Το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων είναι το μεγαλύτερο στον κόσμο ερευνητικό κέντρο που ασχολείται με τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών. Το CERN ιδρύθηκε το 1954 και αποτέλεσε μία από τις πρώτες κοινές ευρωπαϊκές προσπάθειες, πρόδρομος και αυτός Οργανισμός της Ευρωπαϊκής Ενωσης. Βρίσκεται στα γαλλοελβετικά σύνορα δυτικά της Γενεύης και περίπου 6.500 επιστήμονες χρησιμοποιούν τις εγκαταστάσεις του CERN, εκπροσωπώντας 500 πανεπιστήμια και περισσότερες από 80 εθνικότητες.
Αιτία ύπαρξης του CERN η «καθαρή επιστήμη», η διερεύνηση των πλέον θεμελιωδών ερωτημάτων για τη φύση. Τι είναι η ύλη και από πού προέρχεται; Πώς συγκρατείται μεταξύ της για να σχηματίσει αστέρια, γαλαξίες ή ανθρώπινα όντα; Από την επιστήμη των υλικών μέχρι και τους υπολογιστές η φυσική των σωματιδίων απαιτεί εξαιρετικές επιδόσεις, αναδεικνύοντας το CERN σ' ένα σπουδαίο πεδίο πειραματισμού και ελέγχου για τη βιομηχανία. Κύριος εξοπλισμός του CERN οι επιταχυντές των σωματιδίων και οι ανιχνευτές, που αξιολογούνται στα μεγαλύτερα και πολυπλοκότερα επιστημονικά όργανα στον κόσμο.
Οι επιταχυντές είναι διατάξεις που επιταχύνουν σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια και πρωτόνια, σε πολύ υψηλές ταχύτητες και ενέργειες. Μέσω της σύγκρουσης αυτών των σωματιδίων με ακίνητους στόχους, ή μεταξύ τους, και της καταγραφής των αποτελεσμάτων των συγκρούσεων με ανιχνευτές, οι φυσικοί μπορούν να αποκαλύψουν τις δυνάμεις που ασκούνται μεταξύ των σωματιδίων.
Το 1981 τα πρώτα πειράματα συγκρούσεων ύλης και αντιύλης είναι γεγονός και αποφασίζεται τότε η κατασκευή του LEP, ενός Μεγάλου Επιταχυντή Συγκρουόμενων Δεσμών Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων. Ηδη από τα τέλη της δεκαετίας του 1940 οι άνθρωποι είχαν οραματιστεί μια παγκόσμια βάση δεδομένων ικανή να συνδέεται με πολλές άλλες πηγές δεδομένων, έτσι ώστε κάθε σημαντική πληροφορία να διαδίδεται αστραπιαία στον κάθε διαπιστευμένο χρήστη.
Σήμερα, αναμφισβήτητα, το πιο δημοφιλές τέτοιο σύστημα είναι ο Παγκόσμιος Ιστός (world wide web - www) που άρχισε την επαναστατική του πορεία τον Μάρτιο του 1989 από το CERN! Ποιος θα το φανταζόταν άραγε πριν από δεκαοκτώ χρόνια ότι η έρευνα στη φυσική των σωματιδίων θα οδηγούσε σ' ένα σύστημα επικοινωνίας, το οποίο θα επέτρεπε σε κάθε σχολείο και κάθε μαθητή να αποκτήσει τη μεγαλύτερη βιβλιοθήκη του κόσμου μέσω μόνο ενός υπολογιστή;
Τον Σεπτέμβριο του 1995 μια διεθνής ομάδα ερευνητών υπό τον Γουόλτερ Οέλερτ κατορθώνει να συνθέσει άτομα αντιύλης από τα συστατικά της αντισωματίδια! Για πρώτη φορά ανοίγεται ένας δίαυλος στην εξερεύνηση της ατνιύλης και -γιατί όχι;- ένα υπερβατικό παράθυρο σε πιθανό αντισύμπαν... Τα πάντα στο Σύμπαν είναι κατασκευασμένα από άτομα. Τα άτομα είναι τόσο μικρά, ώστε αν βάλουμε ένα εκατομμύριο άτομα σε σειρά δεν θα ξεπεράσουν το πάχος μιας τρίχας από τα μαλλιά μας!
