Mit jelent az intézet életében és jövőjében az LHC, vagyis a nagy hadronütköztető, amelynek építésében és a kísérletekhez kapcsolódó szimulációkban az intézet munkatársai is részt vettek?

Az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet (RMKI) a magyarországi alapintézménye a tudományos érdeklődés fókuszában lévő, csúcstechnikákra alapozott, és ennek következtében kizárólag sokoldalú nemzetközi együttműködésben, nemzetközi nagyberendezéseken művelhető kutatási területeknek, ezek közül is kiemelten a CERN-beli, és az ahhoz kapcsolódó nagyenergiájú részecske- és magfizikai (nehézion-fizikai) kutatásoknak. Ezért a CERN-ben történő valamennyi változás szinte közvetlenül befolyásolja az intézet munkáját, stratégiáját, terveit. Fokozottan érvényes ez a megállapítás most, amikor elkészült és működésbe lépett a nagyenergiájú fizika fő kutatási irányait jó két évtizedre meghatározó, mind teljesítőképességében, mind méretében egyedülálló nagy hadronütköztető, az LHC. Az LHC a világ valaha épített legnagyobb kísérleti berendezése. 27 km kerületű földalatti gyűrűjében négy óriási észlelőrendszert (egyszerűsítve: kísérletet) működtetnek a Föld szinte valamennyi országából verbuválódott kutatók alkotta együttműködések. Magyarországról két akadémiai intézet, az RMKI és az MTA Atommagkutató Intézet (ATOMKI), valamint két egyetemi műhely, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Atomfizikai tanszéke és a Debreceni Egyetem Kísérleti Fizikai Intézete kutatói vesznek részt két nagy és egy kisebb LHC-kísérletben. A magyar csoportok munkáját az RMKI koordinálja.

A négy magyar intézmény kutatóinak legnagyobb csoportja a CMS (Compact Muon Solenoid) -kísérletben vesz részt. A nagyenergiájú fizikában szokásos, hagymahéjszerűen egymásba ágyazott elemekből álló észlelőrendszer megépítése csaknem húsz évig tartott, és méreteire jellemző, hogy csak vas kétszer annyi van benne, mint a párizsi Eiffel-toronyban. A magyarok több detektorelem tervezésében és építésében is részt vettek. Az RMKI legkifejezettebben a kis szögben előreszórt részecskék nyomon követésére szolgáló detektor építéséhez járult hozzá. Már a tervezésbe belefolytunk, és a végső megoldást jórészt RMKI munkatársak építették össze. Ez a munka, többek között, sok ezer kvarcszál befűzését jelentette többtonnás acélhasábokba, amit részben Budapesten, részben a CERN-ben csináltunk. Ez volt az első detektorelem, amelyet már 2006-ban leeresztettek a CMS földalatti barlangjába. Az új fizikai tartalmat hordozó ütközési események azonosításában rendkívül fontos a nagy áthatolóképességű, viszonylag könnyű részecskék, az úgynevezett müonok pályájának pontos meghatározása. Ennek a feladatnak a megoldásához elengedhetetlen a müonkamrák helyzetének minél pontosabb beállítása. Ezt a pozicionáló rendszert lényeges RMKI-s részvétellel debreceni fizikusok és mérnökök fejlesztették ki, építették meg, és üzemeltetik. Budapesti és debreceni kutatók a CMS-rendszer legbelső részének – a részecskék ütközési pontját közvetlenül körülvevő pixel-detektornak – az építéséhez is érdemben járultak hozzá, és jelenleg is részt vesznek annak üzemeltetésében.

Az RMKI kutatóiból álló, igen jelentős magyar csoport dolgozik az ALICE (A Large Ion Collider Experiment) -kísérletben. Itt magyar kutatók eredménye az ALICE-kísérlet gyors adatgyűjtő rendszere, amelyet az RMKI fizikusai, villamosmérnökei és szoftver szakemberei tizenöt éves munkával fejlesztettek ki, és amely olyannyira sikeresnek bizonyult, hogy mára számos kísérleti csoport is átvette világszerte. A magyar ALICE-csoport ezen kívül részt vesz a nagyimpulzusú részecskék azonosítására szolgáló detektorelemek üzemeltetésében és továbbfejlesztésében, és ennek a munkának az elősegítésére az intézetben létrehoztunk egy detektorfejlesztő laboratóriumot. Ennél a lépésnél ugyanakkor az a cél is vezérelt, hogy komoly tudományos feladatot jelentő kísérleti munkalehetőséget nyújthassunk a téma iránt érdeklődő egyetemi hallgatók számára.

Mit várnak konkrétan az intézet kutatói, tudományosan és személyes munkájukban az ott folyó kísérletektől, illetve lesz-e folytatása a közös munkának?

