Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) újabb mérföldkőhöz érkezett: a 23 tagállam, köztük Magyarország képviselőiből álló CERN Council 2020. június 19-én hivatalosan elfogadta az intézet és a tudományterület további működését nagymértékben meghatározó Európai Stratégiai Terv megújított változatát (European Strategy Plan for Particle Physics Update). A terv rövid- és hosszú távú terveket is tartalmaz az európai részecskefizika-kutatás jövőjét tekintve, de fontos megjegyezni, hogy csak szakmai útmutatásról van szó, konkrét projektekről, valamint a rájuk fordítható összegekről csak néhány év múlva döntenek a szervezetnél.
A Higgs-bozon és a nagyobb energia nyomában
Az új terv szerint a következő évtizedek nagyenergiás részecskefizika-kutatásainak két fő irányvonala lesz: a Higgs-bozon további megfigyelése, valamint az elméletileg elérhető legnagyobb energiák kutatása. Előbbi azért fontos, mert ugyan a Higgs-bozont már 2012-ben felfedezték, egyrészt még mindig nagyon keveset tudunk róla, másrészt pedig a vizsgálata segíthet megérteni a fizika még megválaszolatlan kérdéseit, amelyek a standard modellen túlra mutatnak.
Ami a legnagyobb energiák kutatását illeti, nagyjából annyiról van szó, hogy a laboratóriumban előállítható jelenlegi maximális energiát szeretnék a CERN kutatói túlszárnyalni. A legnagyobb energiákkal most az LHC-ben tudnak dolgozni, de emelni akarják a szintet. Ennél magasabb energia természetesen kozmikus szinten már most is jelen van, de a Földön még nem tudták produkálni, ehhez kellenek majd az új ütköztetők.
„Szeretnénk ugrani egyet abban az energiatartományban, amivel dolgozni tudunk. Ehhez nagyobb gépek és új generációs technológia, például jobb szupravezető mágnesek kellenek” – mondta a sajtónak tartott tájékoztatón dr. Fabiola Gianotti, a CERN főigazgatója.
Ez azért fontos, mert tudjuk, hogy létezik fizika a standard modellen túl is, hiszen ez a modell magában nem képes választ adni rengeteg kérdésre.
Az egyik módja annak, hogy ezt az új fizikát felfedezzük, az, hogy emeljünk az energiatartományon. Ha a most ismert energiahatárok kitolásáról beszélünk, akkor legalább 100 TeV eléréséről van szó, ami nagyjából a hétszerese annak az energiának, amellyel most dolgozunk a Nagy Hadronütköztetőnél.”
Ez lesz tehát a CERN, és valószínűleg az egész európai részecskefizika-kutatás témái a következő években, évtizedekben. Az ilyen stratégiák egyébként átlagosan 5-7 évente jelennek meg, de nincs konkrét időpont arra nézve, hogy mikor ül össze a szervezet bizottsága. Általában az alkalom szüli az új stratégiát: most az LHC eredményei miatt volt érdemes újragondolni, merre menjen tovább a részecskefizika-kutatás, a következő ilyen valószínűleg az újraépített LHC következő ciklusának végén lesz. „Azt, hogy mikor van szükség a jelenlegi stratégia újragondolására, mindig a fizikustársadalom dönti el” – mondta a sajtótájékoztatón Ursula Bassler, a CERN bizottságának vezetője.
A most elfogadott stratégia azért kiemelten fontos, mert ez fogja meghatározni a következő évtized fő fejlesztési irányait. A dokumentum kiemeli a gyorsítóknál, a detektoroknál és az adatfeldolgozó rendszereknél alkalmazott technikai megoldások tovább fejlesztésének fontosságát, mert csak így biztosítható, hogy a jelenleg használt Nagy Hadronütköztető (LHC) utódját 10-20 év múlva meg tudják építeni, s felfedezhessék a Higgs-bozonnál is nehezebb, újabb elemi részecskéket. A gyorsító által elért részecskeenergiák ugrásszerű megnöveléséhez forradalmi újításokat kell létrehozni és bevezetni az előttünk álló évtizedben. Éppen ezért a stratégiában kiemelt helyett kapott az új gyorsítókra, detektorokra és számítási kapacitásokra vonatkozó kutatás-fejlesztés.
Ameddig ez megvalósul, a most felújított, és 2021 elejétől újra működő LHC berendezéseivel vizsgálják tovább a természet elemi szerkezetét és építőköveit, ez a legfontosabb rövid távú cél az európai stratégiában.
Készülne a Higgs-gyár is
Az LHC után a másik legmagasabb prioritású létesítmény a korábban is említett utód, egy „elektron-pozitron Higgs-gyár”, amelynek építése megindulhat majd, ha a magas luminozitású LHC befejezte a munkáját. Ez a jelenlegi tervek szerint 2038-ra várható, a Higgs-gyár pedig az azt következő tíz évben épülhet fel. Az elektronok és pozitronok ütköztetése lehetővé teszi, hogy a nyolc éve felfedezett titokzatos részecskét sokkal jobban megismerhessük, és ezzel közelebb juthassunk a standard modellen túl található fizika megismeréséhez.