Ο Πίτερ Κάλμους, μετρ της σωματιδιακής φυσικής, λέει χαρακτηριστικά: «Το πρώιμο Σύμπαν ήταν απίστευτο, μια πυκνή αρχέγονη σούπα από στοιχειώδη σωμάτια, που συγκρούονταν συνεχώς μεταξύ τους σε καταπληκτικά μεγάλες ενέργειες, ένα εκτυφλωτικό σόου από πυροτεχνήματα. Πραγματικά το σημερινό Σύμπαν με όλη την ομορφιά και την ποικιλομορφία του είναι απλώς ο καπνός που απέμεινε από τη γιορτή των πυροτεχνημάτων...». Οι επιταχυντές σωματιδίων στο CERN επαναδημιουργούν τις συνθήκες ακριβώς μετά το Big Bang και η παρατήρηση του τι ακριβώς συμβαίνει μας βοηθάει να κατανοήσουμε γιατί το Σύμπαν έχει τη σημερινή μορφή του.
Μετρήσεις στην αστρονομία δείχνουν ότι έως και το 96% του Σύμπαντος βρίσκεται σε μορφή «σκοτεινής ύλης». Αυτή η ύλη δεν εκπέμπει φως, ή οποιαδήποτε άλλη ανιχνεύσιμη ακτινοβολία, και έτσι δεν μπορούμε να τη δούμε, αλλά η παρουσία της γίνεται αισθητή από τα βαρυτικά φαινόμενα που εμφανίζονται στην ύλη του 4% που παραμένει ορατή, δηλαδή στα αστρικά σμήνη και στους γαλαξίες!
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Συγκρουόμενων Δεσμών Αδρονίων (Large Hadron Collider, LHC) είναι ένας κυκλικός επιταχυντής με περιφέρεια 27 χλμ., τοποθετημένος σ' ένα υπόγειο τούνελ, σε βάθος περίπου 100μ,, στην περιοχή της Γενεύης, που θα υποχρεώνει τα πρωτόνια να κάνουν 11.200 περιστροφές το δευτερόλεπτο και θα χρησιμοποιεί μαγνήτες, των οποίων τα υπεραγώγιμα πολύκλωνα καλώδια θα έχουν συνολικό μήκος πέντε φορές την απόσταση Γης -Ηλίου! Ακόμη θα δημιουργεί στο κυκλικό τούνελ, που θα κυκλοφορούν οι δύο δέσμες, κενό διαστήματος και θα συντηρεί το συνολικό σύστημα των υπεραγώγιμων μαγνητών σε θερμοκρασία 1,9οC πάνω από το απόλυτο μηδέν, χρησιμοποιώντας υγρό ήλιο σε ατμοσφαιρική πίεση.
Ολα αυτά τα καταπληκτικά τεκταινόμενα και δρώμενα εκτοξεύουν την επιστημονική γνώση και δίνουν εργασιακή οντότητα σε εκατοντάδες εργοστάσια και πολλές χιλιάδες τεχνικούς ανά την υφήλιο. Φυσικά συνιστούν αυθεντικότατες και απόλυτα υγιείς παραστάσεις όσον αφορά τα ερεθίσματα και τον γνωστικό προσανατολισμό της νεολαίας.
Παράλληλα, δε, μεταφέρουν τεχνογνωσία από τα μυθικά ακροτελεύτια περιοχών «σκοτεινής ύλης» στην απειροστή δική μας καθημερινότητα, βελτιώνοντας αναλογικά τη ζωή μας. Και επειδή πάντα υπάρχουν δύσπιστοι και «Θωμάδες» σκεφτείτε ότι η βλαβερή δόση ακτινοβολίας που δεχόμαστε ακόμη και για τη διάγνωση ενός απλού κατάγματος, τώρα στα προηγμένα κέντρα περιορίζεται στο ένα δέκατο, αφού τη θέση της ακτινογραφικής πλάκας καταλαμβάνει ένας υπερευαίσθητος ανιχνευτής με τεχνογνωσία από το CERN! Και ακόμα η αμφιλεγόμενη ακτινοβόληση καρκινικών όγκων, τώρα μπορεί να αντικατασταθεί από συνεκτική δέσμη ιόντων άνθρακα, που έχει περάσει από επιταχυντική διάταξη και βομβαρδίζει με εκπληκτική συγκέντρωση τον στόχο!
