Tudomány

Bejártuk a helyet, ahol a világ keletkezésére keresik a választ

A CERN kétségkívül a részecskefizika, de talán az egész tudományos világ egyik legnagyobb központja, ide eljutni, és bejárni azon folyosókat, ahol Nobel-díjas felfedezések születtek, óriási élmény még akkor is, ha az ember nem sokat konyít az elemi részecskékhez. A Nagy Hadronütköztetőt és a detektorokat jelenleg szerelik és felújítják, így lehetőségünk adódott megnézni őket úgy, ahogy még az itt dolgozó fizikusoknak is csak nagyon ritkán van rá esélye.
Korábban a témában:

Van abban valami különleges, mikor az ember este a CERN folyosóit járja: itt nem áll meg az élet délután 5-kor, az évtizedek óta érintetlen, lerobbant folyosókon mindig találni kutatót, aki még nyomkodja a billentyűzetét, vagy körmöl a táblájára. Az irodákban ugyanúgy látunk szupermodern, óriási hajlított monitorokat, mint CRT-ket, projektort és krétatáblát, nagyon fiatal kutatót és igazi nagyöreg, élő legendát. Az egész helyet átjárja egy kifejezetten furcsa hangulat: az ember a zsigereiben érzi, hogy a tudományos világ egyik legfontosabb központjában jár.

A folyosó, ahol megszületett a világháló ötlete. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet, ismertebb nevén CERN minden szempontból különleges helyszín: azon túl, hogy nagyon fontos kutatások zajlanak a részecskefizika területén, az itt található kutatóberendezések a legösszetettebbek az egész világon. A központ szélesebb körben 2012-ben lett ismert, amikor bebizonyították az „isteni részecske”, a Higgs-bozon létezését, de már korábban is zajlottak itt nagyon fontos tudományos kutatások, és a munka azóta sem állt meg.

Most részben mégis: a CERN nagy hadronütköztetőjét (Large Hadron Collider, LHC) még 2018 végén állították le, hogy elvégezzék rajta a szokásos karbantartási és felújítási munkálatokat. A tervek szerint a munka 2020 augusztusára lesz kész, így még éppen időben érkeztünk Genfbe, hogy

olyan helyekre is bejussunk, ahová még a dolgozók is csak ritkán: a hadronütköztetők detektorainak belsejébe, és az LHC alagútjába.

Bár tudtam, hogy Magyarország régóta tagja a szervezetnek, az első meglepetés mégis az volt, mennyi magyar kutató dolgozik itt: sokukkal találkoztunk a háromnapos út során, volt, aki detektorokban kalauzolt minket, megnézhettük, hol ellenőrzik a rendkívül érzékeny műszereket, és azt is, hogyan néz ki az az alagút, amelyben az ütközésre ítélt protonnyalábok cikáznak egymással szemben.

A CERN bejárata. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

A háború után mindenki atomfizikával foglalkozott

A CERN ma is a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma, 1951 decemberében az UNESCO kormányközi értekezletén határozták el a létrehozását.

Vége volt a második világháborúnak, amelyet gyakorlatilag az atombombák zártak le, ezért nyilvánvalóan minden ország tudósai atomfizikával kezdtek el foglalkozni

– mondta Lévai Péter fizikus, a Wigner Fizikai Kutatóközpont főigazgatója. „Viszonylag hamar kiderült, hogy ha az összes ország egyedül kutat, akkor egyrészt nagyon sokszor ugyanazt a dolgot párhuzamosan fogják csinálni, és rengeteg pénzt fognak feleslegesen beleölni” – tette hozzá.

Ezért született meg a CERN, aminek jelenleg 23 tagállama van. A magyarokat az első alapító békekonferencián a tudományos szférából Simonyi Károly, Jánossy Lajos és Pál Lénárd képviselte. Velük együtt nagyjából ezer tudós vett részt az eseményen.

1954-ben megindul az építkezés Meyrinben. Kép: CERN

Magyarország először nem a CERN, hanem annak szovjet megfelelője, a Dubnai Egyesített Atomkutató Intézet felé húzott, amit a CERN 1954-es hivatalos alapítása után két évvel, 1956-ban hoztak létre. Ez csak részben volt saját döntés, Simonyi ugyanis érdeklődött, hogy Jugoszláviához hasonlóan a magyarok is részt vehetnek-e a CERN munkájában, de elutasították a közeledést. Éppen ezért Dubnába mentünk, és ott kezdtünk el dolgozni a részecskefizika területén. Végül csak 1992-ben csatlakoztunk a CERN munkájához.

