AS_Large+Hadron+Collider

media type="custom" key="1951288"media type="custom" key="1951276" LHC este considerat cel mai performant accelerator de particule din lume. Acceleratorul a fost pus în funcţiune pe 10 septembrie 2008 în apropierea oraşului Geneva din Elveţia. A fost construit în colaborare cu peste opt sute de fizicieni din peste optzeci şi cinci de ţări precum şi în parteneriat cu sute de universităţi şi laboratoare importante.
 * Large Hadron Collider **
 * Large Hadron Collider** (engl. pentru //Mare Accelerator de Hadroni//; scurt: LHC) este un accelerator de particule, construit la Centrul European de Cercetări Nucleare CERN lângă Geneva. Construcţia a fost finalizată în mai 2008 şi a costat peste trei miliarde de lire sterline.

Ne aflăm în faţa unuia dintre cele mai mari experimente din istoria fizicii. Marele Accelerator de Hadroni(LHC), un tunel circular de 27 kilometri ce traversează frontiera dintre Elveţia şi Franţa, este folosit pentru a extinde graniţele cercetărilor despre particulele fundamentale din Univers. În prezent, instalaţia este pregătită pentru prima injectare cu fascicule de protoni de mare energie, experiment ce este programat să aibă loc în câteva luni. Imediat după această injectare, cele mai mari detectoare de particule realizate vreodată vor analiza rămăşiţele coliziunilor – un amestec de date pe care fizicienii îl vor diseca, examina şi sonda în încercările lor de a desluşi secrete ale naturii de mult timp căutate. În ultimii ani, fizica particulelor a fost revoluţionată de descoperirea faptului că 95% din Univers lipseşte (n.t. doar 5% din Univers este format din materie aşa cum o ştim noi: atomi ca pe Pământ, în stele şi în praful interstelar). LHC va furniza răspunsuri la multe întrebări importante despre partea cunoscută a Universului şi va începe să ofere informaţii esenţiale ce ne vor ghida în explorarea părţilor necunoscute. Proiecte ca acceleratorul Large Hadron Collider (Marele “Ciocnitor”de Hadroni) ating un nivel de complexitate ce aproape nu poate fi descrisă, fiind necesare numeroase zeci de mii de ani de muncă în cazul în care ar lucra o singură persoană. Experimente la această scară necesită angajamente consecvente pe termen lung pentru a deveni fezabile. CERN (Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară, acum laboratorul european de fizica particulelor) a construit o remarcabilă reţea pentru gestionarea colaborării internaţionale, iar urmărirea obiectivelor ştiinţifice prin aceste mijloace a adus numeroase beneficii non-ştiinţifice atât partenerilor cât şi societaţii în ansamblu. Acest număr al revistei “Simmetry” este dedicat punerii iminente în funcţiune a LHC. Aceste pagini nu pot decât să atingă în treacăt temele expuse, însă ele prezintă opinii referitoare la ştiinţa, tehnologia, colaborarea internaţională şi natura omenească a LHC. Deşi nu este stat membru al CERN, Statele Unite ale Americii are unul dintre cele mai numeroase contingente de oameni de ştiinţa ce lucreaza la LHC. În anul fiscal 2008 cu buget federal, SUA şi-a onorat angajamentul asumat la LHC. Cu toate acestea, reduceri recente la bugetul pentru ştiinţă, făcute ca o consecinţa a luptelor politice, pun în real pericol viitorul fizicii energiilor înalte(şi a altor ştiinţe) în SUA. Fie ca guvernul SUA este capabil să îşi justifice afirmaţia că sprijină ştiinţele fizice, şi fie că va fi în stare să genereze suficientă încredere ca bun partener în proiecte ştiinţifice internaţionale, rămân de văzut. Cu toate acestea, ştiinţa merge mai departe, iar promisiunile şi oportunităţile oferite de fizica particulelor sunt