Félgőzzel indul az LHC az isteni részecskéért

Egyre jobban kiismerik a mérnökök és fizikusok a világ legbonyolultabb szerkezetét, a nagy hadronütköztetőt. A több mint egy éve tartó javítások befejeztével rövidesen megkezdődnek a kísérletek, de egyelőre csak a maximális ütközési energia 50%-án. Ám félgőzzel is el kell indulni, mert az amerikaiak jelenleg is éjjel-nappal keresik a Higgs-bozont, a nagy hadronütköztető fő célpontját.

Mint arról július 3-án beszámoltunk, az elmúlt hónapokban a CERN mérnökei sziszifuszi munkával, centiméterről centiméterre haladva számolták fel a tavalyi meghibásodás következményeit a nagy hadronütköztetőben (Large Hadron Collider, LHC), így a világ legnagyobb részecskegyorsítója rövidesen készen áll arra, hogy ismét üzembe helyezzék.

A CERN augusztus 6-án újabb közleményt adott ki. Eszerint egy lényeges ponton változik a terv a múlt havihoz képest: 2010 végéig az LHC 3,5 TeV-os (teraelektronvoltos) nyalábokkal üzemel, ezekkel zajlanak majd az ütközések (a két ütköző nyaláb 7 TeV-os energiát jelent). Egy hónapja még azt tervezték, hogy idén decemberben már 4 TeV-os nyalábok lesznek, majd a jövő tavaszi nagyobb karbantartás után érik el a tervezett maximális energiát, a 14 TeV-os ütköztetést célozzák meg, 7 TeV-os, "csúcsra járatott" nyalábokkal (a mértékegységről lásd keretes írásunkat).

Néhány csatlakozó előbb-utóbb meghibásodna

A változtatást azután jelentették be, hogy a múlt héten minden ellenőrző tesztet befejeztek a gyorsító nagy áramokra tervezett, szupravezető magot tartalmazó elektromos csatlakozásain. Egy ilyen csatlakozó megolvadása okozta 2008. szeptember 19-én azt a meghibásodást, amely miatt több mint egy évet csúszik a program.

"A 3,5 TeV-os gyorsítás esetén a szupravezető mágnesek csatlakozóin átfolyó 6000 amperes áram a hegesztéseknél található, átlagosan 100 nanoohm-os ellenállásokon még kezelhető feszültségugrást és ellenőrzés alatt tartható hőtermelést okoz, a jelenlegi rendszer ezt elviseli és stabil marad" - mondta Lévai Péter, az MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet tudományos tanácsadója az [origo]-nak. "Ha elérnénk a maximális 12 000 amper áramerősséget, akkor a csatlakozók közül néhánynál előbb-utóbb meghibásodás lépne fel. Ha jobban kiismerjük a mágnesek és a csatlakozók működését az 1,9 kelvines üzemi hőmérsékleten, akkor hibátlanul meg fogjuk tudni oldani a maximális áramerősség melletti működtetést."

Ismerkedés az energiaegységekkel

A részecskegyorsítókkal való "barátkozáshoz" elengedhetetlen a magfizikában és részecskefizikában használatos energiaegységek megismerése. 1 elektronvolt (eV) az a mozgási energia, amelyre egy elektron 1 Volt feszültségkülönbséget befutva szert tesz. Többszörösei: ezerszerese a kiloelektronvolt (keV); milliószorosa, vagyis a keV ezerszerese a megaelektronvolt (MeV); a MeV ezerszerese a gigalelektronvolt (GeV). Újabban már a TeV egységre is szükség van a gyorsítók leírásánál, ez a teraelektronvolt, az eV billiószorosa, a GeV ezerszerese. (1 TeV=10³ GeV=10⁶ MeV=10⁹ keV=10¹² eV)

Az új menetrend

A legújabb terv az, hogy 2009 novemberének közepén kezdődnek az első ütközések, 450 GeV-os nyalábokkal (azaz az előgyorsító rendszer energiájával). Ezt 1+1 TeV-ra emelik, majd innen mennek fel 3,5+3,5-re, és ezt tartanák 2010 végéig. Az előbbiek proton-proton ütközésekre vonatkoznak; 2010 végén lenne egy hónapnyi nehézion-üzköztetés ugyanezen az energián. Ezután következne egy nagyobb karbantartás, majd 2011-ben 5+5 TeV lesz a cél, és "mindent megtesznek", hogy még ugyanezen évben elérjék a maximális 7+7 TeV-ot.

Ez a lépcsőzetes menet úgy valósulhatna meg, hogy az üzemelés közben folyamatosan fejlesztenék a diagnosztikai eljárásokat (amelyek alapján meg lehet mondani, mennyi áramot bír el egy csatlakozó), és javítani is kellene a rendszeren. "A csatlakozók konstrukciója elvileg jó, de néhányat biztosan ki kell cserélni majd 2010 után, ha a maximális áramerősségen akarjuk használni a gyorsítórendszert. Továbbá javítani kell a szupravezető mágnesek és csatlakozók tréningezésén is. Ehhez kell kifejleszteni az új mérőmódszereket" - mondja Lévai Péter.

A mágnesek közötti csatlakozásoknál van a legtöbb hibalehetőség

Versenyfutás az "isteni részecskéért"

A szakember nem tartja rossz hírnek a fentieket, szerinte már ez a fele energia is "felfedező potenciál". Való igaz: a jelenlegi csúcstartó részecskegyorsító, az amerikai Fermilab 1,96 TeV-os ütközéseket végez - az LHC-ben első lépcsőben elért 7 TeV-tal ezt jóval túlszárnyalnák.

Lévai szerint mindenképen el kell indulni, méghozzá a régóta keresett Higgs-bozon miatt. Ennek megtalálása az LHC legfontosabb feladata. Újabb adatok alapján egyébként a Higgs könnyebb lehet, mint azt korábban gondolták, azaz kisebb ütközési energiákon is a nyomára lehetne bukkanni. Nagy szerencsével ez még a Fermilabban is sikerülhet, legalábbis ebben bíznak az amerikai kutatók, akik jelenleg éjjel-nappal működtetik a Chicago melletti TEVATRON gyorsítót. A versenyfutás tehát tovább folyik az "isteni részecske" felfedezéséért, az LHC pedig inkább elindul félgőzzel, nehogy lemaradjon ezen a kulcsfontosságú területen.

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.

Jéki László (1942-2009)

A fenti cikksorozat szerzője Jéki László, a fizikai tudomány kandidátusa, a tudományos ismeretterjesztés kiemelkedő személyisége, aki 2009. április 22-én, hosszú betegség után elhunyt.

"Elhatalmasodó betegségével élni akarását és azt a képességét szegezte szembe, hogy magát és betegségét mintegy természeti jelenségként, kívülről szemlélte. Betegségéről teljes nyíltsággal, de az önsajnálat vagy a szánalomkeltési szándék legkisebb jele nélkül beszélt. A hogylétére vonatkozó kérdésre az ismeretterjesztő munkáiból jól ismert, feszes, de a lényeget pontosan leíró választ adott, majd soha nem mulasztotta el jellegzetes, fanyar, mégis huncut mosolyával visszakérdezni: 'és uraságod hogy van?' Többé már ezt a kérdést sem teszi fel. Nagyon hiányzik és nagyon fog hiányozni. Emlékét megőrizzük."(Részlet a Fizikai Szemlében megjelent megemlékezésből )