Megtörtént, amire két évtizede vártak a világ fizikusai: elindultak az elsõ protonnyalábok a jelenlegi legnagyobb teljesítményû részecskegyorsítóban, a Large Hadron Colliderben (LHC).
Megtörtént, amire két évtizede vártak a világ fizikusai: elindultak az elsõ protonnyalábok a jelenlegi legnagyobb teljesítményû részecskegyorsítóban, a Large Hadron Colliderben (LHC). Ezzel elkezdõdött az emberiség egyik legizgalmasabb tudományos kalandja, ami megerõsíthet néhány kvantumfizikai elméletet, és még többet megcáfolhat. Ha sikerül is fekete lyukat létrehozni, az nem szippantja magába a Földet, viszont megpillanthatjuk az õsanyagot és végre megtudhatjuk, mitõl van tömegünk.Az LHC-t valójában már augusztusban beindították: az elsõ teszteken megvizsgálták, hogy a legnagyobb gyorsítógyûrûn rendben mennek-e a protonnyalábok egyik, illetve másik irányba. Így az elsõnek nevezett protonnyalábok, amelyek a hivatalos megnyitón, a részecskegyorsító elsõ munkanapján, szeptember 10-én indultak el, valójában nem az elsõk voltak (a két nyalábot eddig még nem eresztették össze, ütközés tehát eddig nem történt az LHC-ben). Az elsõ nyaláb magyar idõ szerint délelõtt 10 óra 27 perckor körbeért, az LHC-t építõ szervezet, a részecskefizikai kutatások európai hivatala, a CERN egész nap élõ webcaston közvetíti a nap eseményeit. Mivel az protonok mélyen a föld alatt száguldanak és kamerák számára nem látványosak, a mûsor eddig kissé egyhangú: európai tudósok ujjonganak a gyorsító különbözõ helyszínein.
Egyedül nem ment volna
A vállalkozás még úgy is roppant költséges volt, hogy nem kellett új körgyûrût fúrni. Pontos összeget a CERN sem tud mondani, de a büdzsé valahol 3 és 6 milliárd euró között állt meg, a pénz nagy részét a detektorok illetve az 1200 új szupravezetõ mágnes vitte el – ez utóbbiak darabonként félmillió svájci frankba (körülbelül 75 millió forint) kerültek. Az üzemeltetésnek és a kísérleteknek további horribilis költségei lesznek (az LHC annyi áramot fogyaszt, mint egy kisváros), egyetlen ország vagy cég valószínûleg nem is bírta volna megépíteni és fenntartani a gyorsítót.
Kudarcra jó példa az amerikai Superconducting Super Collider: a 87 kilométer kerületûre tervezett, minden eddiginél nagyobbnak szánt gyorsítót 1991-ben kezdték építeni Texasban, két év alatt 23,5 kilométert ástak ki az alagútjából. Addigra a 4,4 milliárd dollárosra tervezett költségvetés 12 milliárdra kúszott, ezért a kongresszus lelõtte a projektet. Az LHC azonban több ország összefogásával készült és így el is készült. Magyarország is a CERN tagja, így mi is kivettük a részünket a sikerbõl és a számlákból: a GDP-nk arányában, azaz 0,76 százalékban járultunk hozzá a költségekhez, tavaly 7 839 950 svájci frankot (körülbelül 1,18 milliárd forint) utaltunk át a CERN-nek.
Szuperhideg szupermágnesek
A költségek az LHC méreteibõl adódnak, a méret pedig a részecskegyorsítók mûködésébõl. A részecskeütközések annál érdekesebbek, minél nagyobb energiaszinten történnek, a részecskék sebességét és energiáját pedig annál könnyebb növelni, minél nagyobb a gyorsító. A részecskék energiáját gigaelektronvoltban (GeV), illetve teraelektronvoltban (1 TeV = 1000 GeV) mérik, ezek gyakorlatilag a Joule-nak megfelelõ mértékegységek. Egy TeV elhanyagolható mennyiség, ha emberi mértékkel nézzük, az LHC-ben azonban igen pici térfogatra sûrûsödik ennyi energia. A 27 kilométeres ciklikus gyorsító elõdje, a LEP a legszebb napjaiban 200 GeV-ra volt képes, az LHC csúcsteljesítménye már 14 TeV, ami úgy jön össze, ha két 7 TeV-os energiájú, a fénysebesség 99,9999991 százalékával száguldó proton ütközik a gyorsítóban.
A nagy különbség fõ okai az LHC új mágnesei. A részecskéket úgy lehet körpályán tartani, ha mágneses térrel eltérítjük õket. Minél nagyobb egy részecske energiája, annál nehezebb eltéríteni, illetve annál többet fog kisugározni az energiájából, hogy eltérülhessen. Tehát az egész körgyûrû mentén szükség van mágnesekre, illetve olyan alkatrészekre (úgynevezett üregrezonátorokra), amelyek visszapótolják a részecskék elveszett energiáját. A LEP-ben még hagyományos vasmágnesekkel dolgoztak, az LHC mágnesei (összesen mintegy 50 ezer tonnányi) azonban már szupravezetõ elektromágnesek. A szupravezetés (amikor az elektromos ellenállás gyakorlatilag nullára csökken) azonban olyan fizikai jelenség, aminek irgalmatlan hideg a környezeti feltétele. Ezért a mágneseket 1,9 Kelvinen, azaz -271 Celsius-fokon kell tartani.
