Új Szó, 2003. október (56. évfolyam, 225-251. szám)

2003-10-27 / 247. szám, hétfő

ÚJ SZÓ 2003. OKTÓBER 27. Mindentudás egyeteme |pfl Magyar kutatók is dolgoznak a CERN gyorsító fejlesztésén - A világhálót és a böngészőprogramot is a részecskegyorsítóhoz dolgozták ki Világunk építőköveit kutatja a részecskefizika Amikor 1937-ben a kozmi­kus sugárzásban felfedezték az elektronhoz hasonló, de nála 200-szor nagyobb töme­gű részecskét, a müont, Isidore Rabi, Nobel-díjas ku­tató azt kérdezte: „Kinek kell ez?” Horváth Zalán a ré­szecskefizika alapjaiba ve­zette be hallgatóságát a Min­dentudás Egyetemén. HORVÁTH ZALÁN ELŐADÁSA MINDENTUDÁS EGYETEME Az a gondolat, hogy az anyag alap­vető „építőkövekből” épül fel, több mint 2000 éves. Az építőkövekről azt feltételezték, hogy egyszerűek és szerkezet nélküliek, Demokri- tosz például így gondolkodott idő­számításunk előtt 450-ben: „Az örökké való dolgok természete vég­telen számú kis részecskékből áll [...] a részecskék olyan kicsik, hogy felfoghatatlanok számunkra, és a legkülönbözőbb alakzatokat öltik, és mindenféle formájúak és külön­böző méretűek. Belőlük, mint az elemekből (föld, víz, tűz, levegő) állítódnak össze és erednek a látha­tó és felfogható testek...” Ma már tudjuk, hogy a Világegye­léteznek, de nem látjuk őket: a kozmikus sugárzás, amely az űrből érkezik, valamint a nagyenergiás anyag, amit a laboratóriumaink­ban hozunk létre, és mindezek „tü­körképe”, az antianyag. Ezek leírá­sát és megmagyarázását tűzik ma­guk elé az elemi részecskék fiziká­jával foglalkozó fizikusok. STANDARD MODELL ­A NAGY ELMÉLET FELÉ A fizika elsődleges célja, hogy egy­séges módon értse meg a termé­szet csodálatos változatosságát. Minden múltbeli nagy eredmény e cél felé vezető újabb lépés volt: az Tim Berners-Lee, a World Wide Web megalkotója tem összes anyaga közel száz kü­lönböző típusú atomból épül fel, mindegyik negatív töltésű elektro­nokból áll, amelyek a pozitív tölté­sű magok körül keringenek. A mag továbbá nukleonokból áll: pozitív protonokból és semleges neutro­nokból. Mindezen összetevőket a fizikusok anyagrészecskéknek ne­vezik. Az elektronnak nincs belső szerkezete. A protonok és neutro­nok összetett részecskék, mind­egyik három kvarkból áll. Az elekt­ronhoz hasonlóan a kvartoknak sincs belső szerkezete. Csak két faj­ta kvark szükséges ahhoz, hogy fel­építsük a protont és a neutront: az u (up = fel) és a d (down = le) kvark. Még egy további szerkezet­nélküli részecskét kell hozzáven­nünk, hogy teljes legyen a kép: egy semleges nagyon könnyű részecs­két, a neutrínót. Ez fontos szerepet játszik azokban a reakciókban, amelyekben a neutronok protonná alakulnak át és fordítva. Ezek a re­akciók alapvető jelentőségűek a ra­dioaktív bomlások során és a Nap energiatermelésében. Összesen ez a négy részecske kell ahhoz, hogy felépítsük a közönsé­ges anyagi világot magunk körül. Ezen túl vannak az anyagnak ke­vésbé közönséges formái, amelyek égi és földi mechanika egyesítése Newton által a 17. században; az elektromosság és mágnesesség Maxwell által kidolgozott elmélete a 19. században; a téridő geometri­ájának és a gravitáció elméletének egyesítése Einstein által 1905 és 1916 között, valamint a kémia és az atomfizika megértése a kvan­tummechanika kialakulásával az 1920-as években. Van-e mód további egyesítésre? Igen, a részecskefizika Standard Modellje egyesíti az elektromágne­ses és gyenge kölcsönhatásokat, azokat az erőket, amelyek a radio­aktív kölcsönhatásokért felelősek, és hasonló módon írja le az erős kölcsönhatásokat, azokat az erő­ket, amelyek a kvartokat tartják a protonon és a neutronon belül, és amelyek a protonokat és neutrono­kat tartják össze a magokban. Több mint 20 fizikus kapott Nobel- díjat olyan eredményért, amely megalapozta a Standard Modellt, a kvantumelektrodinamikától kezdve (1965) a neutrínó és a tau részecske felfedezéséig (1995), legutoljára pedig alapvető elméleti munkáju­kért ‘t Hooft és Veltman (1999) hol­land fizikusokat díjazták. A Standard Modell relativisztikus kvantumtérelmélet. Alapvető