Bekapcsolták a legnagyobb részecskegyorsítót

"Bekapcsolták" a nagy hadron ütköztetőt, a világ legnagyobb részecskegyorsítóját a Genf melletti nemzetközi kutatóközpontban, a CERN-ben. Az első protonnyalábokat óvatosan, lépésről-lépésre vezették körbe a két gyorsítógyűrűben. Az üzembe helyezésnek egy fontos szakasza ezzel sikerrel lezárult. A következő hetekben-hónapokban a rendszer pontos beállítása és a részecskenyalábok gyorsítása zajlik, hogy aztán végre megkezdődhessenek a fizika alapvető kérdéseire válaszokkal kecsegtető ütközések. Képes beszámolónk a helyszínről.

A nagy hadron ütköztető (Large Hadron Collider, LHC), a világ legnagyobb részecskegyorsítója a beüzemelés kritikus szakaszán esett túl szeptember 10-én: a rendszer mindkét gyorsítógyűrűjében sikerült végigvezetni a protonokból álló nyalábokat - először csak lépésről-lépésre, végig a gyűrűk nyolc szegmensén, majd "szabad száguldást" engedve nekik néhány körön keresztül. A kísérletek során a két gyűrűben ellentétes irányban mozognak majd a protonok, és a detektorok területén ütköztetik őket (lásd az animáción a cikk 3. oldalán).

Mint azt élő közvetítésünkben követhették, az első nyaláb röviddel fél 10 után érkezett be az LHC 27 kilométeres alagútjába az előgyorsító rendszer utolsó eleméből, az úgynevezett szuper-proton-szinkrotronból (SPS), 450 GeV energiával. A CERN fő vezérlőtermében (Cern Control Center, CCC) a visszaszámlálás után a monitorokon felvillanó pont jelezte a protonok megjelenését, általános örömet kiváltva a kutatók és a helyszínen tartózkodó több száz újságíró körében.

Az első nyaláb beérkezésének képe

Ezt a beléptetési folyamatot már mindkét gyűrű esetében elvégezték augusztusban, de akkor az első szegmensben ki is vezették a nyalábokat. Először most is ez történt, de aztán egyre távolabbra engedték a közel fénysebességgel száguldó protonokat. A detektorok területén - mint arról cikksorozatunkban már többször olvashattak, az LHC-ben négy nagy ilyen rendszer van - és a hatodik szegmensnél (a P6-os pontnál) voltak a legkritikusabb szakaszok. Utóbbi helyen azért, mert itt van az LHC "szemétkosára" (Beam Dump), vagyis az a hely, ahová veszély esetén el lehet nyeletni a nyaláb óriási energiáját. Az egyes 10 órás mérési periódusok után is ide ürírik majd a protonokat.

A fenti filmrészlet még a második augusztui beléptetési próbánál készült, de jól érzékelteti, hogy milyen képeket láthattunk szeptember 10-én - csak sokkal nagyobb tömeg és sokkal felfokozottabb hangulat közepette. A protonok beérkezésének felvillanását a film utolsó kockáin láthatjuk, az előtte lévő látványos animáció a protonok száguldása a gyűrűben (ami valójában fénysebességgel közeli értéken történik) Forrás: CERN

A CERN fő vezérlőterme

Egy órával az első belépés után, fél 11 körül körbeért az első nyaláb a nagy hadron ütköztető óramutató járásaval megegyező, 27 kilométer kerületű gyorsítógyűrűjében. A lépésről-lépésre történő folyamat után a nyaláb még három teljes kört is megtett, aztán kivezették a gyűrűből. Az irányítóközpontból ahhoz hasonló képeket lehetett látni, mint egy Mars-szonda sikeres landolásakor.

Három teljes kör!

A második gyűrűvel való kísérlet megkezdését 12 órára tervezték, de probléma lépett fel a nyaláb beléptetésénél az előgyorsító rendszerből. A hiba - amelynek elhárítása majdnem egy órába telt - jól érzékeltette, hogy bár a rendszer egyes elemeit korábban számtalanszor ellenőrizték, egészként való működése még számos váratlan helyzetet eredményezhet. Vesztergombi György fizikus professzortól, a CMS-kísérlet magyar vezetőjétől megtudtuk: a mai eseményeknél a hibalehetőség még mindig 50% körül volt, tehát szó sincs arról, hogy már egy előre lepróbált folyamat dramatizált szimulációját láttuk volna. Sajnos a gyorsító egy korábbi műszaki problémája miatt a gyűrű egyes elemeit előre nem tervezett módon, sokáig kellett felszíni körülmények között tárolni, ami néhányat igen megviselt közülük. Egységes rendszerben való működésük ezért még mindig komoly hibalehetőségeket rejt.