acum mai mari decât oricând altcândva în ultimele decenii. Fizica particulelor a ales tehnologia superconductibităţii la temperaturi joase pentru International Linear Collider (Acceleratorul Liniar International, ILC). Ce înseamnă „rece” şi de ce fizicienii care se ocupă cu studiul particulelor elementare au coborât temperatura în noul accelerator ? În o zi fierbinte de august, fizicienii din fizica particulelor au îngheţat. Aceasta este ziua când International Tehnology Recommandation Panel (Panoul Internaţional de Recomandări Tehnologice, ITRP) a anunţat decizia de a folosi tehnologia superconductoare „rece” pentru ceea ce fizicienii speră că va fi următorul mare accelerator de particule, International Linear Collider. Alegerea opţiunii „reci”, în loc de recomandarea opţiunii „calde”, care fusese în fază de dezvoltare, are consecinţe vaste pentru laboratoare, oameni de ştiinţă, industrie şi guverne de pe întregul glob. Ce înseamnă „rece” şi de ce fizicienii care studiază particulele elementare au ales tehnologia superconductibilităţii? Tehnologia folosită pentru ILC este numită rece deoarece chiar este rece - foarte, foarte rece, foarte aproape de (temperatura de) zero absolut, cât de rece pe cât este posibil. Aceasta este temperatura la care materialele care sunt superconductoare la temperaturi joase îşi manifestă magia specială, conducând curentul electric fără nicio pierdere de energie. Aceasta înseamnă că într-un accelerator superconductor aproape toată energia electrică este folosită pentru accelerarea fasciculului de particule, mai degrabă decât pentru încălzirea structurii acceleratorului. Întrucât electricitatea reprezintă cea mai mare parte a costului necesar funcţionării unui accelerator de particule, ideea economisirii energiei cu superconductoare este îndrăgită de constructorii de acceleratoare. Desigur, coborârea temperaturii până aproape de zero absolut are un preţ, dar costurile de operare sunt totuşi mai mici. Umplând cavităţi Constructorul acceleratorului foloseşte un generator de tensiune pentru a umple o structură goală, numită cavitate, cu un câmp electric. Tensiunea electrică a câmpului se schimbă cu o anumită frecvenţă, o frecvenţă radio (sau rf). Particulele încărcate electric simt forţa câmpului electric şi accelerează. Construieşte cavitatea superconductorului şi coboară temperatura până aproape de zero absolut şi voilà: o „cavitate superconductoare rf.” Înşiră un număr suficient de mare de astfel de cavităţi şi vei avea un accelerator de particule. Aceasta este „tehnologia rece”. De ce rece? Există şi căi nu chiar aşa de reci pentru a accelera particule. ITRP (Panoul Internaţional de Recomandări Tehnologice) a oferit câteva motive pentru alegerea căii reci. În primul rând, se economiseşte energie. În lungul timp de funcţionare a unui accelerator, aceste economii se adună şi contează. Dar există şi alte avantaje: - Cavităţile superconductoare au o deschidere largă faţă de fasciculul de particule, prin care acesta trebuie să treacă. Trimiţând particule printr-o deschidere largă, mai degrabă decât printr-una îngustă, se obţine un fascicul mai puţin sensibil la mişcarea pământului. De asemenea, s-ar putea obţine un fascicul mai puternic. - Tehnologia rece are aplicaţii şi la experimente. Alte acceleratoare o folosesc, sau sunt pe cale de a o folosi. Accelereatorul CEBAF de la Laboratorul Jefferson din Virginia şi Spallation Neutron Source de la Oak Ridge din Tennessee folosesc amândouă tehnologia superconductibilitaţii rf. Departamentul de Energie a propus ca Radioactive Isotope Accelerator să folosească aceeaşi tehnologie. Şi