ele­kNOeNTUItfSl pYETEMF-1 Demokritosz mei terek, köztük az elektrodina­mika elektromos és mágneses terei. Ezen terek kis fodrozódásai energi­át és impulzust hordoznak helyről helyre. A kvantummechanikából pedig az következik, hogy ezek a fodrok kis csomagokat, kvantumo­kat alkotnak, amiket a laboratóri­umban elemi részecskékként isme­rünk fel. Például az elektromágne­ses tér kvantuma az a részecske, amit fotonnak nevezünk. A részecskefizika szintjén a külön­böző kölcsönhatásokban részecs­kék keletkeznek és tűnnek el, el­bomlanak és átalakulnak. Például egy szabad neutron elbomlik egy elektronra, egy protonra és egy antineutrínóra. A bomlások során a nehezebb részecskék könnyebbekre bomlanak el, ha ez lehetséges. Mi szabályozza ezeket a bomlásokat? Minden folyamat során kötelezően érvényesülnie kell az alapvető megmaradási törvényeknek: az energia, az impulzus és az impul­zusmomentum megmaradásnak. Természetesen a speciális relativi­táselmélet következtében a tömeg és az energia ekvivalens, így példá­ul a neutron, melynek tömege na­gyobb, mint a proton, elektron és antineutrínó együttes tömege, el­bomolhat ezekre a részecskékre. Miért nem bomlik el mégis minden részecske a legkönnyebbre? Mert vannak még más megmaradási tör­vények is. Ilyen például az elektro­mos töltés megmaradása, vagy a protonhoz és neutronhoz rendel­hető „bariontöltés” megmaradása. Az utóbbi miatt nem bomolhat el a proton például pozitronná és fo­tonná. Bizonyos mennyiségek min­den kölcsönhatás folyamán meg­maradnak, mások csak bizonyos kölcsönhatások esetén. HORVÁTH ZALÁN fizikus 1943. október 7-én született Debrecenben. 1961-ben érettségizett a Piarista Gimnáziumban. Az ELTE-n dip­lomázott fizikusként 1967-ben. 1970-ben részecskefizikából védte meg doktori disszertációját. A fizikai tu­dományok doktora címet szerzett 1991-ben. A Magyar Tudományos Akadémia 1998-ban levelező tagjai kö­zé választotta. Munkahelye az ELTE Elméleti Fizikai Tanszéke, ahol 1971 óta dolgozik. 1993 és 2001 között tanszékvezető, 1995-től 2001-ig tanszékcsoport-vezető volt. 2001-től a Fizika Doktori Iskolát vezeti az ELTE- n. Számos tanulmányutat tett, többek között Írországba, Olaszországba, Németországba, Angliába és Fran­ciaországba. Kiterjedt oktatói tevékenységet folytat. Tudományos kutatásait az elméleti elemi részecskefizi­ka, a kvantumtérelmélet és a húrelmélet területén folytatja. 1985-ben Akadémiai Díjat, 1996-ban Széchényi Professzori Ösztöndíjat kapott. Tudományos publikációinak száma 81, melyekre több mint 1000 független hivatkozás érkezett. Több bizottság és kuratórium tagja, az Akadémia Fizikai Osztályának elnöke. A RESZECSKEKUTATAS „MIKROSZKÓPJAI”: A GYORSÍTÓK Csak úgy tudunk a Standard Mo­dell keretében egyre újabb ered­ményeket elérni, ha egyre nagyobb energiájú részecskeütközéseket hozunk létre. Az erre szolgáló be­rendezések rendkívül költségesek. Látva az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban megindult kísérle­ti berendezéseket, 1954-ben tizen­két európai állam egyezményt írt alá egy európai részecskefizikai kutatóközpont létrehozására. A CERN kutatóközpontot Genf mellett a francia-svájci határ men­tén hozták létre. A helyszínválasz­tásnak geológiai oka is volt, itt ta­láltak egy olyan összefüggő geoló­giai táblát, amelyre rá lehetett he­lyezni a berendezéseket. Az együttműködés sikerét mutatja, hogy mára húsz európai ország, többek között Magyarország is (1992) csatlakozott ezekhez a ku­tatásokhoz. A korábbi nagy tárológyűrűs be­rendezésen sikerült felfedezni töb­bek között a W és Z bozont 1983- ban, amit Nobel-díjjal jutalmaztak. 