Újra bekapcsolják a nagy hadronütköztetőt

Egyéves kényszerszünet után ismét bekapcsolják a világ legnagyobb részecskegyorsítóját, a CERN nagy hadronütköztetőjét. Szerdán este lezárják a hatalmas föld alatti csarnokokat, és minden mozgás megszűnik a 27 kilométeres alagútban. Mindenki lélegzet-visszafojtva várja majd a bezúduló protoncsomagokat és azt, hogy ezek megtegyék az első teljes köröket a rendszerben - 2008 szeptembere óta először. A kísérletektől az anyag és az Univerzum minden eddiginél mélyebb megértését várják a kutatók.

A nagy hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) persze nem egy kávéfőző, amit egy gomb megnyomásával lehet működésre bírni. Hónapok óta zajlanak az üzembe helyezés lépései az európai részecskefizikai kutatóközpontban, a CERN-ben. Az LHC az október 23-ai hétvégén kapott először részecskenyalábokat a tavalyi nagy meghibásodás után, ekkor léptek be idén először protonok - és ólomionok is - a 27 kilométer kerületű gyorsítócsövekbe. Ezt november 6-8-án újabb sikeres nyalábpróbák követték: ekkor már féltávot tettek meg a beinjektált protonnyalábok, mindkét csőben, mindkét irányban. A nyalábok hatását több nagy detektor is érzékelte.

A bekapcsolás

Az üzembe helyezés következő nagy lépését november 19-ére tervezik: a tervek szerint ekkor már teljesen körbemennének a nyalábok. Jelenleg mindenki erre készül a CERN-ben. "November 18-án, szerdán este lezárják a föld alatti detektorcsarnokokat, és minden tevékenységet felfüggesztenek. Várhatóan november 19-én, csütörtökön megérkeznek a protoncsomagok az előgyorsítóból, és megkezdik körbefutásukat az LHC nyalábcsatornáiban" - mondja Lévai Péter fizikus, aki az ALICE detektornál dolgozó magyar kutatókat vezeti. Az ALICE a Világegyetem eredetéről és "ősanyagáról", a kvark-gluon plazmáról szolgál majd adatokkal.

Komoly a magyar hozzájárulás egy másik detektornál, a CMS-nél is, amelynek fő feladata az "isteni részecske", a Higgs-bozon felfedezése. "Az egész magyar CMS-csoport rendkívül izgatott az LHC közelgő indulása miatt. Előkészítettünk egy tucat analízist, ezek csak a valódi adatra várnak, hogy azonnal publikálni lehessen őket. Mivel az észlelőrendszer tavaly óta készen áll, egy éven keresztül ketyegtettük a detektort, és kozmikus sugarakat vizsgáltunk vele. A kozmikus sugarak észlelésének nagyon sok előnye volt: segített ellenőrizni és összehangolni a detektorelemeket, valamint kidolgozni az adatgyűjtés, adattovábbítás és gyors adatelemzés technikáját" - mondja Horváth Dezső fizikus, a magyar CMS-csoport vezető kutatója.

A teljes köröket akár "bekapcsolásnak" is nevezhetjük, mert a CERN ugyanezen tavalyi eseményre, 2008. szeptember 10-ére szervezte az első, a nagyközönség számára is nyilvános eseményt, amelyről mi is tudósítottunk. Ha ez ismét sikerül, következik a nyalábok "tornáztatása" és a fókuszálási tesztek. A fő cél, hogy a protoncsomagok 450 GeV/részecske energiával (lásd keretes írásunkban), megbízhatóan keringjenek mindkét nyalábcsatornában. Az eseményekkel kapcsolatos friss információkat a magyar nyelvű CERN-blogban követheti.

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 első ütköztetések

Mint arra Jéki László cikksorozatából sokan emlékezhetnek, az LHC egy úgynevezett ütközőnyalábos gyorsító, azaz a két gyorsítócsőben egymással ellentétes irányban és közel fénysebességgel száguldó részecskecsomagokat bizonyos pontokon - a négy nagy kísérlet, a négy hatalmas detektorkomplexum területén - összevezetik, így a nyalábok szembetalálkoznak. A részecskék egy része összeütközik, ami rövid időre óriási energiát szabadít fel, olyan állapotokat teremtve kísérleti körülmények között, amelyek vizsgálatával az anyag legmélyebb szerkezetének megértéséhez kerülhetünk közelebb.

Ha november 19-én, illetve a következő napokban minden rendben menne, akkor elképzelhető, hogy a szembefutó protonnyalábokat már a hétvégén ütköztetik (az előgyorsító rendszer energiájával, ami 900 GeV-es proton-proton ütközéseket jelent). "Nagy izgalommal várják a kutatók, hogy a tavalyi balszerencsés kezdés után most már szerencsés és gyors indulás történjen, és az első fizikai adatok is napvilágra kerülhessenek az LHC-ból" - mondja Lévai (a bal oldali képen).

Tavaly ugyanis eddig már nem jutottak el. Kilenc nappal a "bekapcsolás" után megtörtént a baj: egyetlen hibás forrasztás miatt óriási károk keletkeztek a rendszerben, és a javítás közel egy évig tartott (galériánkban láthat a javításról készült fotókat). A meghibásodott mágnesek és egyéb berendezések cseréje mellett új biztonsági berendezéseket telepítettek, például 6500 új érzékelőt építettek be a teljes rendszerbe azzal a céllal, hogy jelezzék, ha a normálistól eltérő elektromos ellenállást észlelnek az összeköttetéseknél.

Új fizika

A fejlesztéseknek köszönhetően az LHC sokkal üzembiztosabb, mint egy évvel ezelőtt - mondják a CERN mérnökei, de mégis óvatosan folytatódnak majd az események. A nyalábenergiát karácsonyig csak 1,1 TeV-ra "tekerik fel", és december közepére ezekkel tervezik a következő ütközéseket. Ez 2,2 TeV-es ütközési energiát jelent. Ha ez sikerül, akkor a karácsonyi ajándék az, hogy az LHC immár a világ legnagyobb energiájú gyorsítója lesz, igaz, csak körülbelül 0,2 TeV-vel előzve meg az amerikai Fermilabot.

A fizikusok abban egyetértenek, hogy ez még nem igazi felfedező potenciál. Az 2010 februárjától várható, amikor a nyalábenergiát 3,5 TeV-re növelik, és jöhetnek a 7 TeV-es ütközések. Az első tudományos eredmények a detektorokban rögzített adatok több hónapon át tartó elemzése után, 2010 második felében várhatók.

Az LHC maximális energiája 7+7 TeV, de a tervek szerint 2010 végéig csak ennek felén üzemelne a rendszer. A fizikusok szerint mindenképen el kell indulni így is, 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.

Lent már nagy a csend...

...fent már nő a feszültség

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)