Csatlakozás
Magyarország 1992-ben csatlakozott a CERN-hez, nem sokkal követve
Lengyelországot és az akkori Csehszlovákiát. Akkor ez óriási dolog
volt, egyike az első lépéseknek az Európai Unió felé (1. kép).
Pungor Ernő és Zimányi József akadémikusok szervezték, és az
Antall-kormány hagyta jóvá, hajtotta végre. Akárcsak a tízéves
évfordulót 2002-ben, a húszéveset is többszörösen megünnepeltük: a
Fizikai Szemle 2012. októberi számát CERN-es visszaemlékezéseknek
szenteltük, ugyancsak októberben ünnepi ülést rendeztünk az
Akadémián, amelyen részt vett Rolf-Dieter Heuer, a CERN
főigazgatója, és az Eötvös Loránd Fizikai Társulat segítségével ott
helyben sikerült a Fizikai Szemle CERN-számát kiosztanunk a
résztvevők között. Akárcsak tíz éve, most is összeállítottunk egy
CERN-es különszámot a Természet Világa folyóiratnak; a Fizikai
Szemlével ellentétben annak cikkei inkább a fizikára
összpontosítottak. A húszéves évfordulót megkoronázta a Higgs-bozon
keresésének óriási médiafigyelemmel bejelentett eredménye: a
részecskefizika hihetetlenül sikeres elméletének a Higgs-bozon volt
az utolsó, még meg nem figyelt részecskéje, és 2012-ben igencsak
közel kerültünk hozzá a CERN Nagy hadronütköztetőjénél (LHC); a
munkában részt vett egy viszonylag nagy magyar csoport is.
Magyarország huszonegy éve a CERN hivatalos
tagországa, de magyar kutatók már jóval régebben, a hetvenes évek
óta dolgoznak a CERN-ben. Eleinte ennek leggyakoribb módja az volt,
hogy magyarok a dubnai Egyesített Atommagkutató Intézet, az EAI
színeiben vettek részt CERN-i kísérletekben, a CERN és az EAI között
ugyanis a kezdetektől – hidegháború ide vagy oda – igen szoros,
baráti együttműködés volt. Jelenleg is évente közös iskolát
szerveznek doktoranduszok számára (a 2013-as CERN–EAI közös
részecskefizikai iskolát éppen Magyarországon, Parádfürdőn
rendezték), és a dubnai intézet egyike az LHC-kísérletek egyik
legjelentősebb részt vevő intézeteinek.
Méretek és technika
A részecskefizika különösen érdekes mind a kutatók, mind a
nagyközönség, mind pedig az ipari fejlesztés szempontjából. Ami a
részecskefizikus kutatók számára magától értetődő, az a más
területen dolgozó kutatókat elképeszti: az együttműködések és
mérőrendszerek iszonyatos mérete és a némileg ipari jellegű
szervezettség eredményeképpen születő, több ezer szerzős
publikációk. A nagyközönség fantáziáját is a méretek mozgatják: ha a
világ adófizetői hajlandók voltak összeadni csaknem tízmilliárd
eurót az LHC (és detektorai) megépítésére, amelynek egyik fő célja a
Higgs-bozon megtalálása, akkor az a Higgs-bozon biztosan nagyon
érdekes, kering is róla rengeteg vicc az interneten. Az ipari
fejlesztést is a méretek érdeklik, hiszen egy-két eszközt még
megveszünk a boltban, de sok ezer egyformára már érdemes
célberendezést fejleszteni.
A CERN jelenleg a világ legnagyobb részecskefizikai
laboratóriuma: mintegy 2800 főt foglalkoztat, és ezzel tízezernél
jóval több, a kísérletekben részt vevő kutatót és több mint ezer
diákot szolgál. Részecskefizikai alapkutatásra szakosodott
intézmény, jelentősége azonban messze túlnő a részecskefizikán.
Georges Charpak 1968-ban építette meg a CERN-ben az első sokszálas
proporcionális számlálót, amely azután forradalmasította a
részecskeészlelés technikáját (nemcsak a részecskefizikában), és
Nobel-díjat hozott a felfedezőnek. Az a technológiai kihívás,
amelyet az újabb és újabb gyorsítók és detektorrendszerek
kifejlesztése és megépítése követel, komoly fejlődést hozott a
vákuumtechnikában, az elektronikában és a számítástechnikában
egyaránt. A LEP (Nagy elektron–pozitron ütköztető, 1989–2000)
gyorsító DELPHI (Detector with Lepton, Photon and Hadron
Identification) detektora a világ legnagyobb szupravezető mágnesét
tartalmazta 1989-ben, és a 2009-ben indult LHC (Large Hadron
Collider, Nagy hadronütköztető) CMS (Compact Muon Solenoid)
detektora tartalmazza a jelenlegi legnagyobb szupravezető
szolenoidot: a hat méter belső átmérőjű hengerben 3,8 T mágneses tér
honol. A CERN körül, a svájci–francia határ mindkét oldalán,
hatalmas technikai parkok jöttek létre fejlesztőcégek tucatjaival.
