A fizikusoknak sikerült a Nap középpontjában lévő hőmérsékletnél egymilliószor magasabbat előidézni az ólom-atommagokkal végzett kísérlet során. Pálinkás Józseffel, a Magyar Tudományos Akadémia elnökével beszélgettünk.
2010. november 11. csütörtök 12:21 - Győry S. József
Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) nagy hadronütköztetőjében (LHC) Svájcban, a fizikusoknak sikerült a Nap középpontjában lévő hőmérsékletnél egymilliószor magasabbat elérniük. Tíz milliárd Celsius-fokról van szó. Hogyan kell elképzelnünk a kísérletet?
Mi történt?
A fizikusoknak sikerült a Nap középpontjában lévő hőmérsékletnél egymilliószor magasabbat előidézni az ólom-atommagokkal végzett kísérlet során. A "mini-ősrobbanásként" jellemzett kísérletben tíz milliárd Celsius-fokon izzó tűzgolyók keringtek a hadronütköztetőben. Ez "a legnagyobb hőmérséklet és sűrűség, amelyet kísérlet során valaha sikerült elérni" - monda David Evans, aki az LHC nagyenergiájú ion-ütközések tanulmányozására készült Alice-detektorán dolgozik. A "mini-ősrobbanástól" a tudósok azt remélik, bepillantást nyerhetnek az univerzum születése utáni másodpercek töredékeibe. "Le vagyunk nyűgözve a sikertől" - monda Evans. "Nagyon örülök annak, hogy egy szeletét kutathatom annak, amiből a világegyetem a születése utáni másodperc milliomod részében állt" - fűzte hozzá.
Egy huszonhét kilométeres alagútban mágnesek között, két csőben, egymással szemben, közel fénysebességgel ólomatommagok keringenek. Ezek kettőszáznyolc protont és neutront tartalmazó, csupasz atommagok, és a két csőben vákuumban keringenek egymással ellentétes irányokban. Az atommagok nem tudnak elektronokat felvenni, így maradhatnak meg csupasz atommagoknak.
A huszonhét kilométer hosszú alagútnak az egyik pontján összeütköztetik az atommagokat. Ez egy viszonylag ritka esemény, hiszen két atommagot összetalálkoztatni egymással meglehetősen bonyolult technikai kihívásnak számít. Amikor ezek pontosan centrálisan ütköznek egymással, akkor a mozgásukban felhalmozódott óriási energia következtében az atommag felmelegszik, a Nap központjában lévő hőmérséklet egymilliószorosára. Az ütközés következtében az ólomatommagok megszűnnek atommagnak lenni, valamint az építőelemei, a protonok és neutronok is megolvadnak.
A világ felépítésének ezen szintjén létezik egy érdekes jelenség, amelyet csak analógiákon keresztül tudunk megvilágítani. Amikor a protonból vagy a neutronból az őket felépítő kvark megpróbál kiszabadulni, valamennyire sikerül elhagynia a protont, de az így felszabaduló energiából újabb kvarkok keletkeznek, azaz a kvarkok nem tudnak „kiszabadulni”.
A kísérletben azt reméljük megfigyelni, hogy az ősrobbanás során milyen mértékben voltak „szabadok” a kvarkok és milyenek voltak az azokat összetartó erők részletei, hiszen ezt még soha nem figyelhettük meg. A hétköznapokban az elektromágneses kölcsönhatást egyedül a fényrészecske, a fotonok közvetíti, a kvarkok közötti erőt ezzel szemben nyolc darab gluon hozza létre.
Mit nyerhet a tudomány az ütközés által?
Ebből az ütközésből egy igen érdekes anyag keletkezik, amely csak a világ keletkezésekor volt jelen. Megkísérelték - kevés sikerrel - laboratóriumi előállítását, de a CERN-ben folyó kísérletek során olyan hőmérsékletet tudunk előállítani, amelynél remény van arra, hogy valamilyen formában megfigyeljük ezt az anyagot. Ez a rejtélyes anyag a fizika jelenlegi álláspontja szerint a világegyetem kezdeti anyaga. Ennek az állapotnak a részletes megfigyelése olyan eredményekhez, felismerésekhez vezethet, amit eddig el sem tudtunk képzelni.
Ez a kérdés már-már filozófiai természetű, hiszen hasonlít ahhoz a helyzethez, amikor az ókori görögök úgy gondolták, lennie kell egy végső építőkőnek - atomnak -, de arról, hogy ezek a kövek valójában léteznek-e, nem volt tapasztalati ismeretük.
Magyar tudósok részt vesznek a kísérletben?
Természetesen. Nagyon erős a magyar részvétel ebben a kísérletben is.
A huszonhét kilométeres gyűrűben összesen négy érzékelő létezik, amelyek hatalmas, húsz méter magas, negyven méter hosszú hordókhoz hasonlíthatóak: ezekben az ütközés következtében kirepülő részecskék pályájának követésére van lehetőségünk. A lefényképezésük a legnagyobb számítástechnikai kapacitását igényli a világon. Négy ilyen kísérlet van, amelynek mindegyikében részt vesznek magyar szakemberek.
Az előbb ismertetett, „Alice” fantázianévre hallgató kísérletben Lévai Péter kollégánk az MTA Részecske és Magfizikai Kutatóintézetének munkatársa a magyar csoport vezetője. Molnár Levente kollegánk szemtanúja volt annak a történelmi pillanatnak, amikor elsőként ember megfigyelhette az atommagok ilyen nagy energián történő ütközését.
A CMS kísérletben, ahol a proton-proton ütközés megfigyelése zajlik, részt vesz az Akadémia Részecske és Magfizikai Kutatóintézete Budapestről, az MTA Atommagkutató Intézete - az eredeti intézetem - Debrecenből, és a Debreceni Egyetem munkatársai. A berendezés építésében is részt vettünk, valamint a mindennapi üzemeltetésben is szerepet vállalunk. A kísérlet a világ legnagyobb, koncentrált, tudományos erőfeszítése. Három és ötezer fő közötti csapat egyetlen kísérleten dolgozik: az egész világtörténelem során nem volt erre példa.
November 26-án, pénteken, 18 órai kezdettel, a Magyar Tudományos Akadémia székházában a CERN főigazgatója, Rolf-Dieter Heuer előadást tart az eddig elért eredményekről.
