Rekordenergiájú ütközések az LHC-ben

A világ legnagyobb részecskegyorsítójában, a Large Hadron Colliderben (LHC) magyar idő szerint nem sokkal délután egy előtt megtörténtek az első 7 teraelektronvoltos ütközések.

Karambolok 7 TeV-en

A teraelektronvolt (TeV) a Joule-lal ekvivalens mértékegység, a fizikusok ezzel jelzik a részecskegyorsítókban nyalábba rendezett, közel fénysebességgel száguldó részecskék energiáját. Minél nagyobb ez az érték, annál gyorsabban száguld a részecske, és annál nagyobb az esélye annak, hogy az ütközésekben valamilyen korábban nem tapasztalt jelenséget, esetleg egy eddig nem ismert részecskét figyelnek meg a tudósok.

Az LHC előtt a chicagói Fermilab Tevatronja volt a rekordtartó, ebben a gyorsítóban 1,96 TeV-s ütközéseket produkáltak két, egyenként 0,98 TeV-s nyalábbal (két proton ütközésekor az ütközés energiája megegyezik a két nyaláb energiájának összegével). Ezt a rekordot azonban az LHC tavaly decemberben megdöntötte: a CERN gyorsítójában 1,18 TeV-s nyalábokat ütköztettek, így 2,36 TeV-es ütközéseket hoztak létre.

Ezután pár hétre leállították az LHC-t, de februárban újraindították, és március közepére 3,5 TeV-re növelték a nyalábok energiáját. A svájci-francia határon a föld alatt levő LHC 27 kilométeres alagútjában most kedden összeengedték ezeket a nyalábokat a gyorsító nagy műszeregyüttesei (detektorai) előtt, A 7 TeV-s ütközéseket először a CMS detektor „látta meg”, aztán az ATLAS, az ALICE és az LHCb detektorok is rögzítettek eseményeket. A magyar nyelvű CERNblog percről percre követte és követi az eseményeket.

Meglehet a Higgs-bozon

A rekordszintű ütközésekkel új fizikai kutatásokra nyílik lehetőség. A fizikusok mindenekelőtt az titokzatos Higgs-bozon létezésére szeretnének bizonyítékot találni. 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.

A protonok mellett ólomionokat is fognak ütköztetni a gyorsítóban (a tervek szerint először idén év végén 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.

14 TeV-ig nincs megállás

A 7 TeV-s energiaszint az LHC tervezett csúcsenergiájának még csak a fele, a CERN 14 TeV-es ütközéseket is szeretne majd végrehajtani a gyorsítóban. Idén és jövőre azonban még 7 TeV-en maradnak, a csúcsenergia csak akkor érhető el biztonságosan, ha egy évre leállítják a gyorsítót, és kijavítják azokat a megoldásokat, amik előre nem látható tervezési hibának bizonyultak. A tervek szerint 2011-ben áll le a gyorsító, és 2012-ben egyáltalán nem fog működni az LHC, legfeljebb csak egy rövid próbaüzem erejéig. A 14 TeV-es ütközésekkel legkorábban 2013-ban lehet majd megpróbálkozni.

Korábban volt már egy hasonlóan hosszú szünet, az LHC-t ugyanis nem sokkal 2008-as indulása után egy komoly üzemzavar miatt le kellett állítani. A leállás után 2009 novemberében indították újra a megújult biztonsági rendszerrel felvértezett szerkezetet, és az első kísérletekben két hónapig gyűjtötték az adatokat. A 2,36 TeV-en produkált ütközések első eredményét magyar fizikusok vezetésével publikálták.