A CERN látogatóközpontja, a Globe of Science and Innovation
E kutatás új fejezetébe pillanthattak be mindazok, akik meghallgatták Rolf-Dieter Heuer professzor, az Európai Részecskefizikai Laboratórium (CERN) főigazgatójának a nagyközönség számára is nyitott, ismeretterjesztő előadását a Magyar Tudományos Akadémián, november végén. A Nagy Hadronütköztető: a sötét univerzum megvilágítása – szólt a cím. A Nagy Hadronütköztető (LHC) nevet sokan ismerhetik már, hiszen beindításakor, 2008-ban még az Emberi Jogok Európai Bíróságának is állást kellett foglalnia az aggodalom miatt, miszerint a meginduló kísérletek során fekete lyuk keletkezhet, amely esetleg elnyeli a Földet. Valójában nem ennyire drámai, ám nem kevésbé érdekfeszítő kutatások zajlanak a francia-svájci határon felépült, huszonhét kilométer hosszú alagútban.Az LHC a valaha épült legnagyobb tudományos mérőberendezés. A fizikusok a segítségével először képesek olyan folyamatokat vizsgálni, amelyekről eddig csak tudományos elméleteik voltak, vannak. A kutatásokban magyar szakemberek is részt vesznek, de már az építésbe, a fejlesztésbe is bekapcsolódtak, hiszen a részecskegyorsító egyik detektorának egy alkotóelemét Debrecenben tervezték és építették meg. Emellett Magyarország a CERN-nek fizetett tagdíjjal pénzügyileg is hozzájárul a berendezés működéséhez.
A kísérletek során részecske-, általában protonnyalábokat gyorsítanak fel nagy sebességre, majd úgy módosítják a pályájukat, hogy a részecskék ütközzenek egymással. Az ütközések pillanatában fennálló körülmények, illetve a létrejövő új részecskék az anyag szerkezetéről, valamint a világegyetem korai fejlődési állapotáról adnak információkat.
A kísérletekhez rendkívüli körülményekre van szükség. Az LHC belseje a Naprendszer legüresebb helye: hogy a részecskék keringhessenek, a csillagközi űrhöz hasonló vákuumra van szükség. Emellett a világegyetem leghidegebb helye is: mínusz 271 Celsius-fokon, vagyis az abszolút zérus felett 1,9 Kelvin-fokon működik megfelelően, amely hidegebb, mint a világűr. Ugyanakkor a galaxisunk egyik legforróbb pontja is: két protonnyaláb ütközése rendkívül rövid időre és kicsi térfogatban ezermilliószor magasabb hőmérsékletet teremt, mint ami a Nap belsejében van.
Felvetődhet a kérdés: a szakemberek tudásszomjának kielégítésén túl van-e mindennek valami haszna? A világ részecskegyorsítóinak nagy részét ma orvosi célokra használják, elsősorban a daganatos betegek gyógyítása terén. A CERN-ben folyó kutatások is messzebbre mutatnak a fizikai felfedezéseknél
– hogy csak egyet említsünk: huszonegy évvel ezelőtt ott dolgozták ki a world wide web (azaz a világháló) alapelveit.
Az LHC segítségével a szakemberek esetleg választ tudnak majd adni a fizika „nagy” kérdéseire. Például hogy honnan ered a részecskék tömege? A fizikusok jelenlegi ismeretei, az úgynevezett standard modell szerint a világegyetem kevés számú anyagi részecskéből, a közöttük ható erőkből, illetve a kölcsönhatásokat továbbító, közvetítő részecskékből áll. Kell azonban lennie még valaminek, amely tömeget „ad” az anyagi és néhány közvetítő részecskének. Egy nagyon valószínű elmélet szerint ez a valami a Higgs-bozon, amely sem nem anyag, sem nem erő. Ahogyan Heuer professzor rámutatott: lehetséges, hogy az LHC nem talál Higgs-bozont, de akkor találnia kell valami mást, amely a tömeg magyarázatára szolgálhat. (2012. július 4-én a CERN bejelentést tett, miszerint találtak egy részecskét, aminek tömege 125 GeV/c2 – körülbelül 133 proton-tömeg, nagyságrendileg 10-25 kg –, ez „nagyjából a Higgs-bozon leírásának felel meg” – szerk.)
A fizikusok mind ez idáig a világegyetemet felépítő anyag és energia öt százalékát képesek leírni. A maradék kilencvenöt százalék sötét – nemcsak abban az értelemben, hogy nem bocsát ki mérhető elektromágneses sugárzást, hanem mert gyakorlatilag semmit nem tudunk róla. Ebbe a világba tartozik az úgynevezett sötét anyag és energia, amelyekre „fény vetülhet” az LHC segítségével. Az ütközések során ugyanis új részecskék is keletkezhetnek, amelyek közül néhány a sötét anyag építőeleme.
Az LHC-ban zajló kísérletek a korai világegyetemről is információval szolgálhatnak; arról az időszakról, amikor még nem jöttek létre az atomok. A miért filozófiai kérdés – mondta egy nemrégiben adott interjújában Heuer professzor –, de a mi és a hogyan fizika, és azt nekünk kell megválaszolnunk.
