România ar putea găzdui în mina de sare din Slănic Prahova un mare laborator european de cercetare în fizica particulelor elementare
România ar putea găzdui în mina de sare din Slănic Prahova un mare laborator european de cercetare în fizica particulelor elementare
Scris de Adrian Buzatu pe 16 Martie 2010 (Marţi). Ultima actualizare pe 20 Martie 2010 (Sâmbătă)
Există mai multe experimente ştiinţifice care se desfăşoară mai bine la câţiva kilometri sub Pământ decât la suprafaţa. Unele din ele sunt cele în care se detectează misterioasele particule elementare denumite neutrini, care ne ajută să descoperim reţeta şi ingredientele Universului. Europa pregăteşte un detector de neutrini care să fie cel mai mare din lume, dar are nevoie de mine adânci şi spaţioase. Slănic Prahova poate fi soluţia, spune dl. Alexandru Jipa, fizician la Măgurele.
România ar putea găzdui în sala Unirea din mina de sare din Slănic Prahova (aici în poză) un mare laborator european de cercetare în fizica particulelor elementare: un detector de neutrini, care ar spune povestea Universului despre vârsta protonului şi legile elementare ale Universului.
În primul rând, sincere felicitări ediţiei online din Evenimentul Zilei, care a început astăzi o serie de articole ample, bine documentate şi bine scrise, inclusiv cu interviuri cercetătorilor români, care explică în fiecare marţi şi joi, timp de două luni, proiectele de viitor în cercetare în România şi Uniunea Europeană.
Titlul primului articol din această serie despre ştiinţa de viitor este foarte bine ales: atrăgător pentru publicul larg şi totodată corect fizic: Dincolo de Univers: un'te duci, protonule? Dar la ce se referă acest titlu? Articolul de mai jos se vrea ca o completare despre motivaţia ştiinţifică a unui astfel de laborator ştiinţific la 2-3 kilometri sub Pământ, în foste mine. Ca o coincidenţă, ultimul număr din revista Symmetry care popularizează fizica particulelor este dedicată laboratoarelor subterane din fizica particulelor. Veţi putea vedea poveştile laboratarelor ştiinţifice subterane din întreaga lume.
România a început deja să construiască un laborator naţional de cercetare ştiinţifică în sala Unirea din mina de sare de la Slănic Prahova. Este vorba de proiectul de cercetare Micro Bq, unde Bq înseamnă Becquerel şi este unitatea de măsură a radioactivităţii. Cu alte cuvinte, într-o astfel de mină nivelul de radiaţii este mult mai scăzut decât la nivelul solului, pentru ca radiaţiile cosmice sunt absorbite de pământul de deasupra minei. Iată o prezentare Powerpoint despre MicroBq de 20 de pagini realizată de cercetătorii români.
Atomi veşnici şi atomi muritori
Ei bine, noi suntem toţi creaţi din atomi, ai căror nuclee sunt formate din protoni şi neutroni. Majoritatea nucleelor sunt stabile, adică trăiesc la infinit. Câteva din ele sunt instabile, adică elimină unele radiaţii şi se transformă în tipuri diferite de nuclee. Spunem că sunt radioactive şi au o durată de viaţă. Dacă o durată de viaţă este, să zicem, de o mie de ani, atunci înseamnă că dacă porneşti cu 100 de atomi, după o mie de ani vor mai rămâne netrasformaţi 50, după încă o mie de ani 25, după încă o mie de ani 12,5 ... Cum adică 12,5, un număr cu virgulă, veţi zice? Ei bine, numărul nu va fi chiar cu virgulă, ci arată că această durată de viaţă este o estimare a probabilităţii de a se dezintegra atomii, se referă la "în medie" şi la numere mari foarte mari de nuclee.
Neutronii sunt doar muritori
Acum suntem pregătiţi să facem pasul următor şi să analizăm în acelaşi mod neutronii şi protonii separat. Dacă luăm 100 de neutroni separaţi de nuclee şi îi lăsăm singuri, după cam 15 minute vor mai rămâne doar 50, după alte 15 minute doar 25 şi tot aşa. Durata de viaţă a neutronului este de cam un sfert de oră. În ce se transformă el? Într-un proton şi două particule de tip neutrino. Neutrinii sunt aşadar rămăşite ale unor transformări de neutroni în protoni sau în general de transformări ale unor particule în alte particule.
Neutrinii: dovada că visul alchimiştilor este realizabil
Vă aminiţi de vechiul vis al achimiştilor de a transforma substanţe în aur? Acest vis a fost deja realizat de ştiinţa modernă. Un tip de atom poate fi transformat în orice alt tip de atom dacă este bombardat cu neutroni într-un anumit mod, pentru că neutronii pot fi acceptaţi de nucleu sau transformaţi în protoni. Iar neutrinii sunt rămăşiţa interacţiei fundamentale care permite aceasta, denumită interacţia slabă, sau forţa elementară slabă, una din cele patru forţe elementare pe care este construit Universul.
Dar protonii? Teoria curentă spune: viaţă veşnică
Bun, dar dacă luăm 100 de protoni şi îi ţinem singuri, separat de nucleu? Ce durată de viaţă au ei? Adică după cât timp mai rămân doar 50 dintre ei? Şi în ce se transformă protonii? Ei bine, teoria actuală a fizicii particulelor prezice că niciodată protonii nu se vor transforma în altceva. Adică că ar avea protonii durată de viaţă infinită, adică ar fi particule stabile.
