Megtörténtek az első ütközések a nagy hadronütköztetőben

A nagy hadronütköztető bekapcsolása egyértelmű siker volt a hétvégén a CERN-ben. A lendület hétfőn sem lankadt: miközben a kora délutáni sajtótájékoztatón óvatosan fogalmaztak a CERN vezetői a továbbiakról, odalent az alagútban megtörténtek az első ütközések.

Az első ütközés hatása a CMS-ben

Legfrissebb: 2009. november 23. (hétfő), 21.50. Körülbelül 8 órával ezelőtt érték el először azt az állapotot, hogy a két részecskenyaláb egyszerre körözött az LHC-ben. Röviddel ezután pedig megtörténtek az első ütközések!

A nyalábokat úgy hangolták, hogy először az ATLAS kísérlet területén ütközzenek, erre először 14.22-kor került sor. Érdekes, hogy körülbelül ekkor kezdődött meg a délutáni sajtótájékoztató, ahol az első ütköztetéseket csak jó néhány nap múlva ígérték (lásd lent). Ezután a 3 másik kísérlet következett. A CERN hétfő este kiadott sajtóanyagában mindenki elragadtatottan nyilatkozik, és képeket is közölnek.

"Most még csak injektálási energián történtek ütközések, igen kis luminozitás mellett. A mai napon azt demonstráltuk, hogy a gyorsító képes nyalábokat ütköztetni, és a kísérletek képesek ezeket az ütközéseket 'látni'. Még nagyon sokat kell ahhoz dolgozni, hogy elérjük a célunkat, és nagy energián nagy luminozitású nyalábokat ütközessünk. A mai nap azonban igen nagy lépés volt ebben az irányban" - írja Szillási Zoltán fizikus a magyar nyelvű CERN-blogon, ahol további információkat olvashat az eseményekről.

Fekete lyukaktól sem most, sem később nem kell félni. Az ütközések egyelőre csak az előgyorsító rendszer energiáján (450 GeV, a mértékegység leírását lásd lenti keretes anyagunkban) történtek. Az LHC nyalábenergiáját csak fokozatosan fogják emelni, és ha elérik a maximumot (7 TeV, valamikor 2011 körül), akkor is sokkal kisebb energiájú események következnek be az ütközések során, mint amilyeneket a légkör felső részén okoznak a becsapódó kozmikus részecskék.

Korábbi információk

A nagy hadronütköztető olyan, mint egy új, bejáratós autó. Nem szabad meredek emelkedőn kínozni, nem szabad padlógázzal hajtani - mondta Rolf Hauer, a CERN főigazgatója a hétfőn (november 23-án) 14 órakor tartott sajtótájékoztatón.

A jó hír az, hogy ez az "autó" a hétvégén ismét elindult: úgy is mondhatjuk, hogy újra bekapcsolták a világ legnagyobb részecskegyorsítóját, a nagy hadronütköztetőt (Large Hadron Collider, LHC). Ez azt jelenti, hogy a 27 kilométer kerületű gyorsítógyűrű mindkét csatornájában récsecskenyalábok köröztek, 2008 szeptembere óta először. Ezeket az egymással ellentétes irányban mozgó részecskéket fogják majd összeütköztetni, és ennek következtében várják az új fizikai felfedezéseket. "Nagyszerű látni, hogy újra köröz a nyaláb az LHC-ben" - mondta Heuer a sikeres hétvégi nyalábpróbák alatt, mérföldkőnek nevezve az eredményeket a fizikai kísérletekhez vezető úton.

Az első részecskecsomagok még tavaly, 2008. szeptember 10-én száguldottak körbe az LHC-ben, de kilenc nappal később egy súlyos meghibásodás történt, és a helyreállítás közel egy évig tartott.

