Részecskefizikusok találkozója
Az ELTE TTK Fizikai Intézetében működő MTA-ELTE Lendület CMS Részecske- és Magfizikai Kutatócsoport 2015 óta a CMS (Compact Muon Solenoid) Együttműködés tagjaként aktívan kutatja a részecskefizika Standard Modelljén túlmutató jelenségeket, mind új részecskék közvetlen keresésével, mind jól ismert folyamatok előfordulási valószínűségének pontos mérésével.
A Compact Muon Solenoid nemzetközi kollaborációja a CERN Nagy Hadronütköztetőjében végzett kísérletek eredményeit vizsgálja. A laboratóriumi mini-ősrobbanásokban az Univerzum születése után néhány milliomod másodpercig fennálló körülményeket hozzák újra létre és tanulmányozzák.
A Nagy Hadronütköztető protonok csomagjait gyorsítja közel fénysebességre (csak 11 km/h-val lassabbak, mint a fény), majd ezeket összeütközteti.
A keményen ütköző protonok mozgási energiáját felhasználva ritka folyamatok is lejátszódhatnak. Így fedezték fel 2012-ben az ATLAS és CMS detektorok az azóta Nobel-díjat is érő Higgs-bozont, amely az elemi részecskék tömegét adó mechanizmus legfontosabb bizonyítéka. Azóta pedig további új (például úgynevezett szuperszimmetrikus) részecskéknek keresik a nyomát, amelyek közelebb juttathatnának minket többek között az univerzumot kitöltő sötét anyag természetének megértéséhez.
Az LHC minden hárommilliárd proton-proton ütközése során csupán egyetlen esetben várják a kutatók egy Higgs-bozon keletkezését. A fizikusok ezért minél nagyobb és nagyobb adathalmazokat szeretnének megvizsgálni. A Nagy Hadronütköztető a tervek szerint még majdnem húsz évig fogja ontani az adatokat, növekvő intenzitással. A jelenleg rendelkezésre álló minta csupán a teljes mennyiség három százaléka. A gyorsítóberendezést és magukat a kísérleteket is tovább kell fejleszteni a következő években, hogy sikeresen birkózhassanak meg az egyre növekvő intenzitással.
Amennyiben a mért értékek szignifikánsan különböznek a Standard Modellbeli elméleti számítások eredményétől, az eltérés természete utat mutathat új fizikai jelenségek vagy részecskék felé, és megadhatja a modell kiterjesztésének irányát is.
A pontos mérések nem csupán nagy adatmennyiséget követelnek, hanem az adatmennyiség minél precízebb meghatározását is.
Hasonlíthatjuk ezt a kutatást a lottózáshoz is: nagyon sok (kb. 44 millió) lottószelvényt kell vennünk ahhoz, hogy várhatóan egy ötös találatunk legyen. Ahhoz pedig még többet, hogy az ötös találatok gyakoriságát (valószínűségét) is pontosan megmérjük. Erre a mérésre persze a lottózásnál nincs szükség, hiszen egyszerű matematikai módszerrel kiszámolható a fenti eredmény, amit nem lehet vitatni.
A részecskefizikai jelenségek is véletlenszerűek, mint a lottóhúzás, de azok esetében több különböző bonyolult fizikai modellből származó, egymástól eltérő jóslatot kell összevetni az „ötös találatok” és a megjátszott „lottószelvények” számának arányával, hogy a természetet minél pontosabban leíró modellt megtalálhassuk. Ehhez persze nemcsak a nyereményt, de a lottószelvények számát is pontosan kell tudnunk: az adatmennyiség mérete felel meg a szelvények számának a fenti példában. A CMS detektor BRIL alrendszere felelős az adatminta méretének meghatározásáért, ennek pontossága jelenleg 2% körüli. Az ELTE-n megrendezett mostani találkozó egyik fő témája az volt, hogyan lehetne ezen a számon javítani.
Az extrém körülmények, a másodpercenként 40 millió csomagtalálkozás, amelyekben egyenként átlagosan 200 elemi proton-proton ütközés történik, 15 kilowatt teljesítményt felszabadítva, nagy kihívást jelentenek majd a berendezés számára. Kitűnő idő- és helyfelbontás, sugárzásállóság, hosszútávú stabilitás – csak hogy a legfontosabb követelményeket említsük. Ebben az eddig példátlan, a hétköznapi életben szinte elképzelhetetlenül barátságtalan környezetben kell elérni a kitűzött célt, a jelenlegi mérési pontosság jelentős javítását. Kívánatos lenne, hogy az adatminta méretének bizonytalansága a többi mérési bizonytalansághoz képest jelentéktelen legyen.
Ez az innovációs kutató-fejlesztő munka — magyar részvétellel — a következő évek feladata.
Az LHC november végén megkezdte éves karbantartási időszakát, hogy tavasszal újra munkába állhasson. A 2017-ben gyűjtött adatok feldolgozása elindult, az első eredmények elsősorban a Higgs-bozonok keletkezéséről, az Új Fizika és az egzotikus jelenségek utáni vadászatról a nagy márciusi nemzetközi konferenciákra várhatók.