Történelem
Nem pihen a nagy hadronütköztető
A standard modell a világegyetem negyedét kitöltő sötét anyagról és a kétharmadát kitevő sötét energiáról alig tud tájékoztatni
Jogos a kérdés, hogy miért kell tovább működtetni a nagy hadronütköztetőt, ha a fő célját, a Higgs-bozon felfedezését már elérte – írta a Magyar Tudományos Akadémia honlapján (www.mta.hu) megjelent cikkében Horváth Dezső. Az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont és a CERN munkatársa feltette a kérdést, hogy mire jó a részecskefizika, ha egyszer a standard modell olyan csodálatosan leír mindent. Nem foglalkozhatna az a rengeteg részecskefizikus valami értelmesebb dologgal? – vette fel viccesen.
A standard modell sikerei ellenére „több sebből vérzik”. Nem ad számot a világegyetem 26 százalékát kitöltő sötét anyagról és a 68 százalékát adó sötét energiáról. Nem magyarázza meg, hova lett az ősrobbanás után az antianyag, amelynek az anyaggal azonos mennyiségben kellett keletkeznie. Van benne néhány matematikai akna is: óriási mennyiségek jelennek meg az egyenletekben, amelyeket csak némi trükközéssel lehet eltüntetni. A BEH-mechanizmus sikere ellenére nem fér bele a neutrínók nemrégiben felfedezett tömege és egymásba alakulása, az ízrezgés. Nem tudjuk elhelyezni a gravitációt a szimmetria generálta három kölcsönhatás rendszerében, hiszen Einstein általános relativitáselmélete a gravitációt nem bozon közvetítésével, hanem a tér-idő négydimenziós geometriájának változásával írja le. Komoly elméleti munka van a standard modell különböző kiterjesztéseiben, amelyek számot próbálnak adni a fenti hiányosságokra, és amelyeket a kísérleti adatoknak kell igazolniuk vagy elvetniük (eddig inkább az utóbbi eset állt fenn). A részecskefizikusok egyik kedvenc ilyen kiterjesztése a szuperszimmetrikus standard modell, annak ellenőrzésén is dolgoznak magyar fizikusok.
Mint Horváth Dezső fogalmaz, a kutatók egy ideig reménykedtek benne, hogy találnak eltéréseket a megfigyelt Higgs-bozon tulajdonságai és a standard modell jóslata között, de a várakozás hiúnak bizonyul. Ahogyan az adatok gyűjtésével a mérések pontosodtak, úgy lett egyre jobb az egyezés. A standard modell elméleti kiterjesztései többféle Higgs-bozont jósolnak, de eddig másmilyent nem találtunk, sem kisebb, sem nagyobb tömegértéknél. A nagy hadronütköztető (LHC) megfigyelései között egyetlen biztató eltérést találtunk a standard modelltől: egy olyan új részecske halvány nyomát a Higgs-bozon tömegének hatszorosa, 750 GeV/c2 környékén, amelynek hasonló tulajdonságai vannak, mint a Higgs-bozonnak, de másképpen bomlik. Az LHC 2016-os adatgyűjtésének egyik fő célja e részecske létezésének ellenőrzése, és ha tényleg létezik, további tanulmányozása. A megfigyelés bejelentése óriási izgalmat váltott ki a nagyenergiás közösségben, mert kilépést jelentene a standard modell keretei közül.
Az LHC nemcsak protonokat ütköztet: minden év végén ólomionokkal töltik fel, és az észlelőrendszerek nehézion-ütközéseket tanulmányoznak. Erre épült az ALICE (A Large Ion Collider Experiment) kísérlet. A nehézion-fizika hazánkban igen fontos, jelentős elméleti és kísérleti háttere van. Emellett nemcsak az LHC kísérleteiben vesznek részt hazai nehézion-fizikusok, a Szuper Protonszinkrotron NA61 jelű kísérletében és az amerikai Brookhaven Nemzeti Laboratórium PHENIX kísérletében is dolgozik magyar csoport, bár a legnagyobb magyar nehézion-csoport az ALICE-ban működik. A nehézion-ütközéseket azzal jellemezzük, hogy nukleonpáronként mekkora energiát helyezünk el bennük. Az LHC nyalábonként 4 TeV-es működésekor a nyolcvankét protont tartalmazó, elektronjaitól teljesen megfosztott ólomion 328 TeV energiát nyer, 238 nukleonja mindegyikére 1,38 TeV energia jut. A nukleonpárokra jutó átlagos ütközési energia tehát 2,76 TeV lesz. Az ALICE detektor belsejében található óriási idővetítő kamra lehetővé teszi a nehézion-ütközésekben keletkező sok ezer részecske pontos azonosítását; a berendezés üzemeltetésében és fejlesztésében részt vesznek a Wigner FK kutatói is.
Az LHC tehát áprilisban újra elindult, 2016-os működési terve igen feszes. Májustól novemberig proton + proton ütközéseket tanulmányoz, utána pedig karácsonyig proton + ólom ütközéseket. Havonta egyszer egy-egy hétre leáll az adatgyűjtés, és a rendszert fejlesztik. Ezek az időszakok rendkívül fontosak, nemcsak a gyorsítós mérnököknek, hanem a kísérletező fizikusoknak is, olyankor ugyanis gyakran kiderülnek működési rendellenességek. Ezeket a fejlesztéssel párhuzamosan kijavítják, és utánuk a komplexum megbízhatóbban és hatékonyabban működik.
Horváth Dezső hozzáteszi, mind a gyorsítót, mind a detektorokat folyamatosan modernizálják. A budapesti és debreceni kutatócsoportok az MTA és az Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal anyagi és erkölcsi segítségével jelentősen hozzájárultak a CMS és ALICE észlelőrendszereinek fejlesztéséhez, és ezt a jövőben is szeretnék fenntartani.