la laboratorul DESY din Germania, unde a fost proiectată pentru prima dată tehnologia rece, fizicienii care lucrează la o nouă sursă superconductoare de lumină vor construi cavităţi de tipul celor ce vor fi folosite la ILC şi le vor testa în acţiune. - Factorul de risc – pot fi construite cavităţile cu un cost rezonabil, într-un timp rezonabil, şi vor funcţiona? – este mai mic pentru sistemele reci rf decât pentru cele calde. - Industrializarea celor mai multe piese importante ale unui accelerator rece a început deja. ** Suntem reci cu toţii ** Cu toate că oameni de ştiinţă de la laboratoare din Statele Unite şi Asia au făcut contribuţii, colaborarea TESLA de la DESY din Germania a fost liderul în producerea cavităţilor superconductoare rf de gradient înalt (care accelerează foarte mult pe unitatea de lungime). Laboratorul KEK din Japonia şi Stanford Linear Accelerator Center (Acceleratorul Liniar Stanford) s-au concentrat pe alternativa caldă. Acum că alegerea tehnologică este făcută, fizicienii din întreaga lume se vor uni pentru a proiecta şi, speră ei, pentru a construi noul accelerator rece. „Sunt mândru pentru munca pe care cei de la TESLA au facut-o pentru a aduce tehnologia superconductoare rf în acest punct,” a spus directorul DESY Albrecht Wagner. „Acum este timpul pentru o nouă colaborare între cei mai talentaţi şi experimentaţi oameni de ştiinţă şi ingineri de la laboratoare şi universităţi din toată lumea pentru a aduce tehnologia rece în următorul stadiu şi pentru a proiecta ILC-ul. Pentru a obţine succesul, e nevoie de o colaborare internaţională încă si mai strânsă decât a văzut până acum fizica particulelor”. Într-adevăr, laboratoarele din SUA, incluzând SLAC, Fermilab, Brookhaven, Cornell, Jefferson, Berkeley şi Lawrence Livermore au început deja să se organizeze atât pentru a continuara procesul de R&D (research and develpment, sau cercetare şi dezvoltare) în strâns parteneriat cu colaboratori din Asia şi Europa, cât şi pentru a începe proiectarea noului accelerator. “Această recomandare (tehnologia rece) este făcută cu înţelegerea că noi recomandăm o tehnologie, nu un design anume”, subliniază raportul ITRP. „Ne aşteptăm ca proiectul final să fie realizat de o echipă provenind atât din comunităţiloe acceleratoarelor liniare reci şi calde, beneficiind astfel de avantajul experienţei şi profesionalismului ambelor comunităţi”. Comunitatea fizicienilor din fizica particulelor lucrează acum la alcătuirea unei echipe ce va realiza proiectul global, ce se va afla într-o singură locaţie cu un director internaţional, pentru a conduce şi orchestra multele contribuţii naţionale şi regionale ce se vor aduna pentru proiectarea unui accelerator cu adevărat global. Când este vorba de acceleratoare liniare, recele este noul subiect fierbinte.

Textul din stânga imaginii: Cavitatea superconductoare rf. Fiecare cavitate ILC va avea nouă celule. Forma, mărimea şi geometria celulelor şi cavităţilor optimizează câmpul electric. Cavităţile sunt făcute din niobiu superconductor, care conduce electricitatea fără pierderi de energie. Textele din imagine din stânga sus în sensul invers al acelor de ceasornic: Un generator de tensiune induce un câmp electric în interiorul unei cavităţi rf. Tensiunea aceasta oscilează cu o frecvenţă de 1.3 giga herzi (adică de 1.3 miliarde de ori pe secundă, oscilaţie caracteristică undelor radio). O sursă de electroni injectează electroni în această cavitate în fază cu tensiunea electrică alternativă. Electronii simt o fortă numai în direcţia înaintării lor.Electronii nu simt niciodată o forţă opusă direcţiei înaintării lor.