A CMS-kísérlet két fő célja a részecskefizika általánosan elfogadott elmélete, a Standard modell utolsó, még meg nem figyelt részecskéjének, a modellben kulcsszerepet játszó Higgs-bozonnak a felfedezése, illetve annak tisztázása, miből is áll a Világegyetem anyagának 80%-át kitevő, csak gravitációs tulajdonságain keresztül megfigyelhető sötét anyag. Mivel a sötét anyag csak a gyenge és gravitációs kölcsönhatásban vesz részt, részecskéinek leírását a jelenlegi Standard modellen kívül kell keresnünk. Ezzel a céllal már számos, a Standard modellt kiterjesztő új elméleti elgondolás született. Közülük a legnépszerűbb a szuperszimmetria hipotézise, amely egész sor, csak egészen nagy energiákon megfigyelhető új részecske létezését feltételezi. Ez az elmélet a sötét anyag magyarázatán kívül, lehetővé teszi számos további elméleti probléma megoldását, többek között a gravitáció beillesztését a részecskék kölcsönhatásainak rendszerébe. De több magyar kutató dolgozik magának a Standard modellnek a most kísérletileg elérhetővé váló nagyobb energiák tartományában való ellenőrzésén is. Máris nagyon sikeresnek bizonyult a magerők tanulmányozása az új energiákon, az eredményeket közzétevő dolgozat, mely egyben az LHC első publikációja az addig elért legnagyobb energiájú, 2,36 TeV-es proton–proton ütközésekről, magyar fizikusok vezető részvételével született.

Az ALICE-kísérlet a világegyetem keletkezését, az ősrobbanást közvetlenül követő időszak anyagának, a kvark-gluon-plazma rekonstruálására és vizsgálatára irányul. Az LHC nemcsak protonokat, hanem teljesen ionizált ólomionokat is ütköztet majd olyan nagy, eddig soha el nem ért energián, amely lehetővé teszi az atomok és atommagok kialakulása előtti ősanyag tanulmányozását laboratóriumi körülmények között. Az ALICE-kísérlet első nagy sikere az, hogy bár elsősorban a későbbi nehézion-ütközésekre épült, már az LHC indulásának pillanatában készen állt, és ez a kísérlet publikálta az LHC első cikkét azon protonütközések adatainak elemzésével, amelyek még a gyorsítás előtti, belövési energián születtek. Az RMKI fizikusai igen tevékenyek az ALICE-kísérlet elméleti alapjainak kimunkálásában is, számos új modellel gazdagították a nehézion-fizikát, és évente megrendezik a nagy nemzetközi népszerűségnek örvendő, az elméleti nehézion-fizikai csoport alapítójáról, Zimányi József professzorról elnevezett Zimányi Téli Nehézionfizikai Iskolát.

Hogyan tervezi a széleskörű nemzetközi együttműködésben folyó nagyenergiás fizikai kutatásban való további aktív részvételüket?
Lesz-e erre valamilyen szervezeti-működési szisztéma, vagy közös pályázatok,
eddig ismert utak?

A nagyenergiájú kísérletek hosszú távúak. Az LHC kísérletei húsz éve épülnek, és érdemben csak ebben az évben kezdtek adatot gyűjteni, egyelőre a gyorsító rendszer igen kis intenzitása mellett. A tervek szerint ezek a detektorok mintegy húsz évig működnek majd, természetesen állandó fejlesztés mellett.

A CERN kísérleteiben való részvételünket intézményesen Magyarország CERN-tagsága biztosítja. Azok az országok, mint Japán, Oroszország, USA, Kanada vagy Izrael, amelyek nem tagjai a CERN-nek, a kísérletekben való részvételhez komoly anyagiakkal járulnak hozzá a gyorsítók megépítéséhez és üzemeltetéséhez. A CERN állandóan bővül, utoljára Bulgária csatlakozott, most hagyták jóvá Románia csatlakozását. Izrael is jelentkezett CERN-tagságra, de felvételükhöz meg kell változtatni a CERN alapszabályát, mert az eredetileg európai országokra számított.

A tagság önmaga természetesen nem biztosítja az összes kísérletben való magyar részvételt. Erre egyébként sem a személyi feltételek, sem az anyagi eszközök nem adottak. Hosszabb távon meghatározó, hogy Magyarország 1999-ben egyösszegű hozzájárulást fizetett be a CMS- és ALICE-kísérletek megépítéséhez és üzemeltetéséhez, és azóta is hozzájárul az együttműködések közös költségeihez, jórészt központi kutatástámogatási (NKTH), de lényeges tudományos pályázati forrásokra (OTKA) is támaszkodva.