Nehezen indult a második nyaláb

A nehéz kezdés után felgyorsult a folyamat: pontosan 15.07-kor a második gyorsítógyűrűben is rendben körbeért a nyaláb. Ezzel a mára, azaz a "First Beam Day"-re ("az első nyaláb napjára") tervezett események sikeresen befejeződtek: az LHC mindkét gyorsítógyűrűjénél jól vizsgáztak a protonok és a szakemberek. A folyamat egyben a gigantikus berendezés ünnepélyes üzembe helyezése volt.

Ajánlat: további képek szeptember 10-éről a CERN honlapján

Vesztergombi György az [origo]-nak elmondta: mára semmiképpen nem terveztek ütköztetést, mert a következő hetek feladata, hogy a nyalábokat megtanulják ehhez megfelelően irányítani és fókuszálni. Az egyébként körülbelül centiméteres nyalábot ugyanis nagyjából az emberi hajszál átmérőjére, 20 mikrométerre nyomják össze a detektorok területén, és ezekkel kell egymást eltalálni. Az első ütköztetést október 21-ére tervezik, addig pedig fokozatosan növelik a nyalábok energiáját. Ma egyébként gyorsítás sem történt a rendszerben, a nyaláb csak azzal az energiával (450 GeV - a mértékegység magyarázatát lásd cikkünk 2. oldalán) haladt körbe, amivel az előgyorsító rendszerből beérkezett. A gyorsítás is a következő hetek feladata lesz, és várhatóan októberre eljutnak az 5 TeV-os értékig, ami aztán jövő tavasszal mehet fel a végső 7-re. Ezzel a fizikusok előtt egy mindeddig feltáratlan világ nyílik meg, mert az LHC-vel elérhető energiák tartományában korábban sohasem végezhettek vizsgálatokat. Az első tudományos eredmények körülbelül egy év múlva várhatók.

A gyorsítóban a nagy, 15 méter hosszú dipólmágnesek teszik pályára a protonnyalábot, a kvadrupólmágnesek pedig fókuszálják. Végül a gyűrűben lévő egyenes szakoszokon gyorsítják a protonokat, ami azt jelenti, hogy nem a sebességüket növelik, hanem az energiájukat

Válaszokat várnak a világ nagy kérdéseire

Az LHC-vel végzett megfigyelésekből az Univerzum kialakulásának és az anyag szerkezetének soha nem látott titkaira derülhet fény. Rovatunk cikksorozatot indított a témában, amelynek bevezetőjében a kísérletekkel kapcsolatos biztonsági szempontokat tekintettük át, majd az első részben vizsgáltuk, miért van szükségünk egyáltalán részecskegyorsítókra, ezekre a gigantikus és drága szerkezetekre. A második részben a CERN eddigi részecskegyorsítóit és a korábban elért legfontosabb tudományos eredményeket ismertettük, a harmadik részben az LHC lenyűgöző technikai jellemzőit mutattuk be. A negyedik részben a kvark-gluon-plazmával, az Univerzum ősanyagával foglalkoztunk, amelyet a várakozások szerint "elkészítenek" majd végre a CERN-ben. Az ötödik részben arra kerestük a választ, hogy miért csak anyag van a Világegyetem eddig általunk megismert részében, hová lett az antianyag, illetve miért létezhet egyáltalán az anyag - az LHC ezek megválaszolásához is közelebb vihet bennünket. A hatodik részben egy kulcsfontosságú részecskével, a Higgs-bozonnal ismerkedhettek meg - amelynek megtalálása az LHC legfontosabb feladata -, majd a Standard Modellen túli részecskefizikai elméletekről olvashattak, amelyek első kísérleti alátámasztása is most először várható.

Sikeres volt az első nyaláb napja, jöhet a gyorsítás, majd az ütköztetés

Köszönet Jéki Lászlónak, Jónás Katinak és Horváth Dezsőnek otthon, Vesztergombi Györgynek, Jurcsó Péternek és Soós Csabának itt a helyszínen a sok segítségért.

Simon Tamás