media type="custom" key="1916789"

Fizicienii sunt încântaţi de LHC. Va fi cel mai puternic accelerator de particule din lume, ciocnind protonii unii de alţii la o energie de 14 TeV (tera-electonvolţi) şi dând acces la fenomene fizice ce au loc la energii de zece ori mai înalte decât cele ce fuseseră deschise explorării până acum. Fiecare coliziune de protoni, în timp ce aceştia călătoresc în direcţii opuse în jurul unui inel situat adânc în pământ, cu o circumferinţă de 27 de kilometri, va dezvălui mai multe informaţii despre cele mai fundamentale părţi ale Universului. Fizicienii cred că părţi cruciale care lipsesc din modelul nostru actual pentru Univers vor fi dezvăluite prin intermediul celor aproximativ un miliard de coliziuni de protoni pe secundă. De exemplu, procesul care dă masă particulelor ar trebui să fie lămurit. Acest proces s-ar putea anunţa prin intermediul producţiei a unuia sau a mai multor tipuri de aşa-numite «particule Higgs», iar tema principală pentru LHC este aceea de a le căuta şi de a le studia. O particulă Higgs trebuie să existe pentru ca Modelul Standard să rămână cea mai bună teorie a particulelor pentru gama de energie pe care LHC o examinează. Fie Higgs-ul va fi descoperit, ducând la o mai bună înţelegere a Modelului Standard, fie Higgs-ul nu va apărea în modul în care fizicienii se aşteaptă, iar ceva chiar mai interesant se va ivi. O întrezărire a unui Univers mai exotic? De asemenea, LHC ar trebui să dezvăluie şi fenomene fizice noi dincolo de Modelului Standard, cum ar fi supersimetria sau dimensiuni suplimentare ale spaţiului. Supersimetria ar putea furniza o modalitate de a unifica forţele electomagnetică, slabă şi tare, însă ea de asemenea prezice o suită de particulele încă neobservate. Cele mai uşoare din aceste particule supersimetrice ar putea fi o parte principală a materiei cosmice întunecate despre care ştim că există, însă pe care nu o putem caracteriza încă. Dimensiuni suplimentare ale spaţiului ar putea furniza o nouă direcţie către o teorie fizica dincolo de Modelului Standard. Ele ar fi invizibile nouă în viaţa de zi cu zi, tot aşa cum o a treia dimensiune nu ar fi percepută de o furnică care se târăşte pe o coală netedă de hârtie. Însă dacă dimensiunile suplimentare există, ele ar putea produce efecte măsurabile la LHC. Acesta ar putea permite LHC-ului să pătrundă în domeniul gravitaţiei cuantice, contribuind astfel la mult căutata reconciliere a mecanicii cuantice şi relativităţii generale. LHC-ul este o maşină a superlativelor. Este cea mai mare instalaţie din lume ce foloseşte superconductoari. Este mai rece decât spaţiul cosmic. Conţine un vid « mai perfect » decât oriunde între Pământ şi Staţia Spaţială Internaţională. Va produce aproape un miliard de coliziuni proton-proton pe secundă. Toate acestea fac din LHC nu doar o maşină ce va testa limitele fizicii, dar şi o maşină care foloseşte limitele tehnologiei. Doi magneţi într-unul Găzduit într-un tunel circular, lung de 27 de km, LHC este un adevărat uriaş. Este cel mai complex instrument ştiinţific construit vreodată. Centrul său este reprezentat de nişte magneţi superconductori extrem de eficienţi, bazaţi pe bobine făcute din fire de niobiu şi titan care conduc electricitatea fără a impune rezistenţă la temperaturi joase. Magneţii LHC-ului vor funcţiona la o temperatură de aproximativ 1.9 grade peste 0 absolut (în jur de -271˚ C), fiind răciţi de heliu superfluid. Fiecare magnet are o arhitectură doi în unul pentru a ghida ambele fascicule într-o singură structură. LHC-ului foloseşte 1232 magneţi bipolari pentru a ghida fasciculul, împreună cu aproximativ 400 de magneţi cu patru poli pentru a focaliza fasciculele şi alţi câteva mii de magneţi suplimentari pentru a direcţiona bine orbitele. Cu totul, LHC-ul foloseşte suficiente filamente superconductoare pentru a se întinde până la Soare şi înapoi de cinci ori, rămânând suficiente pentru a face încă şi câteva călătorii pe Lună. Înalta intensitate a fasciculelor LHC-ului, care dă naştere enormei rate de coliziune, prezintă propriile sale provocări. De exemplu, la intensitate maximă fiecare fascicul deţine aproape acceaşi cantitate de energie ca şi un tren TGV aflat în viteză. Acesta înseamnă de 200 de ori mai mult decât energia cea mai mare obţinută de un accelerator precedent. Culturi diferite, scop comun LHC este