Az ATLAS detektor egy szelete. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Ott jártunk, ahol még a fizikusok sem gyakran

A CERN nem csak egyetlen nagy ütköztetőből áll: a leghíresebb közülük az LHC, vagyis a Nagy Hadronütköztető, ami a 27 kilométeres gyorsító gyűrűt takarja, de ezen kívül számos más előgyorsító, és több detektor is része a komplexumnak. A gyorsító dolga az, hogy nagy sebességre, esetünkben majdnem fénysebességre gyorsítsa fel az olyan töltött részecskéket, mint például a protonokat vagy az elektronokat, hogy aztán ezeket egymással ütköztetve, vagy egy másik felületnek csapódva kutatók megfigyelhessék, hogyan viselkednek az atommagokat alkotó elemi részecskék.

Az LHC-ban a gyorsítást a megfelelő pontokon szupravezető üregrezonátorokkal végzik, majd a protonokat egymással ütköztetik a gyorsítógyűrű négy pontján, ahol detektorok – az ATLAS, a CMS, az ALICE és az LHCb – képesek részletekbe menően mérni a folyamat más és más sajátosságait.

Mi az a hadron?

Annak ellenére, hogy folyamatosan protonnyalábokról beszélünk, a Nagy Hadronütköztetőnek mégis más a neve – de mi az a hadron? A részecskefizikában hadronnak nevezzük az olyan összetett szubatomi részecskéket, amelyeknek összetevői kvarkok és gluonok. Ide tartoznak például a protonok és a neutronok is.

Nem az LHC azonban az egyetlen működő gyorsító a CERN-ben: a korábban használt, mára kicsit elavult gyorsítókat a kutatók előgyorsítóként használják. A Protonszinkroton (PS) volt például a CERN első nagyobb részecskegyorsítója, amely 1959 óta működik, de ott van még a Szuper protonszinkroton (SPS), valamint az LHC alagútjában működött 2000-ig a nagy elektron-proton ütköztető (LEP).

A CERN látképe. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Az LHC óriási, 27 kilométeres, majdnem teljesen kör alakú alagútjában a protonok két csőben haladnak, mindegyikben ellenkező irányban, és csak a négy detektornál találkoznak egymással. A gyorsítást a megfelelő pontokon szupravezető üregrezonátorok végzik, amelyek a töltött részecskéket majdnem fénysebességre gyorsítják. A mágnesek hűtését héliummal oldják meg: a legjobb teljesítmény és a legkevesebb energiaveszteség érdekében ‑271,3 Celsius-fokra kell őket levinni – ez hidegebb, mint a világűr hőmérséklete.

Egy proton egy másodperc alatt 11245-ször megy végig a pályán, és ugyanennyi idő alatt egymilliárd ütközés hozható létre.

Most a gyorsítót is karbantartják, ezért ide is lemehettünk. A legtöbb látogató csak animáción láthatja, amit mi meg is tapogathattunk: az éles működés során brutálisan hidegre lehűtött két csövet, ezekben azok a protonnyalábok szoktak cikázni, amikkel a fizikusok az univerzum legnagyobb kérdéseire keresik a választ. Bár az LHC csak egy kis szakaszán sétálhattunk, így is éreztük, hogy különleges helyen vagyunk – és közben kaptunk egy kis ízelítőt abból, hogyan zajlik valójában a munka a CERN-ben.

Bajkó Márta, a szupravezető mágnesek tesztelését végző létesítmény szekcióvezetője elmondta, hogy az ütköztető összeszerelésekor egy mérnök rosszul dugta össze a több ezer kábel egyikét, ami súlyos károkat okozott a kísérletben. Viszont ahelyett, hogy az illetőt azonnal kirúgták vagy megbüntették volna, mindenki, aki segíteni tudott, nekilátott a probléma megoldásának, és együtt kijavították a hibát.

Az illető befejezhette a projektet, hiszen már így is annyi munkaórát ölt bele, és valószínűleg ő értett hozzá a legjobban, nem lett volna értelme levenni a munkáról

– mondta Bajkó.

Az ALICE detektor szétszerelve. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Az LHC-n hét kísérlet zajlik, és összesen négy detektor vizsgálja az ütközéseket, közülük a legnagyobb az ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS, Egy Toroidális LHC Apparátus) és a legnagyobb magyar részvétellel működő CMS (Compact Muon Solenoid). Mindkettőben járhattunk, sőt megnézhettük az ALICE-t is, amely a világegyetem keletkezése utáni mikromásodpercekben jelen lévő plazmaállapotot, a kvark-gluon plazmát vizsgálja: ez az ősleves, amiből végül minden ma ismert anyag létrejött. Erről a detektorról és az ott folyó munkáról korábbi cikkünkben írtunk részletesen.

Ott jártunk, ahol ősrobbanást hoznak létre magyarok
Az ősrobbanás utáni első mikromásodperceket, az úgynevezett „őslevest" tanulmányozzák. És a magyarok nélkül egyetlen bit sem jöhetne ki a detektorból.