Teorii alternative: protonii ar fi ei matusalemici, dar tot ar fi muritori
Ei bine, dar teoria curentă din fizica particulelor, Modelul Standard, deşi este cea mai corectă teorie dezvoltată vreodată de umanitate, verificată cu o precizie de chiar 3 zecimale în unele cazuri şi de 10 zecimale în alte cazuri, nu este adevărul absolut. Există lucruri pe care încă nu le explică. Pentru a explica aceste lucruri (despre care am vorbit şi vom mai vorbi în alte articole la Stiinta Azi) teoreticienii au venit cu noi teorii care pleacă de la Modelul Standard şi îl dezvoltă. Iar aceste teorii fac predicţia că de fapt protonul nu ar trăi la infinit. Ci că deşi ar trăi foarte mult, mai mult decât vârsta de până acum a Universului, nu ar trăi la infinit, ci că ar avea o vârstă. În ce s-ar transforma protonul? Depinde, în funcţie de modelul teoretic propus. Dar sigur, în fiecare din aceste cazuri, s-ar emite neutrini, acele particule fundamentale care sunt emise şi la dezintegrarea neutronului.
Cum e de fapt? Neutrinii ne vor da răspunsul
Pentru a testa experimental aceste modele teoretice, căci fizica este o ştiinţă eminamente experimentală, unde experimentul este judecătorul suprem, fizicienii au nevoie de detectoare de neutrino. Dar cum neutrinii sunt particule care interacţionează foarte foarte puţin cu materia obişnuită formată din atomi, atunci este nevoie de detectoare gigantice de neutrini, pentru a creşte cât de cât şansa de a observa coliziuni între neutroni şi detectorul nostru. În practică, aceste detectoare sunt rezervoare uriaşe cu apă grea, sau cu alte lichide mai grele decât apa.
Dar neutrinii pot fi observaţi doar adânc sub pământ
Dar nu pot fi la suprafaţa Pământului. Căci există protoni de mare energie venind din spaţiul cosmic şi de la Soare, care, când se ciocnesc cu protoni din nucleele din atomii din atmosfera Pământului produc jerbe de noi particule elementare care sunt de acelaşi tip precum atunci când un neutrino interacţionează cu materia din detector. De aceea, neutrinii ar fi mascaţi de protonii veniţi din spaţiu. Dar dacă acest mega detector de neutrini este coborât într-o mină la 2-3 kilometri sub subprafaţa Pământului, atunci aceste particule provenite din radiaţiile cosmice sunt absorbite de Pământ şi devine mai uşor de a detecta neutrinii proveniţi şi ei din spaţiul cosmic, pentru a ne spune povestea protonilor (trăiesc ei veşnic, sau sunt mortali, ca şi fraţii lor neutronii?), precum şi alte poveşti despre inţelegerea fundamentală a Universului.
Locaţia excelentă: mina de sare din Slănic Prahova, România
Acum, unde există astfel de mine în Europa? În articolul din EvZ, domnul profesor Alexandru Jipa de la orăşelul ştiinţei Măgurele, de lângă Bucureşti, spune că cel mai bun loc din Europa ar fi de fapt ... chiar în România. Este vorba de o sala gigantică din mina de sare de la Slănic Prahova, care este deja săpată şi este suficient de mare pentru a putea găzdui acolo imensul detector de neutrini. Avantajul ar fi că salina ar fi deja construită, aşadar un cost zero pentru europeni.
Avantaje economice şi ştiinţifice pentru România
Avantajul pentru români ar fi că europenii ar aduce echipamentul ştiinţific în România şi un al doilea orăşel ştiinţific s-ar dezvolta în România. Aceasta va aduce slujbe în Slănic Prahova (în construcţii, apoi slujbe stabile precum pompieri, medici, educatori, restaurante, hoteluri) şi ar pune România pe harta ştiinţei internaţionale. Cercetători din multe ţări ar veni să facă experimente în România, aşa cum români merg acum la CERN sau Fermilab sau alte laboratoare pentru a face experimente acolo. Studenţi din România ar face cercetare la un experiment real din ţară, iar cercetători deja stabiliţi în străinătate s-ar reîntoarce în ţară pentru a contribui la acest proiect.
Ţinem pumnii ca România să fie aleasă locaţia laboratorului european
Dacă proiectul european va fi finanţat şi dacă locaţia va fi în România vom vedea în toamna acestui an. Dar domnul Alexandru Jipa se bate pentru aceasta la masa ştiinţei europene şi noi îi ţinem pumnii. Într-o zi, cine ştie, poate chiar şi eu voi lucra la acest laborator european din fizica neutrinilor. Şi ar fi grozav să fie chiar la noi în România!
Articol scris pentru www.StiintaAzi.ro de Adrian Buzatu, doctorand în fizica particulelor elementare, la laboratorul american Fermilab, pe tema căutării experimentale a bosonului Higgs.
Vezi întreaga serie de articole EvZ "Ştiinţa îţi construieşte viitorul".
Cum ramane cu cei pentru care salina era poate o ultima sansa pentru tratarea (controlul) astmului? Banuiesc ca, de dragul stiintei, sanatatea acestor va fi sacrificata.
Excelentă iniţiativa de a instala un detector în fosta mină de sare de la Slănic! Sper să se realizeze şi să nu rămână blocată pe undeva, prin aparatul birocratic specific Românesc.