situat la aproximativ 100 metri sub pamânt, nefiind vizibil de la suprafaţă, cu excepţia clădirilor de deasupra coloanelor care conduc către inel, unele din ele duc către cavernele experimentale care conţin detectoarele de particule care vor captura rezultatele coliziunilor de particule din LHC. Patru experimente principale - ALICE, ATLAS, CMS, şi LCHb - se pregătesc la LHC. De asemenea, două experimente mai mici, TOTEM şi LCHf au fost aprobate şi alte propuneri sunt în discuţie. ATLAS şi CMS sunt detectoare cu scop general, construite pentru a « vedea » orice ar putea LHC dezvălui. Fiecare înconjoară un punct în care protonii se ciocnesc şi măsoară energiile şi traiectoriile particulelor apărute. Fiecare a fost construit de o colaborare a aproximativ 2000 de cercetători din toată lumea, un prim exemplu de culturi diferite care lucreazâ pentru a îndeplini un scop comun. Particulele Higgs şi supersimetria sunt capul listei de priorităţi pentru a fi descoperite în aceste detectoare. ALICE şi LHCb sunt experimente mai mici care se concentrează într-o singură direcţie de cercetare. ALICE va studia materia aşa cum era ea în primele clipe ale Universului într-o încercare de a înţelege cum a evoluat în materia pe care noi o cunoaştem astăzi. LHCb va studia de ce Natura preferă materia mai mult decât antimateria. De fiecare dată când protoni se ciocnesc în interiorul unui detector de particule, sute sau milioane de particule vor apărea. Din moment ce vor fi aproape un miliard de coliziuni pe secundă, rezultă că se va produce o cantitate enormă de date experimentale. Sisteme electronice performante vor selecta coliziunile interesante, respingându-le pe acelea care sunt neinteresante şi înregistrând datele rămase. Chiar şi în urma acestei selecţii riguroase, volumul de date care va fi înregistrat de fiecare experiment va umple în fiecare an o stivă înaltă de 20 km de CD-ROM-uri. La graniţa fizicii Conceput în anii 1980, aprobat în anii 1990 şi planificat să înceapă în 2007 (n.t. 2008, după ultimele estimări), LHC-ul este o învestiţie uriaşă şi un proiect pe termen lung. În prima sa fază de funcţionare, el va explora o vastă arie nouă din fizică şi va ajuta la alegerea unei strategii de cercetare pentru viitor. Ce noi experimente va aduce viitorul ramâne de văzut, însă LHC-ul va rămâne cel puţin un deceniu experimentul unde se poate studia cel mai bine fizica particulelor. Mai mult, LHC-ul însuşi ar putea să facă parte din viitorul peisaj al ştiinţei, căci el poate fi îmbunătăţit pentru a produce mai multe coliziuni de energie mai înaltă.Ceea rezultate va aduce LHC-ul nu se cunoaşte încă, însă oricum, o întreagă lume de potenţiale descoperiri ni se în timp ce încercăm să înţelegem structura fundamentală a Universului. ** Dimenisiunile suplimentare sună a science-fiction, dar ele ar putea face parte din lumea reală. Iar dacă există cu adevărat, ele ar putea contribui la explicarea unor mari mistere, precum: "De ce Universul se extinde mai repede decât ne aşteptam?" şi "De ce forţa gravitaţională este mai slabă decât oricare altă forţa din natură?" ** Totuşi, dacă noi vedem numai trei dimensiuni, cum ar putea să mai existe şi altele? Teoria generală a relativităţii a lui Einstein ne revelează că spaţiul se poate dilata, contracta şi curba. Dacă o dimensiune s-ar contracta până ar deveni foarte foarte mică, mult mai mică decât un atom, atunci nu ar mai fi vizibilă pentru noi. Dacă însă am putea să vedem la scări destul de mici, acea dimensiune ascunsă ar putea deveni vizibilă. Imaginează-ţi un echilibrist îndrăzneţ care merge pe cablul unui pod suspendat, fiind capabil să se deplaseze numai înainte şi înapoi, dar nu şi la stânga sau la dreapta, şi nici în sus sau în jos. Echilibristul nostru percepe existenţa doar a unei singure dimensiuni, însă fiinţe care trăiesc la o scară mult mai mică, precum furnicile, se pot mişca şi întro dimensiune suplimentară, şi anume în cazul nostru, circular în jurul cablului. Teoria corzilor presupune existenţa unor dimensiuni suplimentare. Poate vom fi destul de norocoşi să le detectăm în mod direct în experimente viitoare, sau să deducem existenţa lor din cosmologia Universului timpuriu. Dacă se adevereşte că dimensiunile suplimentare există, vom avea încă o confirmare a faptului că Universul se poate manifesta dincolo de experienţa noastră de zi cu zi.