Bár maguk a kísérletek a dolog természeténél fogva a CERN-ben folynak, az eredményes és elismert munkához itthoni infrastrukturális háttér is szükséges. Az említett detektorépítő laboratórium mellett, az RMKI saját forrásaiból megépített és folyamatosan üzemeltet egy jelenleg 415 processzorból álló, 154 TB tárolókapacitással rendelkező, új típusú, úgynevezett grid-állomást (csomópontot) a CMS- és ALICE-adatok elemzésére. Ez a csomópont a kísérletek során keletkező irdatlan mennyiségű adat kezelésére létrehozott LHC Computing Grid rendszernek a világon hetedikként elismert Tier 2 szintű állomása, és azóta is a legkihasználtabb és legmegbízhatóbb állomások egyike. (A CERN számítógépközpontja a Tier 0 szint, ehhez tizenegy Tier 1 szintű központ, és több mint százötven Tier 2 szintű csomópont csatlakozik.)

Tekintettel arra, hogy a kísérleti munkához a munkaidő egy részét a CERN-ben kell tölteni, a mobilitás biztosítása elengedhetetlenül fontos az eredményes munkához. Ezekhez az anyagi forrást állandó pályázati aktivitással, kétoldalú egyezmények, valamint magyar, illetve CERN-ösztöndíjak révén próbáljuk folyamatosan biztosítani.
Az LHC hosszú távú programja és a többoldalú magyar részvétel felvetheti egy jobban tervezhető, stabilabb működést biztosító rendszer kialakításának gondolatát. Az RMKI kutatói egyébként nemcsak az említett két nagy LHC-kísérletben vesznek részt. Komoly magyar részvétellel és vezető szereppel büszkélkedhetünk a CERN Szuper-Proton-Szinkrotronjánál most induló NA-61/SHINE nehézion-kísérletben, melynek elődjében, az NA-49-kísérletben először kovácsolódott össze kritikus méretet meghaladó RMKI-s magyar kutatócsoport. Ennek a csapatnak az igen eredményes munkáját a nagyszámú tudományos közlemény, PhD-dolgozat és diplomamunka mellett a „Budapest fal” elnevezésű mérőrendszer is őrzi majd a krónikákban. De kisebb létszámú magyar csoportok működnek a CMS-detektor mellé települt, az élesen előreszórt részecskék tanulmányozására irányuló TOTEM-kísérletben és a CERN antiproton-lassítójánál az anyag és antianyag egyenértékűségét vizsgáló ASACUSA-kísérletben is.

Az Önök intézetében működik a legnagyobb részecske- és nehézionfizikai kutatócsoport Magyarországon, de jelen vannak-e eléggé a tudományos ismeretterjesztésben, van-e arra terve, hogyan lehetne jobban kommunikálni
az ott folyó munkát?

Vezető kutatóink előadóként, PhD- és diplomamunka-témavezetőként jelen vannak szinte valamennyi jelentős magyar egyetemen (ELTE, BME, SOTE, DE, SZTE, PTE). Ennek következtében több tucatnyi hallgató dolgozik az RMKI-ban tudományos diákköri munkán, diplomatémán vagy PhD-hallgatóként. Munkatársaink gyakran tartanak népszerűsítő előadásokat fővárosi és vidéki eseményeken. Rendszeresen adnak rádiós és televíziós interjúkat, és a hagyományos sajtó mellett egyre növekvő mértékben élnek az internet nyújtotta új kommunikációs lehetőségekkel. Szerénytelenség nélkül mondhatom, hogy ismeretterjesztő filmek készítésében kifejezetten termékenyek vagyunk. Újságíró és filmes szakemberekkel összefogva az elmúlt években fél tucatnál is több ilyen film készült RMKI-s kutatók szervezésében, illetve részvételével. A nagyenergiás fizika területéről említhetem a Kapcsolj fénysebességre, vagy az éppen elkészült Magyar kutatók a CERN nagy hadronütköztetőjénél című, DVD-formátumú filmeket. A tudományos újságírásról, ismeretterjesztésről szólva szomorúan kell megemlékeznem arról a nagy veszteségről, melyet Jéki László fizikus-újságíró munkatársunk múlt évi eltávoztával kellett elszenvednünk.

Természetesen azért lehet és kell is javítani ezen a téren is, elsősorban talán intézeti nyitott napok szervezésével, a „Kutatók éjszakája” mozgalomba való bekapcsolódással.

Mi az, amire Ön személy szerint leginkább kíváncsi az LHC-kísérletekben, mi a következő lépés és mi lehet a „végeredmény”?