A CERN máig legnagyobb jelentőségű (mellék)terméke
a „világháló”. 1990-ben Tim Berners-Lee két munkatársával arra
fejlesztette ki, hogy a fizikusok az irodáikból (legyenek azok
Genfben vagy Londonban) tudják ellenőrizni a kísérlet állapotát (a
főnöke azt írta az eredeti tanulmánytervre, hogy Vague, but exciting
[bizonytalan, de izgalmas]), és néhány év alatt robbanásszerűen
elterjedt a világban, 1994-ben már a vatikáni könyvtárban
barangoltam vele. A CERN a jelenleg igen gyorsan fejlődő
Grid-technológia fejlesztésében is élen járt: egy 2004-ben kezdődött
EU-projekt keretében a világ 80 intézményének konzorciumát
koordinálta egy egységes Grid-rendszer kifejlesztése érdekében, és
nemcsak a nagyenergiás fizika számára: egy évtizede például otthont
adott az emlőrák diagnosztikáját szolgáló európai MammoGrid
rendszernek. Sok közérdeklődésre is számot tartó érdekesség
olvasható a CERN honlapján (URL1).
A Higgs-bozon
2012. július 4-én világszerte óriási érdeklődés kísérte, amikor az
ATLAS és a CMS bejelentette, hogy sikerült kimutatnia egy új
részecskét, amelynek a Standard Modell által megjósolt
Higgs-bozonhoz hasonló tulajdonságai vannak. Az új részecske
megjelenése igen meggyőző: két független kísérlet, két különböző
gyorsítóenergián, több különböző módon, de ugyanazokkal a
tulajdonságokkal mutatta ki. Annak egyértelmű eldöntéséhez, hogy az
valóban a Peter Higgs által megjósolt részecske-e, további
vizsgálatok szükségesek, de a 2012 folyamán gyűjtött további adatok
megerősítették a kezdeti eredményeket, és minden megfigyelt adat azt
látszik alátámasztani, hogy valóban egy Higgs-bozont, és nagy
valószínűséggel a Standard Modell Higgs-bozonját látjuk. A két
kísérlet 2013-ban tovább finomította a Higgs-bozon keresésében elért
addigi eredményeit. Ezek szerint a CMS új bozonja a 125,7 ± 0,3 ±
0,3 GeV, az ATLAS-é pedig a 125,5 ± 0,2 ± 0,6 GeV tömegnél látható,
ahol az első bizonytalanság statisztikus, a második szisztematikus
eredetű, a két eredmény tehát statisztikusan azonos, messzemenően
megerősíti egymást.
|
|
Oktatás
A CERN az ismeretterjesztést és a közoktatást is támogatja: évente
mintegy nyolcvanezer látogatót fogad, főként iskolás csoportokat, és
többféle oktatást szervez középiskolás diákok és fizikatanárok
számára. A diákoknak szánt diákműhelyek (masterclass, mesterkurzus)
minden év március-áprilisában vannak. A CERN-tagországok intézményei
diákcsoportokat látnak vendégül egy-egy napra: délelőtt előadásokat
hallgatnak a részecskefizikáról, délután pedig ténylegesen mért
LHC-adatokat elemeznek. Az eredményeket ezután nemzetközi
videokonferencia keretében összehasonlítja különböző országok öt-hat
csoportja. A hazai diákműhelyeket Jancsó Gábor szervezi Budapesten,
Horváth Árpád Székesfehérvárott és Ujvári Balázs Debrecenben. Ezek
az akciók egyre népszerűbbek a gyerekek körében: a 2013-as budapesti
diákműhelyre például háromszor annyian jelentkeztek, mint a
befogadóképesség (húsz főt tudunk fogadni), ezért már három éve a
hivatalos, CERN-es műhely után egy sajátot is szervezünk azonos
felépítéssel, csak a nemzetközi videokonferenciát a CERN-ben dolgozó
magyarokkal szervezzük, magyar nyelven.
A fizikatanárok CERN-es továbbképzése is több szinten folyik: a CERN
kétfélét is szervez és támogat, kéthetest angol és egyhetest
anyanyelven. Az utóbbit mi, magyarok szerveztük meg elsőként
2006-ban, és azóta évente ismételjük: Sükösd Csaba és Jarosievitz
Beáta (BME) esetenként negyven magyar fizikatanárt visz busszal a
CERN-be, ahol egy hétig előadásokon, gyakorlatokon vesznek részt, és
meglátogatják a kísérleti berendezéseket; azóta már évente harminc
hasonló kurzus van különböző nyelveken. Az eddigi magyar nyelvű
iskolák teljes anyaga megtalálható a CERN Hungarian Teacher
Programme lapon (URL2).