** Oscilaţia neutrinilor este legată de fenomenele ondulatorii. Undele descriu unele dintre cele mai interesante fenomene din lume. Undele pot fi simple, precum sunetul unui flaut cântând continuu o singură notă, sau amestecuri complexe, precum sunetul unei coarde muzicale, care este o combinaţie de mai multe unde sonore. ** Combinarea a două unde de tonalităţi apropriate, dar diferite produce ceea ce fizicienii numesc bătăi. Ascultă două flaute cântând aceeaşi notă, dar unul din flaute fiind uşor defazat. Vei auzi un efect de „oa-oa-oa” după cum oscilează sunetul, deoarece sunetul pe care îl auzi este un amestec de două unde uşor diferite, fiecare provenind de la alt flaut, unde care interferează una cu cealaltă. Undele guvernează şi caracteristicile neutrinilor în timpul zborului lor prin spaţiu. Interferenţele dintre unde produc bătăi periodice, mult asemănătoare notelor combinate provenite de la flaute. Detectăm „oa-oa-oa”-ul rezultant prin proprietatea neutrinilor de a apărea şi dispărea. De exemplu, când un neutrino interacţionează cu materia, se produc alte tipuri de particule. Prinde un neutrino la un anumit moment şi el va interacţiona producând un electron. Un moment mai târziu, este posibil să interacţioneze producând o altă particulă. „Amestecul neutrinilor” descrie combinaţia inţială de unde care produc această oscilaţie. ** Supersimetria este o proprietate propusă pentru Univers. Ea presupune ca fiecare tip de particulă să aibă o particulă asociată supersimetrică numită şi superpartenerul său. Superpartenerul este o replică mai masivă a particulei faţă de care, pe lângă aceasta, mai prezintă şi o altă diferenţă importantă. Orice particulă este ori fermion, ori boson. Orice particulă care aparţine uneia dintre aceste clase are corespondent un superpartener în cealaltă clasă, iar aceasta face ca natura să fie încă şi mai simetrică şi mai în echilibru. De exemplu, superpartenerul electronului (fermion) este selectronul (boson). ** Ne putem imagina că supersimetria descrie un „dans perpetuu al particulelor” prin Univers, dar putem vedea actualmente doar pe unul dintre cei doi parteneri. Particulele nevăzute ar putea fi sursa misterioasei „materii întunecate” din Univers. Cu toate că superpartenerii nu au fost încă observaţi în natură, în viitor aceştia ar putea fi produşi în acceleratoare de particule pe Pământ.



** Faimoasa ecuaţie a lui Einstein E=mc² spune că masa (m) e echivalentă cu energia (E). A fost nevoie de geniul lui Einstein pentru a se realiza legătura dintre cele două mărimi. Pătratul vitezei luminii în vid (c²) intervine în această ecuaţie pentru a determina cu exactitate câtă energie conţine o anumită masă. ** În lumea proceselor subatomice, masa particulelor se poate transforma în energie sub formă de lumină, căldură sau energie cinetică. Şi invers, şi energia se poate transforma în masă. Tocmai această idee este pusă în practică de acceleratoarele de particule care zdrobesc laolaltă particulele ce se mişcă foarte rapid. Energia mare din aceste ciocniri se transformă în noi particule, care pot avea masă mult mai mare decât cele implicate iniţial în coliziune. Visul fizicienilor care caută să realizeze fuziunea nucleară este tocmai transformarea masei în energie. Căci atunci când fuzionează protoni şi neutroni rezultând un nucleu, acest nucleu prezintă o masă mai mică decât suma maselor constituenţilor săi. Diferenţa de masă se manifestă sub formă de energie, care poate fi, în principiu, captată pentru a fi folosită: E=mc²! Convertibilitatea masă-energie are consecinţe extinse. Motorul automobilului dumneavoastră e alimentat cu combustibili fosili, care provin din plante preistorice. Plantele au captat energie solară, care a fost produsă de fuziunea nucleară din Soare. Prin urmare, toate activităţile de pe Pământ sunt până la urmă alimentate de E=mc². ** Lentilele gravitaţionale sunt o unealtă utilă în centura cosmologului modern căci corpurile masive deviază lumina, focalizând-o spre observator şi făcând ca obiectele îndepărtate să apară mărite şi distorsionate, sau chiar ca şi imagini multiple. ** Teoria relativităţii generale a lui Einstein ne indică exact cum razele de lumină sunt afectate de spaţiul curbat în jurul unei galaxii sau grup de galaxii ce se comportă ca o lentilă. Interesant, efectul de lentilă gravitaţională este mai puternic decât cel estimat pentru cantitatea de masă din Univers pe care o putem vedea. Acesta constituie un argument în plus ideii că principalul constituent al galaxiilor şi grupurilor de galaxii este o “materie întunecată” nevăzută. Densitatea unei galaxii creşte spre centrul său, foarte asemănător grosimii fundului unui pahar cu vin. De fapt, un pahar cu vin este un model bun de lentilă gravitaţională: priveşte în pahar de la suprafaţă şi prin piciorul său spre o lumină pentru a observa rezultatul. Din modul în care este distorsionată lumina, este posibilă determinarea formei şi grosimii paharului. În acelaşi fel, observarea galaxiilor îndepărtate prin lentile gravitaţionale permite evaluarea distribuţiei densităţii materiei negre masive şi transparente. Poate ca efectul gravitaţional de lentilă nu este deocamdată capabil să ne spună ce este materia neagră, dar ne indică unde să o căutăm.

