Daugelis ryto neįsivaizduojame be trijų dalykų: kavos, lietimui jautrų ekraną turinčio telefono ir trijų raidžių – www. Tačiau įdomu tai, kad pastarųjų dviejų technologijų ištakos slypi 100 m po žeme esančioje laboratorijoje. Jas vystyti net nebuvo pagrindinis ten dirbančių tyrėjų tikslas. Pagrindinis jų uždavinys – geriau suprasti Visatą ir kodėl šiandien egzistuoja viskas aplinkui. CERN mokslo ir kompiuterijos direktorius išskirtiniame interviu LRT.lt atskleidžia, ką apie pasaulį sužino fizikai, dirbantys prie tunelio, kuriuo dalelės lekia beveik šviesos greičiu ir susidurdamos temperatūrą pakelia daugiau nei 100 000 kartų aukščiau nei temperatūra Saulės branduolyje.
STRAIPSNIS TRUMPAI
- Vilniuje pirmą kartą Lietuvos ir visų Baltijos šalių istorijoje vyksta šimtų CERN mokslininkų susitikimas.
- CERN atstovo teigimu, jei už tai balsuos organizacijos taryba, Lietuva visateise organizacijos nare galėtų tapti jau kitąmet.
- CERN greitintuve priešingomis kryptimis beveik šviesos greičiu juda vandenilio protonai, per sekundę įvyksta bent keli milijardai jų susidūrimų. Po to išsiskiria naujos dalelės, kurios ir domina mokslininkus.
- CERN buvo aptiktas paslaptingasis Higso bozonas, kuris leidžia paaiškinti, kodėl atomai turi masę ir viskas aplinkui egzistuoja.
- Po žeme esančioje laboratorijoje mokslininkai mėgina atkurti įvykius, kurie vyko pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo, tačiau juodosios skylės, anot pašnekovo, ten nekuriamos.
„Lietuviai išsiskiria neprilygstamu meistriškumu“
Šveicarijos ir Prancūzijos pasienyje, 100 metrų po žeme, slypi 27 km ilgio žiedinis tunelis – tai didžiausia pasaulyje mokslinė infrastruktūra, kuri vadinama Didžiuoju hadronų priešpriešinių srautų greitintuvu arba LHC (angl. Large Hadron Collider).
Ją valdo Europos branduolinių tyrimų organizacija (CERN). Remiantis 2025 m. ataskaita, pačiame CERN dirba apie 2,7 tūkst. darbuotojų. Tačiau duomenis analizuoja dar apytiksliai 13 tūkst. mokslininkų iš daugiau nei 80 šalių.
Keturiose ilgo tunelio vietose yra įrengti pagrindinių CERN eksperimentų detektoriai. Vienas jų vadinamas LHCb. Būtent su juo dirbantys mokslininkai šią savaitę lankosi Vilniuje vykstančiame kasmetiniame renginyje „LHCb Week“.
Šis renginys kasmet vyksta vis kitoje šalyje. Pavyzdžiui, pernai fizikai susitiko Kinijoje, Pekine. Šiais metais susitikimas yra istorinis, nes pirmą kartą yra organizuojamas Lietuvoje ir apskritai Baltijos šalyse.
CERN mokslo ir kompiuterijos vadovas Gautier Hamelis de Monchenault LRT.lt sakė, kad labai geras ženklas, jog ši LHCb savaitė organizuojama Lietuvoje. Anot jo, tai rodo Lietuvos bendruomenės norą dar labiau įsitraukti į mokslo tyrimus, vykdomus CERN.
„Šis renginys – tai puikus būdas paskelbti apie tai, ką mes darome, apie mokslinius tyrimus, kuriuos atliekame CERN Lietuvoje, bet tai taip pat yra būdas pripažinti Lietuvos indėlio į mūsų eksperimentus svarbą“, – pridūrė pašnekovas.
