie, które przyspiesza cząstki. W LHC najczęściej będą to protony. W długiej na prawie 30 km podziemnej rurze są przyspieszane do prędkości prawie takiej, jaką osiąga światło. Tak naprawdę rury są dwie, a protony w nich przyspieszane są w przeciwnych kierunkach. Celem jest kolizja. Na długiej trasie w kilku miejscach wspomniane dwie rury przecinają się. I to właśnie w te miejsca skierowane są oczy fizyków. Oczy elektroniczne, największe na świecie detektory. Urządzenia, które w ciągu ułamków sekund są w stanie zebrać tyle informacji, ile europejska sieć telekomunikacyjna przesyła przez kilka miesięcy. Ważą nawet kilkanaście tysięcy ton i pracują około 100 m pod powierzchnią ziemi. Wyglądają jak statki UFO.

Jak twory nie z tego świata. Coś w tym jest. Na co dzień nie spotykamy urządzenia wielkości całkiem sporego bloku mieszkalnego oplecionego kablami i elektroniką. Czego elektroniczne oczy szukają? Czemu się przyglądają? Zderzające się w tunelu pod laboratorium CERN cząstki produkują całkiem sporo… nazwijmy to gruzu. Proton naprzeciwko protonu. Kolizja i niemalże nieskończona ilość odprysków tego kataklizmu. Przez miliardowe części miliardowych sekundy warunki w punkcie zderzenia przypominają te, które występowały chwilę po Wielkim Wybuchu. Po co fizykowi taki kataklizm? Czym większe uderzenie, w tym drobniejszy maczek rozsypuje się materia. I tym wyraźniej widać, z czego jest złożona. Jakie siły (oddziaływania) rządzą tym supersupermikroświatem. Dalej można zapytać, po co komu taka wiedza. Wiedzieć jest wartością samą w sobie. Nie tylko o naukę podstawową jednak chodzi. Budowa takiego urządzenia jak LHC, ogromnych detektorów ALICE czy ATLAS jest ogromnym wyzwaniem. Zaangażowany jest w to przemysł elektroniczny, telekomunikacyjny, ale także firmy produkujące urządzenia próżniowe. To, czego specjaliści z wielu dziedzin nauczą się przy budowie CERN-u, natychmiast wykorzystają w praktyce. Doskonałym przykładem wymyślania czegoś „przy okazji” jest powstanie protokołu WWW w CERN-ie. Dzisiaj nie sposób wyobrazić sobie Internetu bez stron WWW.

CERN – fabryka cząstek
Otwierany właśnie LHC jest akceleratorem kołowym, który znajduje się 100 m pod ziemią. Niedaleko Genewy, w poprzek francusko-szwajcarskiej granicy. 1600 ogromnych elektromagnesów czuwa nad tym, żeby przyspieszane cząstki poruszały się po ściśle określonych torach. Każdy z tych elektromagnesów schładzany jest do temperatury minus 271 st. C. Wewnątrz dwóch rur, w których przyspieszane są cząstki, panuje bardzo wysoka próżnia. Wielokrotnie wyższa niż w przestrzeni kosmicznej. Choć głowy fizyków są pełne pomysłów, jak wykorzystać nowe, najpotężniejsze urządzenie, na liście „do realizacji” jest kilka murowanych punktów. Badacze chcą zweryfikować teorię o tzw. polu Higgsa. Nie widzimy go, ale to ono ma być odpowiedzialne za nadawanie niektórym cząstkom masy.

Nie wszystkie ją przecież – tak jak foton światła – mają. Do wyjaśnienia, a właściwie do złapania są cząstki supersymetryczne. One wydają się być niezbędne do rozwiązania wielce intrygującego problemu brakującej masy we wszechświecie. Ciemna materia i ciemna energia stanowią przeważającą część tego, z czego składa się nasz wszechświat. Materia taka, z jakiej jesteśmy zbudowani my, stanowi zaledwie 4–5 proc. wszystkiego. Reszta jest nam całkowicie nieznana. Nie wiemy, czym jest. Czy to nie dziwne, że problemy dotyczące tego, co największe, całego wszechświata, rozstrzygają się 100 m pod ziemią w czasie zderzeń dwóch maleńkich protonów? To nie tyle dziwne, co fascynujące. W końcu kto powiedział, że zabawa jest bezproduktywna?