Fizikus hallgatók a CERN részecskegyorsítójában
A fizikában a kémiai tanulmányokból ismert periódusos rendszerhez hasonló táblázat tartalmazza az atomokat felépítő és az erőhatásokat közvetítő részecskéket. Ez a részecskefizika Standard Modellje, amelynek alapján összefoglalható, hogyan épülnek fel az atomok és milyen fizikai erők, kölcsönhatás működtetik világunkat.
A Standard Modellben szereplő elemi részecskék
A táblázatban sem a protont, sem a neutront nem találjuk, és ez azért van így, mert azok “túl nagyok” ehhez a felosztáshoz, és maguk is a Standard Modellben megjelenített kvarkokból állnak. Egy másik fontos kérdés, hogy ha a pozitív töltésű protonok elektromosan taszítják egymást, hogyan marad mégis egyben az atommag?
Így jutunk el az erős kölcsönhatás fogalmához – magyarázza Veres Gábor, az ELTE TTK Atomfizikai Tanszékének professzora. Ez az atommagot alkotó részecskék kvarkjai között lép fel, és a gluon nevű közvetítő részecskével írható le, nagyon hasonlóan ahhoz, ahogy a fényt a foton nevű (és a Standard Modellben szintén helyet kapó), az elektromágneses erőt közvetítő részecskével modellezhetjük. Ez az erőhatás, amely csak az atommagon belüli, nagyon kis távolságokon lép fel, tényleg nagyon erős, ha meg akarjuk ismerni a tulajdonságait, nem elég ütköztetni a részecskéket vagy az atommagokat, hanem ezt nagyon nagy energiával kell megtennünk. Erre szolgál a CERN, az európai atommag- és részecskefizikai kutatás legnagyobb laboratóriuma által működtetett óriási részecskegyorsító, amely ma Földünkön a legnagyobb energiájú ilyen ütközéseket képes megvalósítani – és észlelni az ezekben keletkező részecskék nyomait, tulajdonságait és viselkedését.
"Amikor addig soha nem használt energiával végzünk ütköztetési kísérleteket, mindig izgalmas, hogy felfedezzük-e új részecske nyomát, amelyet már megjósolt a Standard Modell, de még nem bizonyítottuk a létezését, vagy akár olyanét, amelyet nem is feltételeztünk eddig, vagy amelyeket a Standard Modellen túlmutató elméleti modellek jósolnak" – mondja Veres Gábor.
A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet részlete a CERN-ben
"Bár nem látjuk még pontosan, hogy hol, de biztosan nagy hatása lesz az eredményeknek világunkra" – véli a kísérleti részecskefizikus. Példaként azt említette, amikor Chadwick 1932-ben felfedezte a neutront, pontosabban kísérletekkel igazolta, hogy valóban van ilyen részecske, ahogy azt már feltételezték, az laikus szemmel akár öncélú érdekességnek tűnhetett. Bő 20 évvel később pedig megjelent az első atomerőmű, ma pedig az emberiség energiaszükségletének komoly részét ezekben állítjuk elő, amiről nem is álmodhatnánk a neutron és tulajdonságainak ismerete nélkül.
Ma még nem is sejtik az ilyen irányú, új ismeretek hosszútávú lehetséges alkalmazásainak változatosságát, viszont máris sok mindenben könnyítik meg a mindennapi életet a CERN-ben életre kelt és alkalmazott technológiák, mint például a mindenki által használt World Wide Web. Emellett a részecskefizikából származó orvosi diagnosztikai és terápiás berendezéseket még felsorolni is nehéz lenne, illetve a genfi repülőtér fűtéséhez is olyan vákuumtechnológiával készült napkollektorokat használnak, amelyet a CERN részecskenyalábjaihoz is használnak. Humanitárius, régészeti és biztonságtechnikai alkalmazásai is vannak a CERN-ben is alkalmazott módszereknek.
Az ELTE TTK nagy hangsúlyt fektet arra, hogy érdeklődő hallgatói is bekapcsolódjanak a kutatásokba. Veres Gábor, aki idejének egy részét a svájci részecskegyorsítónál tölti, rendszeresen viszi magával a legjobb hallgatóit, hogy együtt dolgozhassanak a részecskefizika nagyjaival a kísérletek fáradságos, de sok szakmai tapasztalatot adó előkészítésében – és az eredményre várás izgalmaiban is.
Forrás: ELTE TTK
Borítókép: Veres Gábor professzor és tanítványa, Fehérkuti Anna, az ELTE TTK fizika alapszakos hallgatója a 14 ezer tonnás CMS (Compact Muon Solenoid) detektornál, 90 méterrel a felszín alatt.