Pandora, Gabriella
-3 °C
3 °C

Már hétvégén lehetnek ütközések az LHC-ben

2009.11.19. 16:53
Az előzetes tervekkel ellentétben nem december elején, hanem akár már a november 21-22-i hétvégén is megtörténhetnek az első részecskeütközések a világ legnagyobb részecskegyorsítójában, a Large Hadron Colliderben (LHC). Az európai részecskefizikai kutatóintézet, a CERN egy súlyos üzemzavar után indítja újra a gyorsítót.

Több mint egyéves kálvária ér véget csütörtökön a CERN részecskegyorsítójában, az LHC-ben. A gyorsító tavaly szeptember 10-én indult el, hamarosan az első kép is megérkezett, Indiában pedig kisebb pánikot okozott a start híre. Aztán egy hét után a hűtőrendszer meghibásodása miatt leállították a körülbelül hatmilliárd euróból épült gyorsítót, majd másnap újraindították. 2008. szeptember 19-én, azaz alig kilencnapos üzemelés után azonban olyan rendszerhiba lépett fel, ami miatt hosszú időre le kellett állítani az LHC-t. A 2008. október 22-i nyitóceremónián tehát úgy gratuláltak Európa miniszterei és tudósai a CERN leköszönő főigazgatójának, Robert Aymarnak az LHC-hez, hogy a gyorsító állt (lásd helyszíni riportjainkat).

Érzékeny műszer

Az üzemzavar következményei súlyosak voltak: a gyorsító 27 kilométer kerületű, föld alatti körgyűrűjében hat tonna szuperfolyékony hélium elfolyt, több tucat mágneselemet kellett cserélni, a javítás költsége körülbelül negyvenmillió svájci frank volt. A CERN mérnökei eleinte egy rossz forrasztást hibáztattak, de ahogy tovább vizsgálódtak, az derült ki, hogy a vártnál is érzékenyebb az LHC rendszere.

Két sérült mágneselem találkozása
Két sérült mágneselem találkozása

A berendezés mágneselemeiben a már említett hélium 1,9 kelvinen (azaz mínusz 271,2 Celsius-fokon) cirkulál, mert ilyen irgalmatlan hideg szükséges ahhoz, hogy fellépjen a szupravezetés, vagyis az a fizikai jelenség, amikor az elektromos ellenállás szinte nullára csökken (ez szükséges ahhoz, hogy fénysebesség közeli sebességű protonokat az LHC körpályájára kényszerítsenek).

A nagy üzemzavart az okozta, hogy egy forrasztáson megnőtt kicsit az ellenállás – de később több hasonló forrasztást is találtak a mérnökök. Rájöttek, hogy néhány nanoohmnyi ellenállás sokkal többet számít, mint azt eleinte gondolták. Az LHC érzékenységét egyébként az is jelzi, hogy a két héttel ezelőtti tesztek során egy madár által egy felszíni berendezésbe beleejtett kenyérdarabka is zűröket tudott okozni.

A CERN folyton változtatgatta az LHC újraindításának időpontját. Eleinte úgy tűnt, két hónap alatt megjavítják a berendezést, majd arról beszéltek, hogy 2009 tavaszáig tart a kényszerszünet. Ezután az intézetben belátták, hogy a biztonsági rendszer időigényes fejlesztése is elkerülhetetlen, és 2010-es indulást említettek. Később 2009 szeptembere, majd októbere lett az új időpont, végül a CERN november közepére ígérte az LHC restartját, bár pontos dátumot nem mondtak.

Ütközések már a napokban

Most úgy tűnik, hogy az LHC – a tavalyinál jóval kisebb hírveréssel körített – elindulásának időpontja november 19. csütörtök. Erről tanúskodik a CERN twitteroldala, amely szerint az LHC november 18-án újra teljes mértékben üzemképessé vált, és a dolgozók elkezdték az első teljes nyalábkörök előkészítését. Kérdésünkre dr. Lévai Péter, az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet fizikusa, az ALICE nevű detektornál dolgozó magyar csoport vezetője is megerősítette, hogy csütörtökön indul újra a gyorsító. A Cernblognak pedig az egyik kint dolgozó magyar fizikus, Molnár Levente mondta el, hogy az LHC a pénteki nappal átáll a valódi adatgyűjtésre (eddig a berendezés nagy műszeregyüttesei, detektorai csak a kozmikus sugárzást mérték).

Az LHC felépítése és főbb egységei – kattintson a nagyításhoz! (kép: CERN)

Persze az LHC egyes részei már az elmúlt hetekben is üzemeltek, több teszt lezajlott, október végén például már beengedték a berendezés előgyorsítóiból a nyalábba rendezett protonokat az LHC első szektoraiba. „Több kulcsfontosságú lépés közül ez csak az első” – fogalmaz Lévai. „A következő lépés, hogy a protonnyaláb teljesen körbemegy – ilyen még nem volt a leállás óta. Ha ez rendben megtörténik, várhatjuk az első látványos eredményeket, ha a nyaláb kósza atomokkal ütközik a csőben, és ezt éppen látja valamelyik detektor. Ezt követően indul el a második, az elsővel ellentétes irányú nyaláb, majd a két nyalábban levő protonokat ütköztetjük egymással a detektorok közepén.”

