CERN - Genf kirándulás

Átírás

1 1 CERN - Genf kirándulás 1. nap Szeptember 1. indul az iskola, ámde nekünk hamar még izgalmasabb úttal folytatódott. A suliban megkaptuk a könyveket, majd az osztályfőnökünk elmondta a legfontosabbakat, majd mentünk is haza gyorsan összepakolni, hiszen 17:00-kor már a reptéren volt a találkozó. 21:30-kor szállt le a repülő Genfben. A városba vonattal mentünk be, majd villamossal a szállásra. A központi vasútállomáson egy gyönyörű TGV parkolt, jelezve Franciaország közelségét. Elfoglaltuk a szállást, majd hamar aludtunk, mert másnap kemény nap várt ránk. 2. nap Barátkozás a CERN -nel. Korán indult a nap, hiszen 8:45-kor már vártak minket a CERN -ben. Recepción bejelentkeztünk, majd a látogatóközpont elindítójával volt alkalmunk beszélgetni, amíg el nem indult az igazi körút. Először egy hatalmas konferenciaterem várt ránk, ahol "Bemutatkozik a CERN" címszó alatt bevezettek minket a CERN és a kvantummechanika világába, de persze a komoly és látványos dolgok ezután jöttek. A vezetőink (Szillási Zoltán és Béni Noémi) mellé becsatlakozott Darvas Dániel, volt Istvános diák, aki most 3 éves ösztöndíjjal a doktoriján (is) dolgozik a CERN-ben. Szerencsénk volt megnézni a legjobb központokat, mert a gyorsítóknál most nagy leállás van, mivel felkészülnek a 14 TeV energiájú ütközésekre. Buszra szálltunk és a CERN egy másik telepére, az LHC irányító központjába mentünk (vagy pontosabban CCC). Az alig 5 perces buszút alatt átléptük a francia határt. Egy modernizált bemutatóteremben volt egy kis ismertető a gyorsítókról, majd előtűnt az üvegfal túloldalán lévő vezérlő. A jobb oldalon van egy fal ahova azokat a pezsgőket gyűjtik, amiket akkor bontanak fel, mikor valami új dolgot fedeznek fel (legutoljára a Higgs-bozon). A lineáris és ciklikus gyorsítókban proton nyalábot vagy ólom ionokat szoktak ütköztetni. A proton a gyakoribb, de azokat is elő kell állítani. Ez hidrogén atomokból roppant egyszerű, mivel csak egy protonból és egy elektronból áll, így ha eltávolítjuk az elektronokat, akkor készen is vagyunk. Erre a legegyszerűbb út a képen lévő szerkezet, persze LHC vezérlőterme (CCC)

2 ennek a feltalálója is Nobel-díjjal gazdagodott. Ha már van mit gyorsítani, akkor azokat már csak bele kell vezetni az LHC-ba a Nagy Hadronütköztetőbe (Large Hadron Collider). Ha azt akarjuk, hogy a gyorsítás nagyon sikeres legyen, akkor elő kell gyorsítani. Ezt egy sor régebbi gyorsító végzi, amelyeket felesleges "kidobni". Az első egy lineáris gyorsító a LINAC 2 és csak utána jönnek a szinkrotronok, azaz a körpályájú gyorsítók, a PSB, majd a PS a Proton Szinkrotron, aztán a még nagyobb SPS a Szuper Proton Szinkrotron és majd ebből a gyűrűből vezetik be két irányból a nyalábokat az LHC-ba. Az SPS továbbá azért is érdekes, mert innen megy még nyaláb a COMPASS-hoz is (azt másnap látogattuk meg), és egy olaszországi kutató központba neutrínók. Az LHC egy 27 kilométer kerületű gyorsító, amely a korábbi LEP átlagosan 100 méter mély alagútjában épült. A LEP egy elektront és az antirészecskéjét, pozitront ütköztető gyűrű volt, amíg 2000-ben le nem állították, hogy helyet adjon az LHC - nak. Több évtizedes sikeres kutatás során a LEP-ben találták meg a W és Z bozonokat, amik a gyenge kölcsönhatásért felelősek. Az LHC a világ legnagyobb és a legnagyobb energiájú gyorsítója, aminek a megépítése és üzemeltetése nagy mérnöki kihívás. Mágnes gyár tesznek meg. Ez nagy áramerősséget kb ampert igényel, és ezzel érik el a 7-8 Teslás mágneses teret és gyorsítják a protonokat 7 TeV-re. Ezt vezető rézszálakkal kellene vezetni, de ebben az esetben elveszhet energia, ami hővé alakul és ekkora áramerősségnél nagyon nagy kárt csinálna. Ezért szupravezető szálakat kell használni, mert ekkor az anyagnak nincs elektromos ellenállása, erre a CERN mérnökei megtaláltak egy jó megoldást, a nióbiumtitán ötvözetet. Továbbá belül az egész rendszer folyékony héliumban úszik 1,7 Kelvin hőmérsékleten, ami ha 0 Kelvin az abszolút nulla fok, akkor irtó alacsony, kb Celsius fok. Ezen a hőmérsékleten a hélium is LEP egyik régi mágnese szupravezetővé válik. Már minden adottnak tűnik a sikeres gyorsításhoz. A CERN Az LHC egyik lelke a mágnesei, ami a kék csővezetékben van, ebben futnak a részecskék. Ezeket a következő helyszínen a mágnesgyárban néztük meg. Ezekről a mágnesekről, azt kell tudni, hogy nagyon bonyolultak, működés alatt nagyon hidegek, vákuumban van a nyaláb és áramerősségük hatalmas. Dipól mágnesek tartják körpályán a részecskéket és kvadrupol mágnesek fókuszálják a protonokat folyamatosan. A részecskék, majdnem, fénysebességgel mennek körbekörbe, egy másodperc alatt kört LHC mágnese belülről dolgozói is ezt gondolták 2008-ban, mikor először beindították. Nagy napnak indult és nagy bajjal zárult. Az egyik illesztés quench-cselt, azaz elszakadt, megsérült a nióbium-szál (ami egyébként rézzel van körültekerve) és az a amper ellenállásba ütközött, hő keletkezett, a hélium gázzá alakult, ami így kitágult és kitépte a helyéről a 2