Iš tiesų Lietuvos mokslininkai jau daugiau nei 30 metų prisideda prie CERN mokslinių tyrimų. Jų bendradarbiavimas su CERN prasidėjo 1993 m. nuo tyrimų, susijusių su GaAs (galio arsenido) puslaidininkiniais detektoriais ir jų atsparumu spinduliuotei. Nors GaAs pasirodė netinkamas LHC detektoriams, vėliau Lietuvos mokslininkai dirbo kurdami kitus spinduliuotei atsparesnius puslaidininkinius detektorius. Jie taip pat prisidėjo prie LHC skaičiavimo ir duomenų tvarkymo bei tyrimų, susijusių su ilgai ieškota dalele – Higso bozonu, taip pat dirbo kurdami naujus spinduliuotės stebėjimo metodus.
Neseniai Vilniaus universitetas prisijungė prie LHCb bendradarbiavimo grupės, prisidėdamas prie fundamentaliųjų dalelių ir materijos bei antimaterijos skirtumų tyrimų.
Vertindamas Lietuvos mokslininkų indėlį į CERN, G. H. de Monchenault teigė, kad lietuviai iš tiesų svariai prisidėjo prie mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros (R&D) vystymo organizacijoje, tačiau svarbu vertinti ir jų indėlį į CERN atliekamus fundamentalius mokslinius tyrimus.
„Lietuvos mokslininkai jau yra aktyviai įsitraukę ir dabar tebedalyvauja keliuose R&D projektuose, susijusiuose su būsimu aukštųjų energijų fizikos detektoriumi. Taigi tai yra nepaprastai svarbu (...), – teigė CERN atstovas. – Tačiau, kaip jūs sakėte, lietuviai išsiskiria neprilygstamu meistriškumu ne tik techninėje srityje, bet ir moksle – tai matyti iš jų indėlio atrandant Higso bozoną ir iš mokslinių tyrimų, vykdomų LHCb eksperimente.“
Ar Lietuvai realu tapti visateise CERN nare?
Lietuva asocijuotąja CERN nare tapo 2018 metais. Visai neseniai Lietuvos ministras pirmininkas išsiuntė oficialų laišką CERN vadovybei, kuriame išreiškė Lietuvos siekį tapti visateise organizacijos nare.
Šiuo metu 25 valstybės yra visateisės CERN narės, dar 11 šalių yra asocijuotosios narės.
G. H. de Monchenault pasakojo, kad tik visateisės narės dalyvauja CERN valdymo procese.
„Tapę visateisiu nariu, turite vietą CERN taryboje bei visas balsavimo ir sprendimų priėmimo teises. Taigi jūs visiškai dalyvaujate organizacijos valdymo procese. Tuo metu būdami asocijuotuoju nariu esate tik stebėtojas. Galite dalyvauti tarybos posėdžiuose, tačiau neturite balsavimo teisės ir iš esmės neprisidedate prie valdymo.“
Pašnekovo teigimu, visateisė narystė suteikia tam tikrą industrinę grąžą, kai, pavyzdžiui, sudaroma daugiau sutarčių su šalies įmonėmis.
Kaip anksčiau LRT TELEVIZIJAI teigė VU Verslo mokyklos profesorė dr. Saulė Mačiukaitė-Žvinienė, remiantis tyrimais, visateisė narystė leidžia kai kuriems verslams išaugti apie 14–15 procentų per metus.
G. H. de Monchenault užtikrino, kad visų narių balsas taryboje yra vienodai svarbus, nesvarbu, ar būtų maža, ar didelė šalis. Tačiau kasmetinį mokestį CERN šalis moka pagal savo BVP.
Šiuo metu Lietuva, kaip asocijuotoji narė, CERN moka apie milijoną eurų. Tapus visateise nare, mokestis pakiltų maždaug 3 mln. eurų kasmet.
Paklaustas, ar Lietuva turi šansą tapti CERN nare, pašnekovas neabejojo: „CERN požiūriu, nėra jokios priežasties, kodėl Lietuva negalėtų būti viena iš CERN valstybių narių.“
Anot jo, visateisės narystės Lietuvai laukti 10 metų nereikėtų, tai galėtų įvykti ir kitąmet, jei už tai balsuos CERN taryba.