2007-re a korábbi LEP kísérletre megépített 27 km hosszúságú alag- útban az új kísérleti berendezést, az LHC-t fogják üzembe helyezni, amelyben nagyenergiájú proton­nyalábokat kívánnak ütköztetni. (Sebességük a . fénysebesség 99,999999%-a.) Ahhoz, hogy egy ilyen nyalábot eltérítsenek kör ala­kú pályára, igen nagy mágneses térerősségre van szükség: 8,5 Tes­lára. Az alagútban 1232 darab 15 méter hosszúságú mágnest helyez­nek el. A mágneseket szupravezető kábelekből hozzák létre, amelyek­ben 12000 A áram folyik és állandó -271 °C-on vannak tartva. Azt, hogy ilyen mágnesek létrehozha­tók és tartósan működtethetők, kí­sérletileg igazolták 1994-ben. A nyalábok az alagút négy pontjá­ban fogják metszeni egymást, ahol a részecskék ütközését detektorok­kal vizsgálják majd. A cél az, hogy minél több olyan ütközést hozza­nak létre, amikor a két protont al­kotó kvartok közül egy pár frontá­lisan ütközik. Ezeket a nagyenergi­ás eseményeket kívánják ldszűrni. A nyaláb - mint egy gyöngyfüzér - 25 milliárdod másodpercnyi távol­ságra levő protoncsomagokból fog állni. Ezek a csomagok minden üt­közési pontnál áthaladnak egymá­son 40 milliószor egy másodperc alatt, minden alkalommal körülbe­lül 20 ütközés jön létre. Már akkor újabb ütközés jön létre, amikor még az előző ütközés termékei re­pülnek a berendezésen belül. így 800 millió ütközés jön létre másod­percenként, ezek közül azonban csak egymilliárd ütközés közül egyben fordul elő, hogy két kvark frontálisan ütközik. Hogy ezzel az őrült sebességgel lépést tudjanak tartani, az információt a detektor­ból olyan elektronikus vonalon küldik tovább, amely elég lassú ah­hoz, hogy néhány ezer esemény adatait tárolja. Ez lehetőséget ad a számítógépeknek, hogy eldöntsék, érdekes-e az esemény és rögzítsék­e, mielőtt a vonal végére érne és el­veszne. Az LHC detektorok egy esemény esetén több tízmillió ada­tot szolgáltatnak. Megfelelni en­nek a feladatnak észbontó követel­mény. Négy detektor építése van folya­matban: az ATLAS és a CMS 22 m magas óriások, az ALICE és az LHCb kisebbek. A CMS eszközt fej­lesztésén 36 nemzet, 159 intézet 1940 tudósa dolgozik jelenleg, köztük Magyarország kutatói is. A RÉSZECSKEFIZIKA „HASZNA" Az LHC berendezés bemutatása ér­zékeltethette, hogy milyen szintű technikai nehézségekkel kell meg­küzdeniük a kísérleti fizikusoknak. A CERN filozófiája az, hogy a kí­sérleti fejlesztésekhez szükséges berendezéseket lehetőleg a tagál­lamok cégeitől rendeli meg, ezzel is segítve e cégek fejlődését és a tagdíjként befolyt tőke visszajutta­tását a tagokhoz. Az LHC esetében az együttműködés túlmutat az eu­rópai tagországokon, bár ezek elő­nyös helyzetben maradnak. Rajtuk kívül az összes nagyobb állam tu­dományos közössége (Kanada, In­dia, Izrael, Japán, Oroszország és az Egyesült Államok) is csatlako­zott, és a fejlesztési költségek majdnem 40%-át fedezi. így az LHC az egész világ mérőlaboratóri­uma lesz, közel 5000 kutató fog dolgozni a méréseken. A teljes hát­ralévő költséget 2003. januárjában 3220 millió svájci frankra becsülte az intézet vezető tanácsa. Az egyik fontos feladat a számítógé­pes adatfeldolgozás biztonságos megteremtése lesz. A CERN-ből in­dult ki a keletkező több Pbyte - többmillió Gbyte - adat feldolgozá­sára való elosztott PC-alapú GRID technológia megteremtése. Ebben jelentős szerepet vállalnak a ma­gyar kutatók is. Ilyen nagyságrendű adat gyors kezelése lehetővé tenné például olyan részletes egészség- ügyi adatbázis felépítését, amely­ben egy Magyarország méretű or­szág összes egészségügyi adatai az orvosok számára bárhol azonnal el­érhetők volnának. A különböző vizsgálatok eredményei azonnal ki­értékelhetők és a korábbiakkal ösz- szevethetők lennének. De fontosak az ilyen számítógépes fürtök az el­méleti fizika szempontjából is. Eze­ken viszonylag szerényebb költség mellett lehet végrehajtani a szüksé­ges nagy számítógép-kapacitást igénylő számításokat. A CERN-hez kapcsolódik az az újí­tás is, amely az egész világra hatást gyakorolt: a világhálót és a böngé­sző szoftvert arra fejlesztették ki, hogy az előző LEP eszköz eredmé­nyeit minél könnyebben lehessen megosztani a résztvevők között. Éppen tíz évvel ezelőtt tette a CERN szabad szoftverré és szabad technológiává ezt az eszközt, melynek megalkotója Tim Berners- Lee, a CERN munkatársa volt. Készítette az M&H Communica­tions szabad felhasználásra, a szerzői jogok korlátozása nél­kül.

Next

/
  • Layout
  • Zoom
  • Rotation
Thumbnails
Contents