3 mágneseket. 24 db mágnes sérült meg és a kijavítás egy évvel visszavette a munkát, mivel ezek után az összes illesztést meg kellett röntgenezni, hogy meggyőződjenek róla, hogy az összes varrat és illesztés megfelelő legyen. A képen található még egy újabb érdekesség. Már volt róla szó, hogy majdnem fok a hőmérséklet, de mikor eredetileg szobahőmérsékleten megépítették, akkor a hő tágulással is számolni kellett (most nyilván összehúzódott). Ezt szolgálják ki a "harmonikák". A mágnes gyár után visszamentünk a CERN fő területére és megebédeltünk. Kaptunk egy kis szabadidőt, így nézelődtünk és vásárolgattunk egy kicsit, majd elindultunk a következő állomásunk felé, de útközben egy parkot néztünk meg, ahol kint a szabadban, ki vannak állítva a már nem használt kísérleti eszközök például buborékkamrák és LEP-es mágnesek. Utunkat az antianyag-gyárban folytattuk, helyesebben antiproton lassító. Itteni kutatásokban sikerült már 15 percig fenntartani antihidrogén atomokat, melyek egy antiprotonból és egy pozitronból állnak. Ezekben a kutatásokban arra is keresik a Antiproton lassító (AD) választ, hogy miért van több anyag, mint antianyag az univerzumban. Végül a nap zárásaként a Data Centert látogattuk meg. Szintén egy ultramodern bemutatóterem fogadott minket hasonlóan az LHC vezérlőhöz. Itt a legfontosabb dolog az adatok kezeléséről és tárolásáról volt szó. Főleg az LHC-ból származó adatokkal kell sokat törődni. Egy másodperc alatt 30 millió ütközés történik és egy ütközés adata körülbelül 1 MB. Ez másodpercenként 30 TB adat. Ezt letárolni még a CERN-ben is lehetetlen ezért szűrni kell azt, hogy melyik ütközés az érdekes. Ezt egy programozható hardver úgynevezett trigger végzi legelőször, aminek 25 nanomásodperce van eldönteni a kérdést. Van még néhány ilyen trigger, mielőtt eljutnak oda, hogy az adatokat azonnal elmentik és csinálnak egy másolatot belőlük. A másolatokat elküldik Budapestre tárolásra. Genf és a budapesti Wigner kutató központ az úgynevezett Tier 0-ások. Genfből az adatok még elmehetnek 12 helyre a világon, főleg kutatóközpontokba, ahol ki tudják elemezni őket, ők a Tier 1-esek. Ezekről a helyekről még újabb 600 hely érheti el az adatokat Tier 2-esként. Helyben a CERN tárolás után elkezdi feldolgozni az adatokat hatalmas számítógép parkkal. Nem szuperszámítógépeket használnak, Számítógépek a Data Centerben hanem sima PC-ket, de rengeteget. Első CERN-i napunk ezzel a végére ért és visszamentünk a szállásra. Vacsora után elmentünk a tópartra sétálni egy kicsit, de hideg szél miatt nem tettünk nagy kört. 3. nap Már ismerősként a CERN-ben Másnap még korábban indultunk, mert egyből busz várt ránk. A COMPASS-hoz mentünk. Itt kettévált a csapat, vezetőink COMPASS, az SPS-ből jövő nyaláb 3