Emiatt bármilyen javítási munkálat tízhetes folyamat az LHC-ben: elõször ugyanis fel kell melegíteni az alkatrészeket, ami öt hét alatt történik meg, majd a javítás után vissza kell hûteni az egész rendszert, ez pedig újabb öt hét. A hûtõrendszerben mindeközben tízezer tonna folyékony nitrogén és 130 tonna szuperfolyékony hélium kering – ez utóbbi nagyon drága, minden cseppje kincs. Nem csoda, hogy a legszigorúbb minõségi elõírások mellett építették az LHC-t.
A hiányzó bozon nyomában
És hogy miért jó, hogy 80-150 méter mélyen tudósok protonokat ütköztetnek? Azért, mert az elméleti fizika teóriáit csak ilyen módon lehet ellenõrzött körülmények között próbára tenni. Csak az ütközések során fellépõ nagy energiakoncentrációban lehet felfedezni új részecskéket és igazolni feltételezett jelenségeket, végsõ soron pedig jobban megérteni az univerzum keletkezését és mûködését. Minél nagyobb az energiakoncentráció, annál nagyobb az esély az új felfedezésre – az LHC pedig minden eddigi gyorsítónál nagyobb teljesítményû. A korábbi legnagyobb protonütköztetõnek, a Fermilab Tevatronjának a maximális energiája 1,96 TeV volt, tehát az LHC a 14 TeV-jával több mint hétszer nagyobb energiakoncentrációra képes. Ha pedig a nehézionok ütközését nézzük – merthogy ilyenek is lesznek majd az LHC-ben –, a gyorsító harmincszor erõsebb, mint a Brookhaven National Laboratory által 2000 óta mûködtetett RHIC.
Egy népszerû, a tudatlanság és a média táplálta hisztéria szerint még olyan fekete lyukat is sikerülhet elõállítani, ami magába szippantja a Földet. Az LHC-ben azonban nem lesz világvége: ha keletkeznek is fekete lyukak – aminek nagyon kicsi az esélye –, picik lesznek és instabilak, egy pillanat alatt elpárolognak majd. A késõbbi nehézion-ütközésekben kvark-gluon plazmát is megpróbálnak majd elõállítani, vagyis olyan õsanyagot, ami közvetlenül az õsrobbanás után alkotta az univerzumot.
A kísérletekben magyarok is részt vesznek. A nehézion-ütközésekre konstruált ALICE detektornál az MTA KFKI RMKI egy kutatócsoportja [17] közremûködik majd, a Higgs-bozont vadászó CMS-hez pedig az RMKI mellett a Debreceni Egyetem Kísérleti Fizika Tanszéke [18] is delegál majd szakembereket.
Idén csak tesztelnek
Az LHC elsõ hónapjai azonban még csak a tesztrõl fognak szólni. "Elõször még csak az elõgyorsítók energiaszintjén, 900 GeV-on folynak a kísérletek, utána fokozatosan elkezdik bekapcsolni a gyorsítómodulokat és a pályán tartó mágneseket" – magyarázza az Alice-csoport feje, dr. Lévai Péter, az RMKI Elméleti Fizikai Fõosztályának vezetõje. "Október közepére tervezik a kerek 10 TeV-os ütközést, vagyis azt az eseményt, amikor mindkét ütközõ protonnak már 5 TeV az energiája, és szeretnénk december elejéig elérni a 14 TeV-os csúcsot."
A 2008-as idõszak tehát a gyorsító felfuttatása, ekkor kell kiderülnie, hogy a mágnesek pályán bírják tartani a protonokat, és a gyorsítófokozatok, detektorok is jól mûködnek. December eleje után egyhónapos szünet következik, ilyen minden évben lesz, egyrészt takarékossági okok miatt (decemberben legdrágább az áram), másrészt a karbantartás végett. Aztán 2009-ben megindul a nagyüzemi adatgyûjtés (rengeteg ütközést kell elvégezni, hogy a ritka jelenségek megmutatkozzanak), 2010-ben pedig protonnyalábokkal való kísérletek mellett nehézion-ütközéseket is végeznek majd.
Hogy mikorra lesz mindebbõl bizonyítható tudományos eredmény, nem tudni pontosan, de a következõ három évben jó eséllyel lesz bejelentenivaló felfedezés, és kis szerencsével akár már 2009 végén elkezdhetjük átírni a fizikatankönyveket.
Kapcsolódó cikkek
- Az olasz kormányfő bejelentette, hogy indul az EP-választáson (index.hu)
- Az olasz kormányfő bejelentette, hogy indul az EP-választáson (index.hu)
- Évszázadok óta tartó rejtély után kiderült, a magyarok tényleg leszármazottai-e a hunoknak (index.hu)
- Több szlovák-magyar regionális vasúti kapcsolat újraindítását tervezi a szlovák szaktárca (MTI)
- Orbán Viktor beszéde – 2024. március 15.
|