„Reikia laiko, kad būtų įvertintos įstaigos Lietuvoje – universitetai, kurie galėtų dalyvauti [CERN veikloje]. Yra komisija, kuri ketina apsilankyti Lietuvoje ir įsitikinti, kad visi moksliniai reikalavimai būtų įvykdyti. (...) Aš tiesiogiai už tai nesu atsakingas, nes esu mokslo vadovas. Bet apskritai manau, kad šis [vizitas] galėtų įvykti iki metų pabaigos. Sprendimas priimamas iš karto po to, – sakė G. H. de Monchenault. – Dėl to turi balsuoti dabartinė taryba. Ji susirenka CERN keturis kartus per metus. Pasiūlymas dėl naujo nario turi būti pateiktas tarybai, o tada vyksta balsavimas. Tai gali užtrukti vieną, du ar tris tarybos posėdžius.“
Ką mokslininkai veikia 100 metrų po žeme?
Nors daugelis turbūt yra matę paveiksliukų, kuriuose vaizduojamas CERN greitintuvas, įprastai ne visuomet aišku, kas jame vyksta.
G. H. de Monchenault pasakoja, kad iš tiesų tunelyje yra du greitintuvai, kuriais priešingomis kryptimis juda vandenilio protonai.
Vandenilio ir kitų atomų branduolį sudaro dalelės, vadinamos protonais ir neutronais, o aplink branduolį skrieja elektronai.
Daleles pagreitina tūkstančiai tunelyje esančių magnetų, kurie yra atšaldyti iki 271,3 °C, – tai temperatūra, žemesnė nei atvirame kosmose.
„Šis įrenginys pagreitina protonus iki labai didelės energijos – tokios, kad protonai skrieja beveik šviesos greičiu. (...) Taigi, judėdami šviesos greičiu, per sekundę jie nuskrenda 27 kilometrus 11 tūkstančių kartų“, – pasakoja fizikas.
Protonai abiem kryptimis siunčiami grupėmis, tad bendrai jų susidūrimo vietoje per sekundę, anot pašnekovo, įvyksta maždaug du milijardai protonų susidūrimų.
Jiems susidūrus, susidaro naujos dalelės. CERN mokslininkai ieško labai retų dalelių, todėl itin svarbus didelis protonų susidūrimų skaičius.
„Mes kaupiame visus šiuos duomenis ir juos analizuojame, siekdami aptikti tuos konkrečius susidūrimus, kurių metu susiformuoja įdomi dalelė. (...) Bet, žinoma, duomenų kiekis yra milžiniškas. Kalbame apie tūkstančius petabaitų, o tai yra milijonai terabaitų. Taigi tai tikrai milžiniškas duomenų kiekis, kuris turi būti paskirstytas ir apdorotas visame pasaulyje.“
Viena iš labai retų dalelių, kurią mini pašnekovas, yra Higso bozonas, kuris, nors jau seniai teoriškai aprašytas, buvo aptiktas tik 2012 metais.
Fizikas pasakoja, kad iškart po Didžiojo sprogimo, elementariosios dalelės neturėjo masės. Jei jos masės neturėtų ir šiandien, neegzistuotų nei žvaigždės, nei planetos, nei gyvybė.
„Atomų masė sutelkta branduolyje, tiesa? Tačiau elektrono masė, kuri yra labai maža ir, atrodytų, visiškai nereikšminga, palyginti su atomo mase, taip pat yra svarbi, nes ji nulemia atomo dydį. Būtent atomo dydis ir leidžia chemijai egzistuoti. Kadangi atomai turi tam tikrą dydį ir vandenilio atomas bei deguonies atomas turi tam tikrą dydį, vanduo gali egzistuoti, – pasakoja G. H. de Monchenault. – Taigi, atrodytų, kad elektrono masė yra visiškai nereikšminga. Bet ji iš tiesų yra labai svarbi, nes lemia viską, ką mes žinome: chemiją, biologiją, viską.“
Mokslininkai mano, kad pačiose Visatos vystymosi ištakose susiformavo paslaptingas Higso laukas ir, su juo sąveikaudamos, dalelės įgijo masę. Štai kodėl, anot pašnekovo, buvo labai svarbu atrasti, o dabar toliau tirti Higso bozoną.
