Tervek a Nagy Hadronütköztetőben
A részecskefizika legnagyobb kísérleti berendezéséről - a Higgs-bozon 2012-es felfedezése óta - mostanában kevesebbet hallunk.
Ólomionok ütközése az ALICE detektorban 2,76 TeV/nukleon energián.
Illusztráció: Wikipedia
Pedig 100 méterrel a föld alatt, a 27 kilométer kerületű alagútban továbbra is folynak a kísérletek, és akad a világegyetemnek pár kérdése, amelyre itt fogják a választ megtalálni. A közeljövő terveiről és a magyar részvételről Horváth Dezső részecskefizikus, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont és a CERN munkatársa számolt be az mta.hu-nak.
A Higgs-bozon felfedezésével a Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) komoly megerősítést adott a fizika standard modelljének, amely – a gravitáció kivételével – egyszerre képes leírni a ma ismert kölcsönhatásokat. A felfedezés örömébe azért keveredett némi üröm is, mivel az újabb kísérleti eredménnyel megtámogatott fizikai modell még továbbra sem tud választ adni néhány kérdésre:
Mi felel a világegyetem 26 százalékát megtöltő sötét anyagért és 68 százalékát adó sötét energiáért? Mi lett az ősrobbanás után az antianyaggal?
Mi magyarázza a neutrínók tömegét és egymásba alakulását, az úgynevezett ízrezgést?
Hogyan kaphat helyet a modellben a gravitáció?
A standard modellek (a részecskefizika matematikai elmélete, amelyet történeti okokból standard modellnek hívunk) meghaladására egyetlen eddig észlelt eltérés adhat reményt – egy olyan új részecske halvány nyomára bukkantak a Higgs-bozon tömegének hatszorosa környékén, amelynek hasonló tulajdonságai vannak, mint a Higgs-bozonnak, de egészen másképpen bomlik. Az LHC 2016-os adatgyűjtésének egyik fő célja e részecske létezésének ellenőrzése, és ha tényleg létezik (a 2015-ös észlelések nem voltak teljesen meggyőzőek), további tanulmányozása.
Az LHC javarészt protonokat ütköztet, azonban minden év végén ólomionokkal töltik fel, és az észlelőrendszerek nehézion-ütközéseket tanulmányoznak. A nehézion-fizika hazánkban igen fontos, egészen jelentős elméleti és kísérleti háttere van Magyarországon. Az LHC részecskegyorsító ALICE detektorának belsejében található óriási idővetítő kamra (Time Projection Chamber) lehetővé teszi a nehézion-ütközésekben keletkező sok ezer részecske pontos azonosítását; e berendezés üzemeltetésében és fejlesztésében részt vesznek az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói is.
Több ütközés, hatékonyabb adatrögzítés
Az LHC 2016 áprilisában indult újra, májustól novemberig proton+proton ütközéseket tanulmányoz, utána pedig karácsonyig proton+ólom ütközéseket. Általában havonta egyszer egy-egy hétre leáll az adatgyűjtés, és a rendszert fejlesztik. Ezek a fejlesztési időszakok rendkívül fontosak, nemcsak a gyorsítós mérnököknek, hanem a kísérletező fizikusoknak is, néha fény derül működési rendellenességekre is.
Az ALICE kísérlet észlelőrendszerének belseje szerelés közben.
Fotó: CERN
A CERN távlatilag az LHC luminozitásának (vagyis lényegében az ütközések gyakoriságának) nagyságrendi növelését tervezi, aminek kezelésére képessé kell tenni az észlelőrendszereket a belső elemek újratervezésével és -építésével. Az adatrögzítés is egyre hatékonyabbá válik: az LHC indulásakor a CMS-kísérlet mintegy 400 eseményt tudott másodpercenként rögzíteni, ez a szám azóta 1000-re nőtt.
Az adatok kezelésére a CERN létrehozta a Nemzetközi LHC grid-hálózatot, amelynek központi egysége (T0 központja) ugyan a CERN-ben van, de egy része a Wigner FK-ba költözött. Emellett a Wigner FK T2 központjában pillanatnyilag 600 processzor és 250 TB-nyi tároló működik, hatékonysága évek óta kiváló a CMS 55 T2 központjában.