Και δεν θα ξεχάσουμε βέβαια και τους ΡΕΤ, αφού η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (Positron Emission Tomography, ΡΕΤ) είναι μια δυναμική μέθοδος ραδιοφαρμακευτικής διάγνωσης, η ανάπτυξη της οποίας οφείλεται στο CERN και στο Νοσοκομείο του Καντονιού της Γενεύης. Το ΡΕΤ επιτρέπει την ανίχνευση μεταβολών σε ιστούς και όργανα που συνδέονται με ασθένειες, πολύ πριν εμφανιστούν σοβαρά συμπτώματά τους!
Με τις πλέον πρόσφατες εξελίξεις, επιταχυντές πρωτονίων έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται για τη ραδιοθεραπεία ή τη θεραπεία με αδρόνια, καθώς αυτό το αναπτυσσόμενο πεδίο έρευνας γίνεται γνωστότερο. Το πλεονέκτημα των πρωτονίων είναι ότι εναποθέτουν όλη τους την ενέργεια στο ίδιο σημείο. Αυτό κάνει τη θεραπεία με αδρόνια ιδανική για όγκους που εμφανίζονται κοντά σε ζωτικά όργανα, όπου η ακρίβεια είναι θεμελιώδους σημασίας... Μηχανές αεροσκαφών και τεχνητά ανθρώπινα μέλη συγκαταλέγονται στα προϊόντα που επωφελούνται από την τεχνική εμφύτευσης δέσμης ιόντων. Χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων αποκωδικοποιείται η δομή ιών όπως του HIV, προσδιορίζεται η ηλικία έργων, όπως οι τοιχογραφίες στο διάσημο σπήλαιο του Λασό και ευελπιστούμε ότι για την προστασία του περιβάλλοντος θα κατορθωθεί η αποδόμηση μακρόβιων πυρηνικών αποβλήτων σε αβλαβή υλικά!
Ο ATLAS είναι ένας ανιχνευτής που σκοπό έχει να εκμεταλλευτεί όλο το δυναμικό της Φυσικής που βρίσκεται πίσω από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Θα προσδιορίσει τις ενέργειες, τις διευθύνσεις, καθώς και την ταυτότητα των σωματιδίων που θα παραχθούν από τις συγκρούσεις των δύο δεσμών πρωτονίων. Αναμένονται γύρω στο ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις το δευτερόλεπτο και ο ρυθμός μεταφοράς των δεδομένων θα είναι ισοδύναμος με 20 τηλεφωνικές συνδιαλέξεις όλων των κατοίκων της Γης συγχρόνως!
Η Ελλάδα κατέχει αξιοπρόσεκτη θέση, αφού ομάδα ερευνητών από ελληνικά πανεπιστήμια βρίσκεται στο CERN και μετέχει στην κατασκευή του νέου Μεγάλου Επιταχυντή που θα τεθεί σε λειτουργία το επόμενο φθινόπωρο. Για το 30% της κατασκευής του φασματομέτρου μιονίων υπόλογος είναι πολυσυμμετοχική ομάδα από το ΕΜΠ, το Πανεπιστήμιο Αθηνών και το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.
Τελικός σκοπός ο εντοπισμός μιονίων, τα οποία ενδεχομένως να οδηγήσουν τους επιστήμονες στην πειραματική ανίχνευση των σωματιδίων Higgs. Στον ανιχνευτή CMS, (Συμπαγές Μιονικό Σωληνοειδές), αξιοπρόσεκτη είναι η παρουσία ερευνητών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, ενώ κορυφαία είναι η ελληνική συμμετοχή στη νέα κυοφορούμενη επανάσταση της Πληροφορικής, όπου εκατομμύρια κομπιούτερ ανά τον κόσμο, ίσως και το δικό μας, θα συναθροίσουν και θα γιγαντώσουν την απαιτούμενη ασύλληπτη υπολογιστική ισχύ που απαιτούν τα πειράματα στο CERN, επινοώντας και νέα πρωτόκολλα ασφαλείας.