Mit kutatnak a CERN-ben?

A részecskefizika standard modellje nagyon sok kérdésre nem ad választ, ezeket kutatják a CERN falain belül. A Higgs-bozon felfedezése csak az egyik kérdés egy részét igazolta, mellette még rengeteg megoldatlan rejtély maradt a fizikusok számára:

  • Honnan van a részecskéknek tömege?
  • Van-e bizonyíték a szuperszimmetriára?
  • Mi a sötét anyag és a sötét energia?
  • Miért van sokkal több anyag, mint antianyag az univerzumban?
  • Hogyan alakultak ki a ma ismert anyagok az ősrobbanás után keletkező kvark-gluon plazmából?

Megváltoztatja a világról alkotott képünket

„Készüljetek fel, mert az, amit most láttok majd, teljesen megváltoztatja a világról alkotott képeteket” – mondta az újságíróknak Szillási Zoltán, az ATOMKI (Debreceni Egyetem) fizikusa, mielőtt beléptünk abba az óriási kamrába, ahol a jelenleg szétszerelés alatt álló CMS detektor áll. Hamar kiderült, hogy egyáltalán nem túlzott: bár képeken is jól látszik, hogy egy ilyen detektor hatalmas, és nagyjából tudja az ember, mire számítson, ha a Higgs-bozon felfedezése idején nézegetett fotókat a detektorokról, de arra nincs felkészülve, hogy ténylegesen mekkora és milyen összetett egy ilyen eszköz a valóságban.

Csak a mágnes, ami százezerszer erősebb, mint a Föld mágneses ereje, 12 ezer tonnányi vasból áll. A detektor átmérője 15 méter, de mellette állva jóval nagyobbnak tűnik. Az óriási detektortestben pedig mindössze pár centiméter széles az a cső, amiben a protonnyalábok haladnak, és ütköznek egymással.

via GIPHY

A CMS az ütközések során keletkező részecskékről több mindent mér: „az első mérési adat az, hogy merre repül el a részecske” – magyarázta Szillási. „Aztán azt is tudni akarjuk, hogy mennyi energiát vitt el, majd azt is, hogy milyen impulzusa van. Utóbbihoz kell ez a böszme nagy mágnes, ennek segítségével ki lehet számolni, hogy mennyi impulzust vitt el a részecske. Persze azt is tudnom kell, hogy milyen részecskéről beszélünk. Ebből a négy adatból rekonstruálható, mi történt az ütközéskor.”

Szillási Zoltán, az ATOMKI (Debreceni Egyetem) fizikusa, aki a CERN-ben a CMS detektoron dolgozik. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Az ATLAS detektor ugyanúgy proton-proton ütközésekre van optimalizálva, mint a CMS, és bár ugyanazok a tudományos céljai, más műszaki megoldásokat és más mágnesrendszert alkalmaz. A kettő közül a CMS-ben van nagyobb magyar részvétel.

A CERN-ben sok magyar kutató dolgozik, szeretnek minket a szervezetben, mert tudják, hogy jó munkaerő vagyunk, és ügyesen dolgozunk. Ahhoz, hogy valaki kijusson a CERN-be, két utat választhat: egyrészt egy kutatóintézetet képviselve egy-egy projektre mehet ki, ilyenkor a kutatóintézettől kapja a fizetését. De a szervezeten belül is alkalmazottá lehet válni, ami azt jelenti, hogy a fizetés a CERN-től érkezik, viszont a munka nem csak egyetlen projektre korlátozódik, és sokszor nem feltétlenül azzal kell foglalkozni, amivel az illető szeretne. Előfordul, hogy az embert egyszer csak áthelyezik a látogatóközpontba, vagy a saját munkájától távol eső munkakörbe kerül, aminek megvannak az előnyei, de a hátrányai is.

A CMS detektor átépítés alatt. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

Ha omlik a lépcső, még azt sem javítják meg

A CERN elég sajátos intézményi rendszerrel működik, nem nagyon van hasonló felfogással dolgozó szervezet a világon. „Minden tagállam a delegáltjain keresztül szól bele a szervezet irányításába” – mondta el Lévai Péter. „A fontos kérdésekben a tagállamok döntenek, hiszen ők fizetik a tagdíjat. Amikor stratégiai, általános kérdésekről kell, hogy döntés szülessen, akkor minden tagállamnak egy szavazata van, viszont, amikor financiális kérdés merül fel, akkor a pénzügyi bizottságon keresztül a tagországoknak a befizetett pénzük arányában van szavazati joguk.”

Minden évben négy tanácshét van, a tudományos bizottság és az ipari hasznosítás kezdi a sort, utóbbira, valamint a tudástranszferre egyre nagyobb figyelmet fordít a CERN is. A részecskefizikának ugyanis rengeteg gyakorlati felhasználása van az elméleti kutatás mellett, olyanok is, amelyeknek szinte azonnali hatása van a mindennapi életünkre. Elég csak

az orvostudományban használt hadronterápiára gondolni, ez is a hadrongyorsítókból szivárgott át az egészségügybe.

