Mi lesz a Nagy Hadronütköztető következő nagy dobása?

A hengeres alakú CMS detektor középpontjában ütköznek az LHC nagyenergiájú részecskenyalábjai. A kölcsönhatásban születő részecskék útjuk során elektronikus jeleket hoznak létre a detektor különböző rétegeiben. Ezekből rekonstruálják a fizikusok a lejátszódó elemi folyamatokat

A részecskefizika legnagyobb kísérleti berendezése a Higgs-bozon 2012-es felfedezésével jelentős mérföldkőhöz érkezett. Azóta talán kevesebbet hallunk róla, pedig akad még a világegyetemnek pár kérdése, amelyre ez a 27 kilométer kerületű föld alatti karika adhatja meg a választ. 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.

Higgs után is van min pörögni

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.

Peter Higgs, brit Nobel-díjas fizikus, aki megjósolta a tömegért felelős elemi részecske, a higgs-bozon létét Forrás: AFP/Graham Stuart

A felfedezés örömébe azért keveredett némi üröm is, mivel az újabb kísérleti eredménnyel megtámogatott fizikai modell

továbbra sem tud választ adni egyebek mellett az alábbi kérdésekre:

• 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?

Reményteli eltérés, nehéz ionok és aktív magyarok

A standard modell 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.

A CERN tudósainak eddig a Higgs-bozon azonosítása volt a legjelentősebb sikere Forrás: AFP/CERN

Az LHC 2016-os adatgyűjtésének egyik fő célja e részecske létezésének ellenőrzése, és ha tényleg létezik (a tavalyi 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.

Az LHC-ben sok ezren dolgoznak Forrás: Wikimedia Commons

A nehézion-fizika hazánkban igen fontos, egészen jelentős elméleti és kísérleti háttere van Magyarországon.

A hengeres alakú CMS detektor középpontjában ütköznek az LHC nagyenergiájú részecskenyalábjai. A kölcsönhatásban születő részecskék útjuk során elektronikus jeleket hoznak létre a detektor különböző rétegeiben. Ezekből rekonstruálják a fizikusok a lejátszódó elemi folyamatokat Forrás: ELTE

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, olyankor ugyanis gyakran derül fény működési rendellenességekre.

A Higgs-bozon elbomlásának nyomai az LHC CMS-detektorában Forrás: CERN, Collaboration, CMS; Taylor, L

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.

Francois Englert (balra) és Peter Higgs 2012 júliusában találkoztak először, amikor a CERN-ben gyakorlatilag bejelentették a Higgs-bozon felfedezését Forrás: CERN

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 az első helyeken található a CMS 55 T2 központja között. További információk itt olvashatók a kutatásról.

Forrás: Magyar Tudományos Akadémia Wigner Fizikai Kutatóközpont