Výskum a vývoj

Naše súčasné chápanie vesmíru je neúplné. Štandardný model častíc a interakcií sumarizuje všetko, čo dnes vieme o fyzike elementárnych častíc. Tento model bol overený v najrôznejších experimentoch a obzvlášť úspešný bol pri predpovedaní existencie predtým neznámych častíc. Mnoho otázok však ostalo nevyriešených a urýchľovač LHC by mal pomôcť nájsť odpovede na niektoré z nich.

Štandardný model nevysvetľuje, odkiaľ majú častice hmotnosť, a ani to, prečo sú niektoré častice veľmi ťažké, zatiaľ čo iné majú veľmi malú hmotnosť. Odpoveďou môže byť tzv. Higgsov mechanizmus. Podľa teórie Higgsovho mechanizmu je celý vesmír vyplnený “Higgsovým poľom” a častice získavajú svoju hmotnosť vďaka interakcii s týmto poľom. Častice, ktoré interagujú intenzívne, majú potom hmotnosť veľkú, kým častice, ktorých interakcia je slabá, sú ľahké. Higgsovo pole obsahuje najmenej jednu novú časticu spojenú s týmito interakciami - Higgsov bozón. Pokiaľ takáto častica skutočne existuje, experimenty na urýchľovači LHC ju budú schopné zaregistrovať.

Štandardný model neposkytuje jednotný popis všetkých fundamentálnych síl, pretože sa stále nedarí vytvoriť teóriu gravitácie podobnú ostatným teóriam síl. K zjednoteniu základných síl by mohla pomôcť teória supersymetrie, predpovedajúca existenciu hmotnejších partnerov základných častíc štandardného modelu. Pokiaľ je táto teória správna, najľahšie supersymetrické častice by mali byť objavené práve v experimentoch na LHC.

Kozmologické a astrofyzikálne pozorovania dokázali, že všetka viditeľná hmota sa podiela na celkovej hmote a energii vesmíru iba 4%. Veľmi dôležitou úlohou súčasnej fyziky je vysvetliť, čo tvorí zvyšok - temnú hmotu (23%) a temnú energiu (73%). Veľmi populárnou myšlienkou je, že temná hmota (dark matter) je tvorená neutrálnymi, doposiaľ neobjavenými supersymetrickými časticami.

Okrem skúmania zrážok protónov umožní urýchľovač LHC pri zrážkach ťažkých iónov študovať aj stav hmoty, ktorý existoval v období raného vesmíru, tzv. kvarkovo-gluónovú plazmu. Keď sa ťažké ióny zrazia pri vysokých energiách, vytvorí sa na okamih “ohnivá guľa” z veľmi horúcej a hustej hmoty, ktorá môže byť v experimentoch na LHC študovaná.

Urýchľovač LHC nám pomôže tiež preskúmať záhady antihmoty. V okamihu veľkého tresku museli hmota a antihmota vzniknúť v rovnakom množstve. Podľa toho, čo pozorujeme, je ale vesmír tvorený len hmotou. Prečo? LHC nám pomôže nájsť odpoveď.

CERN sa významne podiela na vývoji systému GRID, ktorý umožní komplikované výpočty efektívne rozdeliť medzi mnoho počítačov po celom svete.