Ami a másik nagy célt illeti, a stratégiába belefoglalták egy megvalósíthatósági kutatás elvégzését, ami arra irányul majd, hogy lehetséges-e megépíteni egy következő generációs hadronütköztetőt, ami első körben egy elektron-pozitron ütköztető lenne, és amivel a korábban említett,
Ami a nemzetközi együttműködéseket illeti, a stratégia szerint Európának továbbra is támogatni kéne Japán és az Egyesült Államok neutrínókutatásait, még az olyan testvérterületeken is, mint az asztrofizika vagy a nukleáris fizika. A terv nagy hangsúlyt fektet az Európán túli együttműködésekre is.
Ahogy azt Fabiola Gianotti ottjártunkkor elmondta, a részecskefizikának 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.
Igaz volt ez a koronavírus-járvány idején is: a CERN egy külön csoportot hozott létre CERN against COVID-19 (CERN a COVID-19 ellen) névvel, ahol feltérképezték, hogyan tudná a szervezet a legjobban kiaknázni a tudását és az eszközeit arra, hogy segítsen a koronavírus elleni küzdelemben. A fizikusok segítettek például lélegeztetőgépet tervezni, valamint számítási kapacitást is kölcsönöztek a vészhelyzetben.
A válság azonban egyelőre még nem érte el a szervezetet, ahogyan Fabiola Gianotti fogalmazott: aggódtak a pénzügyi problémák miatt, de egyelőre, úgy tűnik, minden mehet a régi kerékvágásban, egy fontos projekt sem tolódik a COVID-19 miatt. „Úgy gondolom, hogy a tudomány most jó időszakot él, az emberek és a kormányok elkezdtek hallgatni a tudósokra. Remélem, hogy ez a járvány után is így marad, és a tudomány kiemelten fontos lesz a későbbiekben is.”
A Stratégia része az is, hogy a CERN minél környezettudatosabbá és fenntarthatóbbá tegye a jelenlegi és a jövőbeli működését is, nemcsak az intézmények, hanem a részecskegyorsítók és detektorok szintjén is. Hamarosan kiadják az első nyilvános környezetvédelmi jelentésüket, ami ezentúl minden évben kijön majd, és részletesen bemutatja, milyen környezetvédelmi törekvései vannak a CERN-nek. „Folyamatosan kutatjuk, hogyan lehet energiát megtakarítani, valamint újrahasználni” – mondta Fabiola Gianotti. „Az újabb épületeket, intézményeket már úgy tervezzük meg, hogy a környezettudatosság is szempont legyen. Ráadásul már most is vannak olyan projektjeink, amelyekkel energiahatékonyabbak lehetünk: az LHC hűtőrendszere például az egyik szomszéd várost látja el energiával.”
A magyaroknak is lehetőség
Magyarországról közel 100 kutató, mérnök és informatikus vesz részt folyamatosan a CERN-ben folyó felfedező és fejlesztő tevékenységben. Az új Stratégiai Terv megvalósítása során nagy lehetőségek nyílnak meg a hazai kutatóhelyek előtt, hogy egyes világszínvonalú projektekhez itthon is hozzá tudjunk járulni, innen segítve a CERN és a világközösség tudományos missziójának végrehajtását. Az elmúlt időszakban kiváló példa volt erre a Wigner Adatközpont, amely óriási számítógépes kapacitás üzemeltetésével segítette a CERN-ben folyó adatelemzési munkát, azóta pedig a magyar kutatói közösség egyik kiemelt kiszolgálójává vált (Akadémiai Felhő) – írja a Wigner Fizikai Kutatóközpont.
Jelenleg új típusú gyorsító eljárásokon (lézer-plazma gyorsító), detektor megoldásokon (speciális szilikon-pixel érzékelők), és forradalmi információ technológiai módszerek bevezetésén (mesterséges intelligencia és gépi tanulás alkalmazása az adatelemzésben) dolgoznak a hazai kutatók. Ezek a tevékenységek nem csak az elméleti kutatások, de számos egyéb terület fejlődése miatt is kiemelt fontossággal bírnak, mint az orvostudomány, számítástechnika, információtechnológia, AI-alkalmazások, hiszen ezek azok a területek, amik már eddig is rengeteget profitáltak a részecskefizikai kutatások eredményeiből, és innovatív megoldásaiból.
Az új stratégiai tervbe illeszkedő kutató és fejlesztő tevékenységeket befogadó laboratóriumok kialakítása, átalakítása folyamatban van, a felkészülés fő központja a Wigner Fizikai Kutatóközpont. Az itthoni kutatások sikeres végrehajtásához és a CERN-ben való aktív jelenlét biztosításához az ITM, az NKFIH és az újonnan alakult ELKH nyújt hathatós támogatást.
Főkép: VALENTIN FLAURAUD / AFP