A javítások után az LHC "újraélesztése" fokozatosan zajlott. 2009. október 8-án érték el az üzemi hőmérsékletet (1,9 K, azaz körülbelül mínusz 271 Celsius-fok), a következő hetekben pedig a részecskék bevezetését (injektálását) tesztelték az LHC gyorsítógyűrűjébe, illetve egy-egy szakaszon már vezették is őket a gyűrűben. Az első teljes köröket az elmúlt napokban tették meg a nyalábok. Sikerült elérni, sőt egy kicsit meghaladni a 14 hónappal ezelőtti állapotot: mostanra mindkét nyaláb körbefut a gyorsítóban, és mindkét nyaláb szinkronizált. Innen már nagyon közel van az az állapot, amikor fizikai ütközések is létrejönnek. (Az eseményekkel kapcsolatos friss információkat a magyar nyelvű CERN-blogban követheti.)

"Hogy mennyire bonyolult az LHC, milyen nagy feladat a gyorsító precíz működtetése, azt az is mutatja, hogy milyen nehéz átlépni a tesztüzemmódból az ütközési üzemmódba. Mind a CERN-ben jelen lévő, mind a már Budapestre visszaérkezett kollégák nagyon várják az események előrehaladását, a protonnyalábok stabilizálását, a fizikai ütközések létrejöttét" - mondja Lévai Péter fizikus, a magyar ALICE-csoport vezetője. Az ALICE a négy nagy detektorkomplexum egyike, amelynél az Univerzum "ősanyagának" megjelenését várják a kísérletek során.

Hétvégi kép a CERN-ből

Jelenleg a nyalábok "tornáztatása" zajlik: a cél az, hogy megfelelően szabályozott nyalábok legyenek megfelelő ideig a gyorsítóban. Ez már közvetlen előkészület a következő nagy eseményhez, ami a nyalábok összeütköztetése lesz, egyelőre csak az előgyorsító rendszer energiáján (450 + 450 GeV). Erre egy-két héten belül sor kerülhet. Ezek lesznek az első ütköztetések az LHC-ben, és bár a kis energia miatt itt felfedezéseket senki nem remél, az ezekből származó adatok a detektorok további kalibrációját segítik. Ez egyébként már folyamatban van: a sajtótájékoztatón több szakember is beszámolt a hétvégén észlelt úgynevezett "splash" eseményekről. Ezeknek több típusa létezik, az egyik például az, hogy a még nem kellően stabil részecskenyaláb ütközik a gyorsító valamelyik részével (például "felkenődik" a gyorsítócső falára), és az így kialakuló másodlagos részecskezáport érzékelik a detektorok.

Az első nyaláb képe a monitoron

A szakemberek azt mondják, hogy ma már sokkal jobban ismerik az LHC-t, mint tavaly ősszel, és a fejlesztések miatt sokkal biztonságosabb is a rendszer. Ettől függetlenül csak óvatosan fogják "bejáratni", azaz óvatosan emelik a mágnesekben folyó áramot, ami a részecskenyalábok gyorsításához kell majd. A nyalábtesztekkel párhuzamosan állandóan vizsgálják a biztonsági rendszer működését. A sajtótájékoztatón elhangzottak szerint még karácsony előtt remélik az 1,1 + 1,1 TeV-es ütközéseket is.

Azt többen is hangsúlyozták, hogy igazi felfedező potenciál, vagyis új fizika csak jövőre lesz az LHC-ben, amikor a nyalábenergiát 3,5 + 3,5 TeV-re emelik. A jelenlegi legnagyobb gyorsító, az amerikai Tevatron körülbelül 1 + 1 TeV-en működik. Az első fizikai eredmények közé tartozhatnak majd az alacsony tömegű szuperszimmetrikus részecskék, de a Higgs-bozonra akár éveket is kell majd várni, ha létezik. "Fantasztikus munkát végeznek a mérnökök és technikusok, és egy nagyon izgalmas időszak előtt állunk" - mondta Tejinder Virdee, a Higgs "levadászására" épített CMS detektor programvezetője.

Az "autó bejáratása" tényleg nagyon jól haladt az elmúlt napokban, sokkal jobban, mint azt remélték. Szaktudás és óvatosság ellenére azonban egy több milliárd alkatrészből álló berendezésnél sok múlik majd a szerencsén a következő napokban.

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)

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)