CERN, a részecskefizika fellegvára
Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) Nagy Hadronütköztetőjét és a részecskegyorsítás folyamatát mutatta be a Szalon Egyetem hallgatóinak Horváth Dezső, a Magyar Tudományos Akadémia doktora. Az előadás hallgatói térben és időben is nagy utat tettek meg képzeletben: jártak a Genfi-tó mellett, száz méterrel a föld alatt, és az ősrobbanástól eljutottak a Higgs-bozon felfedezéséig.
A részecskefizika egzakt tudomány, univerzális nyelve a matematika. Azaz akkor érvényes egy elmélet, ha számolni lehet vele, és a számolás eredménye egyezik a kísérleti eredményekkel. Tehát a kérdés az, hogy milyen pontossággal adja vissza az elméleti számítás a mérések eredményét. A fogalmak mérhető mennyiségek, a szavak tulajdonképpen csak manók – kezdte előadását a Szalon Egyetem legutóbbi összejövetelén Horváth Dezső részecskekutató.
A szakember leszögezte: számítás nélkül nincs fizika, ami a valószínűség leírása, minden más csak spekuláció. Ahogyan a Nobel-díjas Richard Feynman megfogalmazta: „Igazán ezt senki sem érti teljesen, de hallgass, és számolj!”
Az ősrobbanás 14 milliárd évvel ezelőtt történt, előtte nem volt semmi, hogy vizsgálni lehessen, így ehhez az időponthoz kell közel kerülni. Erre már majdnem alkalmas a Hubble űrteleszkóp, amely 13 milliárd fényévnyi távolságra visz el.
Ezzel is foglalkozik az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet, a CERN. A világ egyik legnagyobb kutatóintézete több mint 20 ország részvételével működik, és 72 ország intézetei kapcsolódnak be a konkrét kísérletekbe. A CERN száz méterrel a föld alatt, a Genfi-tó mellett található, egy 27 kilométeres körben, Svájc és Franciaország területén, 2500 alkalmazottja és 12 ezernél több kutatója van.
A CERN részecskegyorsítójának alagútjában 9300 mágnest szereltek fel, ott működik a Compact Muon Solenoid (CMS), a világ legnagyobb szupravezető mágnese. Az ehhez szükséges rezet az orosz haditengerészet töltényeiből készítették, mert ezek a második világháború előtti időszakból származnak, ezért nem szennyeződtek a légköri atomrobbantásokkor.
A rendszert úgy kell elképzelni, mint egy 14 ezer tonnás digitális fényképezőgépet, amely 100 millió pixelen 40 millió kép/másodperc és 2 ezer gigabyte/másodperc adatmennyiséggel működik. Ebből a negyvenmillió ütközésből ezret képes tárolni, így a szűrés óriási jelentőséggel bír. A kísérletek adatai elsődleges adattárolókba kerülnek, például a magyar Wigner Adatközpontban 325 ezer CPU-egységen 250 PB adatot kezelnek.
A CERN-ben fedezték fel a Higgs-bozont. Erről hosszú ideje feltételezték, hogy létezik, de sokáig nem tudták kísérletben bizonyítani. Kellett hozzá a részben e célra épített Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider), amely 2008-ban indult el, de egy hiba miatt csak 2009-ben kezdődött meg az üzemszerű működése.
A CERN 2012. július 4-én jelentette be, hogy talált egy részecskét, amely nagyjából megfelel a Higgs-bozonnal szemben támasztott követelményeknek. Egy évvel később – az eredmények ellenőrzése után – már kijelentették, hogy a részecske a Higgs-bozon. Az elméletért Francois Englert és Peter Higgs 2013-ban fizikai Nobel-díjat kapott.
Megvan tehát a Higgs-bozon, minden mérés egyezik az elmélettel, miért van szükség a továbbiakban a CERN-re és a részecskegyorsítóra? – tette fel a kérdést Horváth Dezső. A válasz az, hogy a gravitációt nem lehet a Higgs-bozon mellett értelmezni, az elfogadott és érvényesnek tekintett gravitációelméletnek ebben nincs helye. Több problémát kell megoldani: az egyik, hogy hol vannak az antirészecskék. Az univerzum tömegének 26 százaléka ugyanis sötét anyag, ami valószínűleg részecske jellegű, nem csomósodik, nem nyeli el, nem kelti a fényt. Minderre egyelőre még nem ad magyarázatot a részecskefizika.
Ezért a CERN egy antianyaggyárat épített, ahol antiprotonokat állítanak elő. Az anyag-antianyag szimmetria ellenőrzése is megoldott, a többi között sikerült antihidrogén-nyalábot létrehozni. Érdekesség, hogy a nemzetközi űrállomáson is a CERN keresi az antianyagot.
A világban 14 ezer részecskegyorsító működik, ebből a mag- és részecskefizika 120 gyorsítót használ, a többi az egészségügyet és a mikroáramkörök gyártását szolgálja. Bár Horváth Dezső szerint a részecskefizika alapkutatás, közvetlen gyakorlati haszna nem várható, közvetett módon mégis számtalan területen viszi előre a világot.
A Magyar Tudományos Akadémia doktora a részecskekutatás szépségeit is magyarázó Douglas Adams-idézettel zárta előadását: „Van egy elmélet, miszerint ha egyszer kiderülne, hogy mi is valójában az Univerzum, és mit keres itt egyáltalán, akkor azon nyomban megszűnne létezni, és valami más, még bizarrabb, még megmagyarázhatatlanabb dolog foglalná el a helyét. Van egy másik elmélet, amely szerint ez már be is következett.”
sm.