A tudományos és ipari megbeszélések után a tanácshéten jön a pénzügyi tanács, ahol a különböző gazdasági kérdésekről beszélnek, majd az utolsó napirendi ponton a bizottság ül össze, és megbeszéli a felmerülő kérdéseket, többek között, ha éppen aktuális, a következő évek tudományos kutatási céljait is.

Jól mutatja a CERN prioritásait, hogy mire költik a tagországok által összedobott pénzt: a kutatófaluban szinte mindegyik épület a 70-es évek hangulatát idézi. Minden forrás a kutatásokra és a fontos berendezések megújítására megy, nem az infrastruktúra kicicomázására. Az adatközpontban az egyik lépcső például már omladozik, de javítás helyett egyszerűen körbekerítették, hogy a veszélyes részekre ne lehessen lépni – a többi használható. Az egyetlen igazán modern épület a főigazgatóság, ahol a tárgyalók is helyet kapnak. Itt beszélgettünk dr. Fabiola Gianottival, a CERN főigazgatójával is.

Dr. Fabiola Gianotti, a CERN főigazgatója. Kép: Stuth Nagy Niki / 24.hu

„A közeljövőben a legfontosabb tervünk az, hogy a nagy luminozitású LHC elinduljon” – mondta Gianotti, amikor a szervezet jövőbeli terveiről kérdeztük. „Jövőre elindul a hadronütköztető harmadik munkaszakasza, majd 2025–2026-ban megint leállunk, hogy fejlesszük a műszereket, és intenzívebb protonsugárral dolgozhassunk. Emellett felkészülünk arra, hogy a Higgs-bozon részecskét jobban megértsük – hét éve tudunk a létezéséről, de még mindig nem ismerjük teljesen.”

Ezen kívül az olyan alapvető témákban is szeretnénk kutatni, mint az anyag-antianyag, vagy a szuperszimmetria.

A legnagyobb kihívások persze technológiai szempontból adódnak, többek között újabb, erősebb mágneseket kell fejleszteni a felturbózott LHC működtetéséhez. Ráadásul a fejlettebb mérések több adatátvitellel járnak, ami azt jelenti, hogy nagyobb teljesítményű szerverekre lesz szükség.

Munka a nagy luminozitású LHC-n. Kép: CERN

Kína belép a képbe

A CERN terveibe némiképp belezavart, hogy Kína bejelentette: ők is építenének egy óriási hadronütköztetőt, ahelyett, hogy szorosabban együtt dolgoznának az európai szervezettel. Ez viszont nem egy tudományos háború előszele, sokkal inkább lehetőség az együttműködésre.

„Inkább úgy kell felfogni ezt az egészet, mint egy nemzetközi koordinációt igénylő együttműködést. Nem fogunk két ugyanolyan ütköztetőt építeni, mert felesleges, keressük majd a lehetőségeket arra, hogy miként tudunk közösen dolgozni. Egy kis konkurencia, egy kis verseny jó, hogy motiváljon minket, de ugyanakkor nem arról van szó, hogy mostantól ugyanazon fogunk dolgozni, hanem arról, hogy kétféle eszköz készül, és mindegyiken közösen kutatunk majd.”

Ez a felfogás egyébként is jellemző a CERN-re, ahol nagyon büszkék arra, hogy évtizedek óta olyan kutatók is együttműködnek, akik nem feltétlenül baráti viszonyt ápoló országokból érkeztek.

Gianotti elmondta: náluk nagyon fontos szempont, hogy a tudás mindenkié, ezért minden felfedezés és tudományos eredmény teljesen ingyenes és szabadon hozzáférhető.

Az első számú kötelességünk a tudás átadása

– mondta a főigazgató.

„De fontos az is, hogy megmutassuk: az alapkutatás, a részecskefizika eredményei átültethetők a gyakorlatba, úgy, hogy a társadalom hasznára váljanak. Nagyon fontos, hogy visszaadjunk az iparnak, felfedezzünk hasznos dolgokat, ahogy a világhálóval is tettük, mágneseket és gyorsítókat fejlesszünk, amelyek a rákkutatásban is használhatók. A kutatás mellett a gyakorlati felhasználás ugyanolyan fontos.”

Ajánlott videó mutasd mind

Ha kommentelni, beszélgetni, vitatkozni szeretnél, vagy csak megosztanád a véleményedet másokkal, a 24.hu Facebook-oldalán teheted meg. Ha bővebben olvasnál az okokról, itt találsz válaszokat.

A cikkhez ide kattintva szólhatsz hozzá.
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.