„Taigi mes iš tikrųjų bandome suprasti tai, kas mums yra absoliučiai būtina, kad galėtume matyti pasaulį tokį, koks jis yra, – suprasti, kodėl egzistuoja materija, o ne tuštuma.“
Anot G. H. de Monchenault, Higso bozono atradimas buvo visiškai naujos eros – Higso bozono itin tikslių tyrimų pradžia.
„Nuo jo atradimo surinkome daugiau nei šimtą kartų daugiau duomenų. Dėl to dabar galime tirti šią dalelę itin tiksliai, o tai svarbu, nes teorija pateikia tikslias prognozes apie tai, ko galima tikėtis. Tačiau, lygindami matavimus su teorija, galime bandyti rasti neatitikimų, kurie būtų ženklas, kad egzistuoja kažkas, ko teorija neapima“, – sako CERN mokslo ir kompiuterijos vadovas.
Tamsioji materija ir miniatiūriniai Didieji sprogimai
Paklaustas, ką laiko didžiausiu CERN mokslo pasiekimu po to, kai buvo atrasta daugeliui mokslininkų miegoti neleidusi dalelė, G. H. de Monchenault teigė, kad tai galėtų būti įrodymas, jog CERN vis dėlto nepavyksta sukurti tamsiosios materijos, kuri, jo žodžiais tariant, yra viena didžiausių šiuolaikinio mokslo mįslių.
„Mums labai svarbu ieškoti to, ką vadiname „tamsiąja materija“. Tai stebėjimais patvirtintas faktas, kad Visata daugiausia sudaryta iš tamsiosios materijos, o mus supanti įprasta materija sudaro tik labai mažą dalį Visatos materijos, kuri turi gravitaciją. Žinome, kad ši tamsioji materija egzistuoja, tačiau nežinome, kokia yra jos prigimtis. Taigi LHC eksperimentuose ieškoma būtent šios tamsiosios materijos, bandoma išsiaiškinti, ar ji gali susidaryti susiduriant protonams, tačiau iki šiol LHC nebuvo rasta jokių tamsiosios materijos požymių, – pasakojo pašnekovas. – Manau, šis faktas, kad greitintuve nesusidaro tamsioji materija, – vienas iš svarbiausių rezultatų. Tai leidžia atmesti daugybę hipotezių apie tamsiosios materijos prigimtį.“
CERN taip pat tiria skirtumus tarp materijos ir antimaterijos. Pastaroji yra tarsi „veidrodinis“ materijos, iš kurios sudaryta mūsų Visata, atspindys.
Pagal fizikos dėsnius, Didžiojo sprogimo metu turėjo susidaryti vienodas materijos bei antimaterijos kiekis ir jų dalelės turėjo greitai sunaikinti viena kitą, palikdamos tuščią Visatą. Tačiau dabar matome, kad mūsų Visatoje vyrauja materija. Klausimas, kodėl įvyko būtent taip, jau dešimtmečius kelia nerimą mokslininkams. Kadangi CERN mokslininkai gali dirbtinai sukurti antimateriją, jie galiausiai tikisi rasti atsakymą ir į šį klausimą.
„Galite sau užduoti tokius klausimus: kodėl egzistuoja Žemė? Kodėl mes egzistuojame? Kodėl yra Saulė, kitos žvaigždės ir galaktikos bei visas šis galaktikų tinklas, kurį vadiname kosminiu tinklu? Visa ši materija egzistuoja tik todėl, kad tam tikru momentu Visatos istorijoje, labai anksti po Didžiojo sprogimo, įvyko tam tikras procesas, kuris nulėmė skirtumą tarp materijos ir antimaterijos. Priešingu atveju Visata būtų užpildyta tik energija ir šviesa, – kalbėjo CERN atstovas. – Taigi mūsų egzistavimas priklauso nuo šio konkretaus proceso, ir būtent tai LHCb eksperimentas ir tiria – šį labai nedidelį skirtumą tarp materijos ir antimaterijos.“
G. H. de Monchenault LRT.lt pasakoja, kad vienas mėnuo per metus CERN yra paskirtas tam, kad greitintuve būtų sukurti tarsi miniatiūriniai „Didieji sprogimai“ ir galima būtų tirti ankstyvosios Visatos sąlygas. Tam pasitelkiami sunkūs švino atomų branduoliai.
