SG.hu·
Rekord energián ütköztetik a protonnyalábokat az LHC-ben
A téli leállás után csütörtöktől rekord nagyságú energián kezdődött meg a protonnyalábok ütköztetése az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) nagy hadronütköztetőjében (LHC) - olvasható a CERN honlapján.
A világ legnagyobb kísérleti berendezése, a CERN 2008-ban üzembe helyezett nagy hadronütköztetője Genf mellett, a francia-svájci határon 100 méter mélyen, egy 27 kilométer hosszú, 3 méter átmérőjű alagútban működik, ahol csaknem a fény sebességére felgyorsított, egymással szemben haladó részecskenyalábokat ütköztetnek. Az ütközések során új elemi részecskék keletkeznek általában igen rövid élettartammal, és ennek tanulmányozásával a kutatók az anyag tulajdonságait, illetve a világegyetem 13,7 milliárd évvel ezelőtti keletkezésének titkait remélik megfejteni.
Mint a közlemény kiemeli, az LHC négy "ütközési pontján" nyalábonként 4-4 teraelektronvolt (1 TeV - ezermilliárd elektronvolt), azaz összesen 8 TeV-vel ütköztetik a protonnyalábokat. "A 8 TeV új világrekord, ez az energia az új fizika kezdetét jelenti, hiszen jelentősen megnöveli a felfedezések valószínűségét a nagy hadronütköztetőben" - emeli ki a CERN közleménye. "Az elmúlt két évben az LHC megbízhatóan működött 7 TeV (2x3,5 TeV) energián. Ennek alapján biztonsággal vállalkozhattunk az ütközi energia növelésére" - hangsúlyozta Steve Myers, a CERN technológiáért és gyorsítókért felelős igazgatója.
Annak ellenére, hogy a nyalábok energiáját viszonylag szerény mértékben növelték, a 8 TeV a többszörösére emeli feltételezett részecskék felfedezésének valószínűségét, olyanokét például, mint amelyek létezése a szuperszimmetria elmélete alapján valószínűsíthető. A szuperszimmetria elmélete, amely szerint minden ismert részecskének létezik egy úgynevezett szuperpartnere, egységes rendszerben magyarázza a fizikai kölcsönhatásokat és leírja az ősrobbanás utáni korai univerzum első pillanatait. A szuperszimmetrikus partnerek fontos összetevői lehetnek a sötét anyagnak. A szuperszimmetrikus modellek a standard modell sok problémáját képesek megoldani, a részecskefizika egyik mai legfontosabb feladata a szuperszimmetria igazolása avagy kizárása.
Amennyiben létezik a más részecskék tömegéért felelős "isteni" részecske, azaz a Higgs-bozon, az is nagyobb számban képződik 8 TeV-en, mint 7 teraelektronvolt energián. Ugyanakkor a nagyobb energia megnöveli azokat a háttérjelenségeket, amelyek "utánozzák" a Higgs-bozont. Ez azt jelenti, hogy egy teljes évnyi ütköztetés szükséges ahhoz, hogy igazolják az LHC két nagyobb detektorán 2011-ben észlelteket, s valóban felfedezzék a Higgs-bozont, vagy egy az egyben elvessék a fizika standard modelljét. "A nagyobb energiával maximalizáljuk az LHC felfedezési 'potenciálját'. A 2012-es év a jelek szerint a 'betakarítás' éve lesz a részecskefizikában" - vélekedett Sergio Bertolucci, a CERN kutatási igazgatója.
A tervek szerint a nagy hadronütköztetőt 2012 végéig működtetik, majd 20 hónapra leállítják. Ez alatt az idő alatt készítik fel a gyorsítót, hogy 2014 vége felé megkezdhessék a nyalábonkénti 6,5 TeV-es energián (13 TeV) ütköztetéseket, ami mérföldkövet jelent majd az "új fizika" történetében. A végső cél a nyalábonkénti 7-7 teraelektronvolt (14 TeV). A standard modell (SM) valamely fizikai jelenségnek, eseménynek vagy rendszernek a szakemberek többsége által elfogadott, de bizonyosan nem teljes matematikai-fizikai leírása. A részecskefizika standard modellje az alapvető részecskék kölcsönhatásait vizsgálja a gravitáció kivételével: az elektromágneses, a gyenge és erős kölcsönhatást. Lényeges összetevője a Higgs-mechanizmus - amely létrehozza a részecskék tömegét -, illetve a még meg nem talált "isteni részecske", a Higgs-bozon.
