Ismeretlen világ tárul fel

A világ egyik legizgalmasabb tudományos berendezése a svájci Genf melletti európai részecskefizikai kutatóintézetben (CERN) található Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC). A 2018-ban leállított eszköz várhatóan idén nyáron újraindul. A fejlesztéseknek köszönhetően a részecskeütköztető – amely a Higgs-bozon felfedezésében játszott szerepéről ismert – a korábbinál nagyobb teljesítménnyel és precízebben kutatja a fizika titkait.

FRANCE-SWITZERLAND-SCIENCE-PHYSICS-PARTICLE-CERN Fotó: VALENTIN FLAURAUD

A CERN munkatársai az LHC segítségével 2012-ben igazolták az isteni részecskeként is emlegetett Higgs-bozon létezését. Az eredmény a részecskefizika standard modelljének újabb megerősítését jelentette, hiszen igazolta a modell utolsó hiányzó elemi részecskéjének létezését (fél évszázaddal azután, hogy a létét megjósolta Peter Higgs brit elméleti fizikus). A standard modell szerint a Higgs-bozon az anyag építőköveihez, a kvarkokhoz és a leptonokhoz kapcsolódhat, a részecske tömegével arányos csatolási erősséggel. 

A bozon felfedezése fizikai Nobel-díjat hozott Peter Higgsnek, de ezzel nem sikerült a fizika valamennyi kérdését megválaszolni. 

A világegyetem anyagának például csak öt százalékát ismerjük (galaxisok, bennük csillagok és bolygók, fekete lyukak); további mintegy 25 százalék tisztázatlan összetételű úgynevezett sötét anyag, amelynek egyelőre csak a gravitációs hatásait látjuk. A világegyetem gyorsuló tágulásáért – a feltételezések szerint – a maradék hetvenszázaléknyi sötét energia lehet felelős.

A talányok megfejtésében nagy szerepe lehet a 2018-ban leállított LHC-nak. 

Az MTA tavaly májusi közgyűlésén még az hangzott el, hogy a berendezés 2021 őszén újraindul. Nem így történt. 

„A koronavírus két évvel ezelőtti megjelenése lelassította a leállított gyorsítón tervezett módosítások végrehajtását. A helyi szakértők ugyan igyekeztek tartani az időrendet, azonban a külső beszállítások itt is kisebb-nagyobb késlekedést szenvedtek.” 

Ezért a megnövelt kapacitású LHC gyorsító várhatóan 2022 áprilisában indul újra. Ezt követően a feljavított detektorrendszereknél is elkezdődnek a tesztek, majd a fizikai adatokat eredményező kísérletek

– tudtuk meg Lévai Péter akadémikustól, a Wigner Fizikai Kutatóközpont főigazgatójától.

Phil Allport, a Birminghami Egyetem munkatársa a Newscientist.com oldalon azt nyilatkozta: 

a fejlesztések olyan méréseket tesznek lehetővé, amelyek betekintést engednek a Higgs-bozon bomlásába, emellett olyan jelenségeket tesztelhetnek, amelyeket a standard modell nem ír le teljesen.

Ide tartoznak a fizikusokat évtizedek óta izgató rejtélyek, mint például az úgynevezett hierarchiaprobléma, amely a Higgs-bozon és más részecskék tömege közötti hatalmas eltérésekkel, valamint a sötét energiával és a sötét anyaggal foglalkozik. A fejlesztések – az ütköző protonok energiáját 6,5 teraelektrovoltról 6,8 teraelektrovoltra növelték – teljesen új megfigyelések előtt is megnyitják az utat. Rende Steerenberg, a CERN munkatársa szerint minden eddiginél nagyobb energiájú ütközésekre nyílik mód, a jövőbeni fejlesztések pedig több részecske egyidejű ütközését is lehetővé teszik.

Már 2024-ben további fejlesztéseket terveznek, amelyek szűkítik a protonnyalábokat, és drasztikusan megnövelik a bekövetkező ütközések számát. 

A 2018-as leállítás idején ez körülbelül negyven ütközés protonimpulzusok találkozásakor, a fejlesztések ezt 120 és 250 közé teszik. Ez már a Magas Intenzitású LHC lesz, ami 2028-ban kezd el működni. Az újabb konstrukció a kinyerhető adatmennyiséget egy nagyságrenddel növeli, ami pontosabbá teszi a méréseket, illetve elérnek olyan ritka folyamatokat, amiket eddig megfelelő berendezés híján nem tanulmányozhattak.

Borítókép: Olyan jelenségeket tesztelhetnek, amelyeket a standard modell nem ír le teljesen (Fotó: Europress/AFP)