Az LHC egyelőre a tervezett energia felénél működik (habár az is sokszorosa a korábban elért legnagyobb gyorsító-energiáknak), igen kis intenzitással. Az energia és az intenzitás végleges értékeinek megközelítése csak mintegy három év múlva várható, de már 2011-ben is elképzelhetőek új felfedezések. Mivel eddig el nem ért tartományok nyílnak meg előttünk, a jelszó: „Figyeld, amit vársz, vedd észre, amit nem vársz!”. Évek óta folynak a szimulációs munkák, a kezdeti időszak fő feladata a detektorok működésének és a szimulációk helyességének ellenőrzése, mivel új jelenségek megbízható felismerése csak sokszorosan ellenőrzött kísérleti körülmények között lehetséges.

Ahogy már említettem, a két legizgalmasabb kérdés a Higgs-bozon felfedezése és a világegyetem sötét anyaga titkának tisztázása. Szinte mindenki egészen biztos benne, hogy a Higgs-bozont meg fogjuk találni, hiszen a létezésének feltételezésével végzett számítások elképesztő pontossággal visszaadják az eddigi kísérleti adatokat. Érdekes helyzet állna elő, ha az eredmények arra utalnának, hogy a Higgs-bozon mégsem létezik, mert akkor sikerei ellenére összeomlana a Standard modell, és teljesen más elgondolásokra lenne szükség. A sötét anyag részecskéire vonatkozóan sokféle elméleti modell született, ezek közül a kísérleti eredményekkel való összevetés alapján lehet csak választani. Az egyik LHC-kísérlet, az LHCb, éppen annak a rejtélynek a tisztázására irányul, hogy vajon hová lett az ősrobbanáskor feltételezhetően létrejött antianyag, hiszen a Világegyetemben antianyag-galaxisokat nem látunk. Ebben a kísérletben magyarok ugyan nem vesznek részt, de az eredmény igencsak érdekes lesz.

A kísérleti részecskefizika soron következő „nagy ugrása” az LHC-hoz hasonló energiájú elektron-pozitron ütköztető megépítése lesz. „Nagyon új” jelenségeket többnyire protongyorsítókban mutattak ki, mert a sokféle összetevőt tartalmazó protonok ütközésekor nagy az esély új felfedezésekre. A gyenge kölcsönhatást közvetítő W- és Z-részecskéket is protonütközésekben fedezték fel, de tulajdonságaik részletesebb tanulmányozásához szükség volt a CERN nagy elektron-pozitron ütköztetőjére, a LEP-re. Ott ugyanis pontszerű, szerkezet nélküli részecskék ütköznek, minimális háttér mellett. Az LHC-nél felfedezni remélt új jelenségek pontos tanulmányozásához ezért már tervezik a jövő óriási elektron-pozitron ütköztetőjét, az International Linear Collidert.

Van-e valamilyen terve, elképzelése arra,
hogy fiatal tehetségeket vonzzanak az intézetbe?

Az intézet, de általánosabban a magyar tudomány jövője is döntően azon múlik, milyen mértékben sikerül tehetséges, rátermett és elkötelezett fiatalokat a tudományos kutatói pályára vonzani. Ez a feladat ma különösen nehéz a természettudományos területeken. A reményteljes fiatalok érdeklődésének felkeltése szisztematikus munkát igényel, melyet a tapasztalatok szerint célszerű már a középiskolás diákok körében elkezdeni. Az RMKI minden évben megrendezi a CERN által kezdeményezett, videokonferencia formájú Nemzetközi Részecskefizikai Diákműhelyt, melyeken egész napos foglalkozás keretében húsz–huszonöt középiskolást is beavatunk a kísérleti részecskefizika rejtelmeibe. A diákok oklevelet kapnak a nemzetközi eseményen való részvétel elismeréseként, az érdeklődő iskolák és diákok száma nagy örömünkre évről-évre nő. Ugyanakkor követendő példának tartom az egyik telephelyi társintézmény MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak elnevezésű nagysikerű rendezvényét, de népszerűsítő órák tartásával meg kell kísérelnünk a megjelenést a középiskolákban is.

Magától értetődő, hogy a közvetlen tudományos utánpótlást az egyetemi hallgatók körében kell keresni, és itt egy kutatóintézet jelentős „helyzeti hátrányban” van az egyetemekkel szemben, különösen akkor, ha távol is van az oktatási intézményektől. Bár az intézet vezetése eddig is intézeti munkának ismerte el az érdemi egyetemi oktatómunkát (előadások, TDK, emeltszintű labor, diplomamunka, témavezetés stb.), és megállapodások kötésével (BME, ELTE, SZTE) intézményesen is segítette a PhD-képzésben való szerepvállalást, további erőfeszítés szükséges a tehetséges hallgatók megnyerése érdekében. Mielőbb meg akarom találni a legalkalmasabb módját annak, hogy az ezen a területen kézzelfogható eredményt felmutató munkatársak jól látható erkölcsi és a lehetőségek adta kereteken belül anyagi elismerést kapjanak.