A világ legnagyobb kísérleti berendezése, a CERN 2008-ban üzembe helyezett nagy hadronütköztetője Genf mellett, a francia-svájci határon 100 méter mélyen, egy 27 kilométer hosszú, 3 méter átmérőjű alagútban működik, ahol csaknem a fény sebességére felgyorsított, egymással szemben haladó részecskenyalábokat ütköztetnek. Az ütközések során új elemi részecskék keletkeznek általában igen rövid élettartammal, és ennek tanulmányozásával a kutatók az anyag tulajdonságait, illetve a világegyetem 13,7 milliárd évvel ezelőtti keletkezésének titkait remélik megfejteni.
Mint a közlemény kiemeli, az LHC négy "ütközési pontján" nyalábonként 4-4 teraelektronvolt (1 TeV - ezermilliárd elektronvolt), azaz összesen 8 TeV-vel ütköztetik a protonnyalábokat. "A 8 TeV új világrekord, ez az energia az új fizika kezdetét jelenti, hiszen jelentősen megnöveli a felfedezések valószínűségét a nagy hadronütköztetőben" - emeli ki a CERN közleménye. "Az elmúlt két évben az LHC megbízhatóan működött 7 TeV (2x3,5 TeV) energián. Ennek alapján biztonsággal vállalkozhattunk az ütközi energia növelésére" - hangsúlyozta Steve Myers, a CERN technológiáért és gyorsítókért felelős igazgatója.
Annak ellenére, hogy a nyalábok energiáját viszonylag szerény mértékben növelték, a 8 TeV a többszörösére emeli feltételezett részecskék felfedezésének valószínűségét, olyanokét például, mint amelyek létezése a szuperszimmetria elmélete alapján valószínűsíthető. A szuperszimmetria elmélete, amely szerint minden ismert részecskének létezik egy úgynevezett szuperpartnere, egységes rendszerben magyarázza a fizikai kölcsönhatásokat és leírja az ősrobbanás utáni korai univerzum első pillanatait. A szuperszimmetrikus partnerek fontos összetevői lehetnek a sötét anyagnak. A szuperszimmetrikus modellek a standard modell sok problémáját képesek megoldani, a részecskefizika egyik mai legfontosabb feladata a szuperszimmetria igazolása avagy kizárása.
Amennyiben létezik a más részecskék tömegéért felelős "isteni" részecske, azaz a Higgs-bozon, az is nagyobb számban képződik 8 TeV-en, mint 7 teraelektronvolt energián. Ugyanakkor a nagyobb energia megnöveli azokat a háttérjelenségeket, amelyek "utánozzák" a Higgs-bozont. Ez azt jelenti, hogy egy teljes évnyi ütköztetés szükséges ahhoz, hogy igazolják az LHC két nagyobb detektorán 2011-ben észlelteket, s valóban felfedezzék a Higgs-bozont, vagy egy az egyben elvessék a fizika standard modelljét. "A nagyobb energiával maximalizáljuk az LHC felfedezési 'potenciálját'. A 2012-es év a jelek szerint a 'betakarítás' éve lesz a részecskefizikában" - vélekedett Sergio Bertolucci, a CERN kutatási igazgatója.
A tervek szerint a nagy hadronütköztetőt 2012 végéig működtetik, majd 20 hónapra leállítják. Ez alatt az idő alatt készítik fel a gyorsítót, hogy 2014 vége felé megkezdhessék a nyalábonkénti 6,5 TeV-es energián (13 TeV) ütköztetéseket, ami mérföldkövet jelent majd az "új fizika" történetében. A végső cél a nyalábonkénti 7-7 teraelektronvolt (14 TeV). A standard modell (SM) valamely fizikai jelenségnek, eseménynek vagy rendszernek a szakemberek többsége által elfogadott, de bizonyosan nem teljes matematikai-fizikai leírása. A részecskefizika standard modellje az alapvető részecskék kölcsönhatásait vizsgálja a gravitáció kivételével: az elektromágneses, a gyenge és erős kölcsönhatást. Lényeges összetevője a Higgs-mechanizmus - amely létrehozza a részecskék tömegét -, illetve a még meg nem talált "isteni részecske", a Higgs-bozon.