** Antimateria este alcătuită din particule care au caracteristici egale, dar opuse celor ale particulelor obişnuite de materie. ** Să considerăm analogia următoare: săpaţi o groapă şi faceţi o movilă cu pamântul scos. Groapa şi movila au caracteristici egale, dar opuse, căci volumul pământului din deal şi acela al gropii de unde a fost scos sunt egale. Pentru particule, proprietăţi precum sarcina electrică sunt opuse antiparticulelor, dacă una este pozitivă, cealaltă este negativă. De asemenea, antimateria va anihila corespondentul ei din materie, producând o explozie de energie, întocmai precum dealul ar umple groapa, nelăsând nici o urmă a vreuneia dintre cele două. Universul pare să nu conţină cantităţi semnificative de antimaterie, în ciuda faptului că ambele ar fi trebuit să fi fost create în mod egal la momentul Big Bang-ului. Deci, unde a dispărut antimateria? O explicaţie posibilă poate fi diferenţa subtilă şi neaşteptată dintre proprietăţile materiei şi antimateriei, aceasta ducând astfel la un exces nesemnificativ al materiei care a supravieţuit cataclismului iniţial al anihilării materie-antimaterie. În experimentele de la CERN, Fermilab, SLAC and KEK se produce antimaterie în acceleratoare de particule pentru a căuta şi studia diferenţele dintre materie şi antimaterie. Antimateria are şi proprietăţi cu aplicabilitate medicală, cum ar fi tomografia cu emisie de pozitroni – scanări PET. Dar pentru că producerea de antimaterie, fie ea şi în cantităţi foarte mici, este foarte dificilă, antimateria nu va asigura, din păcate, energia nici unei viitoare nave Starship Enterprise. Acceleratorul Large Hadron Collider (LHC) este în curs de punere în funcţiune într-un inel de 27 kilometri în circumferinţă îngropat adânc la periferia oraşului Geneva. Când va intra în funcţiune în 2007, LHC va fi cel mai puternic accelerator de particule din lume. Vor fi utilizaţi protoni de foarte mare energie, concentraţi în două fascicule care circulă în contrasens. În urma ciocnirii acestora, se vor căuta semnale ale teoriei supersimetriei, materiei negre şi înţelegerii originii masei. Fascicolele sunt formate din grupuri care conţin miliarde de protoni. Străbătând spaţiul cu o viteză doar puţin sub cea a luminii, protonii sunt injectaţi, acceleraţi şi menţinuţi timp de câteva ore pe traiectorie circulară, ghidaţi de mii de magneţi supraconductori puternici. Pe mare parte din traseu, cele două fascicole străbat două pompe de vid separate, dar ele se ciocnesc totuşi în patru puncte, în centrele experimentelor principale: ALICE, ATLAS, CMS şi LHCb (acronimele denumirilor). Detectoarele acestor experimente înregistrează transformarea energiei de ciocnire a particulelor într-o mulţime nouă de particule exotice. Detectoarele pot înregistra până la 600 milioane de coliziuni pe secundă, căutând semne ale unor evenimente extrem de rare, cum ar fi formarea mult căutatului boson Higgs.