„Palyginti su protonais, jie yra nepaprastai sunkūs, o energijos sukoncentruota taip stipriai, kad temperatūra pasiekia lygį, kuris tikrai primena Visatos sąlygas maždaug viena mikrosekundė po Didžiojo sprogimo“, – teigia pašnekovas.
Remiantis CERN pateikta informacija, greitintuve vykstančių susidūrimų metu gali susidaryti daugiau nei 100 000 kartų už Saulės branduolio temperatūrą aukštesnė temperatūra. Didžiulė temperatūra tiesiog „išlydo“ švino branduolius, iš jų išsiskiria kitos dalelės. Mokslininkai sako, kad tuo metu susidaro plazma.
„Manome, kad tai tikrai primena Visatos būklę prieš pat susidarant pirmosioms dalelėms – protonams ir neutronams, iš kurių po kelių minučių Visatos istorijoje susiformavo pirmieji branduoliai: vandenilio, berilio ir ličio. Taigi būtent šią branduolinės medžiagos būseną, kurią vadiname kvarkų ir gluonų plazma, mes bandome atkurti ALICE eksperimente“, – sako pašnekovas.
CERN juodųjų skylių nekuria
LRT.lt pasiteiravo CERN mokslo ir kompiuterijos vadovo, kokią sąmokslo teoriją apie Europos branduolinių tyrimų organizaciją jis labiausiai norėtų paneigti. Anot G. H. de Monchenault, tai būtų teorija, kad CERN kuria juodąsias skyles, galinčias į save susiurbti viską aplinkui.
„Apie juodąsias skyles žinome nemažai. Tačiau nemanome, kad juodąsias skyles būtų įmanoma sukurti Žemėje. (...) LHC jau eksploatuojame daugiau nei 15 metų ir esame ieškoję mikroskopinių juodųjų skylių bei panašių reiškinių, tačiau neradome jokių juodųjų skylių susidarymo požymių. Bet net jei juodosios skylės ir galėtų susidaryti susiduriant protonams, žinome, kad jos negalėtų išaugti iki tokio dydžio, kad galėtų praryti visą pasaulį“, – šypsodamasis sakė G. H. de Monchenault.
Jo teigimu, organizacija į tokias teorijas žvelgia labai rimtai ir apie tai, kad CERN atliekami eksperimentai nekelia jokios saugumo rizikos, komunikuoja remdamasi turimomis mokslinėmis žiniomis.
„Parengėme dokumentą, kuriame nurodoma, kad esame visiškai įsitikinę, jog tokio pavojaus [kad įmanoma sukurti juodąją skylę] nėra.“
Kalbėdamas apie klaidingus žmonių įsitikinimus, G. H. de Monchenault pabrėžė, kad taip pat svarbu paneigti ir žmonių baimę bei manymą, kad fundamentalieji mokslai yra pernelyg sudėtingi ir niekam nereikalingi.
„Tai nėra kažkas, kas turi tiesioginį pritaikymą kasdieniame gyvenime, bet manau, kad tai turi įtakos tam, ko siekiame kaip rūšis, kaip žmonija. Mes norime plėsti žinojimo ribas, veržtis į priekį. Būtent tai mes ir darome CERN. Taigi tai nėra kažkas, ko žmonės turėtų bijoti.“
Prie 15,9 mlrd. eurų vertės ateities greitintuvo prisideda ir lietuviai
2026 m. birželio 29 d. LHC eksperimentas buvo sustabdytas, kad būtų pradėti modernizavimo darbai. Tai trečiasis didelis šio greitintuvo sustabdymas, paskutinį kartą jis buvo išjungtas 2019–2022 metais.
Tarp daugybės šįsyk numatomų darbų taip pat bus tobulinama ir LHCb eksperimento, kurį atliekantys mokslininkai šią savaitę lankosi Vilniuje, infrastruktūra.
Tad G. H. de Monchenault teigimu, tai yra svarbi šio mokslininkų susitikimo tema: „Tai yra techninės diskusijos, diskusijos apie fiziką, taip pat politinės diskusijos, nes šiam svarbiam modernizavimui reikia rasti finansavimą.“
Jo teigimu, atnaujintas greitintuvas turėtų pradėti veikti 2028 metais, o LHCb detektoriaus tobulinimo darbai tęsis iki 2033 metų.