A CERN pár hete még úgy tervezte, hogy december 4-én bonyolítják le majd az első ütközéseket, de Lévai szerint ha minden rendben megy, már most vasárnap, vagyis november 22-én megpróbálkoznak az ütközésekkel. Ezekben még csak 450 gigaelektronvoltos (GeV, a Joule-hoz hasonló energia-mértékegység) energiájú protonok fognak ütközni, vagyis két proton ütközésének energiája 900 GeV lesz. Az LHC csúcsteljesítménye elvileg 14 TeV (két darab, 7 teraelektronvoltos protonnal számolva), de ezt jó ideig nem éri még el a gyorsító. Ha a 450 GeV-s protonokkal minden terv szerint megy, még idén 1,1 TeV-re növelik az energiát (ez 2,2 TeV-s ütközéseket jelent), 2010-ben pedig 3,5 TeV-s protonok elérése a cél. A csúcsteljesítménnyel legkorábban 2011-ben próbálkoznak meg.

Kétségbeesetten keresem SUSY-t

Már a 2,2 TeV-s ütközések is rekordernek számítanak majd, az LHC előtt a legnagyobb teljesítményű gyorsító, a Chicago melletti Fermilab Tevatronja ugyanis 1,96 TeV-s. Igaz, ez a berendezés már öt éve csúcsteljesítményen pörög, gyűjti az adatokat az ütközésekről – az amerikaiak az utóbbi években nagyon rákapcsoltak a részecskeversenyre. Akárcsak a CERN célja, az övék is a titokzatos Higgs-bozon megtalálása. Az elképzelések szerint a nagy energiakoncentrációjú ütközésekben keletkezhetnek ilyen részecskék, illetve felfedezhetők lesznek a Higgs-bozon létezését igazoló jelek – mivel a nagyobb energiájú ütközésekben nagyobb eséllyel keletkezhet a bozon, a Tevatron előnyét az LHC simán behozhatja nagyobb teljesítményével.

Szimuláció a Higgs-bozonról: ilyen képet kaphatnak a CMS detektornál dolgozók, ha a bozon felbukkan
Szimuláció a Higgs-bozonról: ilyen képet kaphatnak a CMS detektornál dolgozók, ha a bozon felbukkan

Az isteni részecskének is nevezett Higgs-bozon létezését névadója, a skót Peter Higgs jósolta meg 1964-ben. A tudós azt akarta megmagyarázni, hová tűnik el a tömeg, amikor az anyag egyre kisebb atomon belüli részecskékké törik szét. Feltételezése szerint az ősrobbanás pillanatában tömeg nélküli volt az anyag, majd hirtelen tömeget nyert egy mezőnek köszönhetően. Ezt az azóta Higgs-mezőnek nevezett jelenséget a feltételezett Higgs-bozon közvetíti, ez az elemi részecske ad tömeget a többi részecskének. A részecskefizika standard modelljéből, vagyis a négy alapvető fizikai kölcsönhatásból hármat – az elektromágneses, az erős és a gyenge kölcsönhatást – egyesítő modellből nagyon hiányzik a Higgs-bozon, ha megismernénk a pontos jellemzőit, új lendületet kapna a kvantumfizika.

Bár a Higgs-bozon a fizikusok Szent Grálja, mást is keresnek majd az LHC ütközéseiben. Például nemcsak protonokat, hanem ólomionokat is fognak ütköztetni (a tervek szerint 2010-ben egy hónapig). A fizikusok azt remélik, hogy így néhány pillanatig előállíthatják a kvark-gluon plazmát, vagyis az univerzum keletkezésekor nagyon rövid ideig létező forró ősanyagot, amiből a világegyetem lehűlésével „kifagytak” az ismert részecskék.

Szuperszimmetria - minden részecskének van párja?
Szuperszimmetria - minden részecskének van párja?

A harmadik nagy irány pedig a szuperszimmetrikus részecskék keresése. A szuperszimmetria (SUSY) a modern fizika egyik legizgalmasabb elmélete, azt mondja, hogy az ismert részecskéknek létezik egy-egy nagyobb tömegű szuperszimmetrikus párja vagy szuperpartnere amelyek ismert párjuktól egyetlen kvantumfizikai jellemzőjükben, a spinjükben különböznek). A részecskék szuperpartnereit a párjuk neve elé írt „s-„ előtaggal vagy az utánuk írt „-ino” utótaggal jelölik, a teória szerint tehát a kvarkok mellett léteznek skvarkok, az elektronok mellett selektronok, a fotonok mellett fotinók, a gluonok mellett gluinók, és így tovább. Rengeteg elméleti ellentmondást feloldana, ha sikerülne igazolni, hogy a SUSY-részecskék tényleg léteznek.

A lehető legrosszabb forgatókönyv persze az, hogy az LHC rendben elindul, csodásan működik, de a fizikusok az ütközésekben nem találnak se SUSY-t, se Higgs-bozont, se kvark-gluon plazmát. Ez jó eséllyel azt jelentené, hogy az elmúlt évtizedekben elkészített modellek, kutatások nagy részét ki lehet dobni, az egész kvantumfizika zsákutcába jutott, új utakat kell keresni. Azonban ezt a rémálomszerű fejlemény a legkevésbé valószínű: a mai modellek Einstein óta finomodtak, pontosabbak lettek, és korábban is előfordult, hogy a standard modellből sikerrel megjósolták egy részecske létezését. A Higgs-bozon a fizikusok szerint létezik, csak meg kell találni.

Köszönjük, hogy minket olvasol minden nap!

Ha szeretnél még sokáig sok ilyen, vagy még jobb cikket olvasni az Indexen, ha szeretnéd, ha még lenne független, nagy elérésű sajtó Magyarországon, amit vidéken és a határon túl is olvasnak, akkor támogasd az Indexet!

Tudj meg többet az Index támogatói kampányáról!

Milyen rendszerességgel szeretnél támogatni minket?

Mekkora összeget tudsz erre szánni?

Mekkora összeget tudsz erre szánni?