Magyarok a CERN-ben
A magyar ismeretterjesztő sajtó mindig komoly figyelmet szentelt a
CERN-i kutatások magyar vonatkozásainak. 1994-ben a Fizikai Szemle
különszámot szentelt a CERN fennállásának 40. évfordulójára, és a
Természet Világának is volt részecskefizikai különszáma (Mikrovilág,
20003), amelyben a kísérleti vonatkozású cikkek a CERN-re
összpontosultak. Amikor Zimányi Józseffel a Fizikai Szemle 2000-es
évi harmadik, CERN-különszámát szerkesztettük csatlakozásunk tizedik
évfordulója alkalmából, felhívásunkra annyi cikk érkezett, amennyi
messze meghaladta egy szám terjedelmét, ezért a különszám után
hónapokig jelentek meg eredetileg oda szánt cikkek. 2012-es
felhívásunknak is hasonló eredménye lett. A húszéves magyar tagság
kapcsán ugyan most másfajta cikkek megírására kértük CERN-es
kollégáinkat: írjanak személyes élményeikről, kalandjaikról. Hátha
abból a lelkesedésből, amivel csatlakoztunk és részt vettünk a CERN
tevékenységében, sikerül valamit a fiataloknak átadni, és növelni
bennük a természettudományok iránti érdeklődést. A Fizikai Szemle
2012. októberi számában összegyűjtött mindegyik írás ilyen személyes
és helyenként kimondottan mulatságos élménybeszámoló.
A CERN kísérleti berendezései
A továbbiakban címszavakban felidézzük a CERN főbb
mérőberendezéseit. Az évtizedek folyamán számtalan cikkben írtuk le
ezeket, többek között a Magyar Tudományban valamint a Fizikai Szemle
cikkeiben és tavalyi tematikus számában, de röviden talán itt is
érdemes áttekintenünk.
A CERN gyorsítókomplexuma 2000 előtt
A legnagyobb gyűrű a LEP, a Nagy elektron–pozitron ütköztető volt
négy kísérlettel, amelyek közül kettőben, az L3- és az
OPAL-kísérletben működött magyar csoport. A részecskék energiáját
több gyorsító növelte a kívánt értékre, és valamennyi közbenső
gyorsító közvetlen kísérleteket is szolgált. Az elektronok és
pozitronok EPA-ból (elektron–pozitron akkumulátor) indultak, és a
Protonszinkrotron (PS) és a Szuper-protonszinkrotron (SPS)
gyorsítókon keresztül jutottak a LEP-be. Az SPS-protonokat és
nehézionokat juttatott az ott telepített kísérleteknek, amelyek
közül az NA-49 nehézion-kísérlet jelentős magyar részvétellel
működött. A protonok a LINAC2 lineáris gyorsítóból a PSB-be
(Proton-szinkrotron booster) jutnak, ahonnan a részecskék felét az
ISOLDE (Isotope Separator OnLine DEvice) izotóp-szeparátorba
juttatják, ahol atomi nyalábokat készítenek a segítségükkel. A
protonok másik fele a PS-ban 24 GeV energiát nyer, majd továbbjut az
SPS-be, vagy antiprotonokat állítanak elő vele az AAC (Antiproton
akkumulátor / kollektor) számára, amely azokat folyamatosan gyűjti.
Amikor a LEAR (Low Energy Antiproton RING, alacsonyenergiás
antiproton-gyűrű) kifogy az antiprotonokból, az AAC átküldi a
felgyűlt antiproton-készletét a PS-be, amely azt kellőképpen
lelassítva a LEAR-gyűrűbe juttatja. A LEAR állandó nyalábhűtés
közben lelassítja őket, majd fokozatosan a kísérletekhez engedi, az
azok által kívánt ütemben. Az ólomionok a LINAC3-ból indulva járják
végig a protonok útját egészen az SPS-kísérletekig.
A jelenlegi gyorsítókomplexum
A CERN jelenlegi zászlóshajója az LHC (Large Hadron Collider, Nagy
hadronütköztető), amely 2012-ben 4 TeV (1 TeV = 1000 GeV = 1012 eV)
energiájú protonokat ütköztetett egymással négy pontban, az ALICE,
ATLAS, CMS és LHCb óriási észlelőrendszerek középpontjában. A
protonok a korábban leírt LINAC2-, PSB-, PS- és SPS-úton, két
irányból jutnak egymással szemben keringve az LHC-ba. A nehézionok
is ugyanezt az utat járják be a LEAR helyén épült LEIR (Low Energy
Ion Ring, alacsonyenergiás iongyűrű) közbeiktatásával. Az LHC
ólomionokat is tud egymással ütköztetni, sőt 2013-ban proton-ólom
ütközéseket is végzett. Az AAC helyén most az AD (Antiproton
Decelerator, antiproton-lassító) működik. Az LHC-kísérletek közül az
ALICE-ban és a CMS-ben van nagy magyar csoport, működik még magyar
csoport a CMS két oldalán felépült TOTEM-kísérletben és az ATLAS-ban
is. Ezeken kívül az SPS SHINE kísérletében (az NA-49 utóda) van még
magyar csoport, valamint az AD ASACUSA együttműködésében.
Kulcsszavak: részecskefizika, CERN, Higgs-bozon, nemzetközi
együttműködés, részecskegyorsítók, Nagy hadronütköztető
|
|