Po atnaujinimo didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas bus vadinamas Didelio šviesio greitintuvu (angl. High-Luminosity LHC, HL-LHC) ir užtikrins daug daugiau susidūrimų nei dabartinis greitintuvas, sako pašnekovas.
Tačiau, kaip G. H. de Monchenault minėjo, vienas iš CERN mokslininkų pagrindinių tikslų – veržtis už žinojimo ribų. Tam, anot CERN vadovybės, dabartinio 27 km greitintuvo galiausiai nebepakaks.
Tad 2026 m. gegužę CERN taryba nusprendė, kad kitas galimas didelis Europos projektas bus CERN Ateities žiedinis greitintuvas (FCC). Tai bus maždaug 91 kilometro ilgio žiedinis tunelis, įrengtas 200 m po žeme, – dvigubai giliau nei dabartinis, nusitęsiantis net po Ženevos ežeru. Jei projektas bus patvirtintas, statybos galėtų prasidėti 2030 metų pradžioje. Tai kainuotų apie 15 milijardų Šveicarijos frankų (apie 15,9 mlrd. eurų).
CERN mokslo ir kompiuterijos vadovo teigimu, šiame greitintuve judės ne atomų branduoliai ar juos sudarantys protonai, bet elektronai.
„Skirtumas tarp protonų ir elektronų yra tas, kad protonai yra sudėtinės dalelės, sudarytos iš kvarkų ir gluonų, o elektronas yra elementari fundamentali dalelė. Taigi, kai susiduria elektronai, tiesiogiai stebite fundamentalias sąveikas. Tam tikra prasme tai yra daug „švaresnis“ procesas, ir galima iš tiesų sumažinti daugelį neaiškumų, kurių kyla naudojant protonus. Tačiau su elektronais kyla sunkumų, nes juos daug sudėtingiau pagreitinti apskritiminio tipo greitintuve. Būtent dėl to mums reikia kur kas didesnio greitintuvo“, – pasakojo pašnekovas.
Jis pabrėžia, kad tai bus ne šiaip didesnio masto eksperimentas, bet ir žymiai tikslesnis tyrimas.
„Norime dešimt kartų padidinti Higso bozono charakteristikų ir savybių nustatymo tikslumą. Iš tiesų ne tik Higso bozono, bet ir daugelio kitų dalelių, kurios yra dalelių fizikos pagrindas. (...) Taigi tikslumas, kurį pasieksime su FCC, kai kuriais atvejais bus tūkstantį ar dešimt tūkstančių kartų didesnis nei tas, kurį galime pasiekti LHC ar ankstesniuose eksperimentuose. (...) Taigi tai bus nauja era tikslumo matavimų srityje“, – LRT.lt sakė G. H. de Monchenault.
Prie šio milžiniško projekto įgyvendinimo prisideda ir lietuviai. 2025 m. rugsėjo 22 d. Lietuvos aukštosios mokyklos su CERN pasirašė memorandumą dėl Ateities žiedinio greitintuvo projekto galimybių studijos.
Šia galimybių studija bus siekiama išnagrinėti naujo dalelių greitintuvo mokslinių tyrimų infrastruktūros statybos galimybes CERN apylinkėse (Prancūzijoje ir Šveicarijoje). Ja taip pat ketinama įvertinti technologinius, geologinius, finansinius ir aplinkosauginius šio projekto aspektus; aptarti reikalavimus ir sąlygas, kada tokio dydžio infrastruktūra galėtų būti saugi, tvari ir efektyviai veikianti.
Be kita ko, ketinimų protokolą su CERN pasirašė ir Lietuvos aukštųjų technologijų inžinerijos įmonė „Sargasas“. Nors Lietuvos bendrovė su CERN sėkmingai bendradarbiauja ir komponentus įvairiems organizacijos projektams tiekia jau nuo 2018 m., naujas susitarimas numato galimybę stiprinti technologinį bendradarbiavimą ir ieškoti būdų prisidėti kuriant žiedinį greitintuvą.
