Óriás buborék a föld alatt

A svájci–francia határon lévő CERN kutatóintézetben a jövő héten beindítják a világ legnagyobb részecskegyorsítóját. A fizikusok közül akadt, aki saját rapszámmal köszöntötte a gyorsítót, volt, aki a fizikatankönyvek átírását helyezte kilátásba, és olyan is, aki azt jósolta, hogy az egész Föld gombnyomásra eltűnik. A nagy hadronütköztetőnek elnevezett berendezés mindenesetre gyökeresen megváltoztathatja a fizikai világról alkotott eddigi képünket.

Mit fedezhet fel nagy hadronütköztető?
A legfontosabb tudományos cél, amiért a nagy hadronütköztető tervezését elkezdték, az úgynevezett Higgs-bozonok létezésének igazolása. Az Higgs-elmélet szerint a bozonrészecskék főszerepet játszottak abban, hogy az általunk ismert világban tömegük van az anyagot felépítő részecskéknek, az atomoknak.
Az egyik érzékelő feladata a szuperszimmetria (SUSY)-elmélet igazolása lesz. A teória szerint minden általunk ismert részecskének létezik egy nehezebb, szuperszimmetrikus párja. A SUSY-elmélet igazolódása hatalmas lépést jelentene a fizikusok számára, akik már hosszú évtizedek óta keresik azt a modellt, amely egyszerre képes magyarázni a világban tapasztalható összes fizikai erő működését.
– Az ősrobbanás elmélete szerint azonos arányban keletkezett anyag és antianyag. Az antianyag azonban eltűnt, az általunk eddig ismert természetben nincs jelen, bár laboratóriumban elő tudjuk állítani. Rejtély, hogy mi okozta az antianyag eltűnését, a részecskegyorsító segítségével talán megtudjuk. De más kérdésekben is előrébb léphetünk. Ha megfigyeljük a galaxisok karjának mozgását, egyértelmű, hogy tömegük sokkal nagyobb annál, mint amelyet mi a távcsöveinkkel érzékelni tudunk. Ezt a nem látható tömeget sötét anyagnak nevezték el, mindeddig nem tudunk róla szinte semmit – mondja Horváth Dezső.
A gyorsítógyűrűben ezerkétszáz darab, egyenként 14 méter hosszú és 18 tonna súlyú szupravezető mágnes irányítja a protonnyalábot. Szupravezető tulajdonságuk miatt nagyon alacsony hőmérsékleten nincs ellenállásuk, így bennük anélkül kering az áram, és jön létre a mágneses tér, hogy ez energiát igényelne. A gyorsító működtetéséhez így szélsőséges körülményeket hoznak létre a szakemberek. Szinte tökéletes vákuumot kell a csövekben kialakítani, majd le kell hűteni a protonnyalábot terelő ezernyi elektromágnest az abszolút nulla fok közelébe, alig 1,9 kelvinre (–271 Celsius-fokra). Az 1,9 kelvin elérése jelentette az egyik legnagyobb problémát, amelyet a részecskegyorsító tervezőinek meg kellett oldaniuk. (Az 1990-es években a texasi Waxahachie mellett már elkezdtek építeni egy hatalmas részecskegyorsítót, de ott csak 4,5 kelvinre tudták lehűteni a mágneseket, így azonban nyolcvanhét kilométer hosszú gyűrűt kellett volna építeni. Ez a végletekig növelte a várható költségeket, és az építést félbehagyták.)
A gyűrű négy pontján négy detektort építettek, amelyek a bennük ütköző protonok viselkedését vizsgálják majd. Az ütközéskor felszabaduló energia és részecskék áthaladnak a hatalmas mágnesként működő érzékelők rétegein, eközben elektronok válnak le a rétegekből. Ezeket az elektronokat követik figyelemmel a kutatók, amihez hallatlanul nagy számítógépes tárolókapacitásra van szükség, hiszen néhány nanoszekundumonként (a másodperc egymilliárdod része) ütközik tizenöt–húsz proton egymásnak, és ezek az ütközések mind különálló kísérletnek tekinthetők. Évente tizenötezer terrabájtnyi adat keletkezik majd, ennek tárolására hárommillió DVD sem lenne elegendő. A négy érzékelő önmagában is hatalmas, a nekik otthont adó föld alatti csarnokok kivájása mérnöki virtuozitást igényelt. Az Atlas a legnagyobb közülük: tömege hétezer tonna, negyvenhat méter hosszú, átmérője huszonöt méter. Tizenkét emelet magas kamrája olyan nagy, hogy a rá ható hidrosztatikai nyomás miatt évente 0,2 millimétert emelkedik, mint egy buborék a vízben. Az eközben fellépő feszültségek ellen az öt méter vastag padlóval védekeznek.