4 Noémi és Dani voltak. A COMPASS-hoz az SPSből jönnek fel a részecskék, mivel a COMPASS a felszínen van. Itt céltárgyas kísérleteket szoktak végezni, mikor nincs nagy leállás. A proton nyalábot belevezetik a céltárgyba, ami egy berílium rúd általában és az így keletkezett, szétszóródó részecskéket lehet detektálni. Gyakran használnak tracker-eket, melyek az adott pillanatban megmérik a részecskék, majd egy másik tracker méréseivel összehasonlítva tudnak következtetni számolással a részecskék tömegére, energiájukra a pályájukból például. Itt a pontos mérések érdekében az egész detektorsort lemásolták és mögé tették az elsőnek Ahogy mentünk sorban a detektorokon két talányt is meg kellett oldanunk. Az egyik: Miért van egy nagy lyuk a második adagnál, mikor az elsőben nincs? Továbbá miért van egy festőfóliával letakarva az egyik tracker? Detektorok után már csak meg kell fogni a maradék részecskéket, nehogy a falvak sugárzást kapjanak, egyébként itt is radioaktivitásra figyelmeztető táblák vannak az ajtókon, így kaptunk sugárzásmérőt, de nem mozdul semmit a mutató. Most már tényleg elérkeztünk a legizgalmasabbhoz, a CMS-hez. Busszal átmentünk a CMS telephelyre és egy kiállító sátorba hallgattuk meg a CMS (Kompakt Müon Szolenoid) felépítését és döbbenetes adatait. A két fő detektor az LHC-en az ATLAS és a CMS. Az ATLAS 45 méter hosszú, 25 méter átmérőjű és 7000 tonnát nyom, míg a CMS csak 21 méter hosszú, 16 méter átmérőjű, de tonna. Detektorok ezrei vannak összesűrítve tracker-ek, hadron és elektromágneses kaliométer, müonkamrák és egyebek, hogy minél pontosabb és széles körűbb mérési eredményeket kapjanak. Ezzel és az ATLAS-szal találták meg 2012-ben a Higgs-bozont, amely az elméletek szerint felelős a részecskék tömegéért. Aztán eljött a mi időnk és lementünk a száz méter mély aknába. Útközben kaptunk sisakot, illetve látogató azonosító kártyát. Sajnos nem tudtunk lent lenni hosszú időt. Nekem a CMS tetszett a legjobban az egész út során, szemet gyönyörködtető látvány és méretek, mégis azért, hogy az emberi kíváncsiságot kiszolgálja. Gyors ebéd következett, majd mentünk ködkamrát építeni. Ködkamra roppant egyszerű felépítésű. Egy műanyag doboz alján lévő filcet metil alkohollal eláztatunk, majd ráfordítjuk egy fémlapra és az egészet szárazjégre tesszük, majd megvilágítjuk oldalról. Ekkor az alkohol elkezd párologni, de nem tud kicsapódni túltelített lesz és a kozmikus részecskék kis fonalakat hoznak létre és ezeknek az Alfa részecske képe a profi ködkamrán 4

5 alakjaiból lehet következtettni a részecskére. Ha egyenes akkor nagy az energiája, tehát egy müon, ha cikk-cakkos akkor egy elektron, mivel kis energiájú, mert az ütközéseknél irányt vált. A képen pedig egy alfa részecskének (hélium atommag) van vastag, rövid alakja. A nap és a CERN-es látogatásunk zárásaként megnéztük az SC, azaz Szinkro Ciklotron (Synchrocyclotron). Az SC volt a CERN első gyorsítója, amit 1957-ben építettek. Nagyon sikeres kutatásokban 33 évet szolgált, azonban csak idén nyártól vált látogathatóvá, mivel eddig hűlnie kellett, azaz el kellett veszíteni a radioaktivitását. Nagyon modern prezentációval volt bemutatva. Története a falra volt kivetítve, amikor pedig a részeiről és a működéséről volt szó, akkor a szerkezet volt lézershowban. Köszönetet mondtunk vezetőinknek és elbúcsúztunk tőlük, SC a CERN első gyorsítója illetve a CERN-től is és visszamentünk a szállásra. Megvacsoráztunk, majd egy sokkal sikeresebb sétát tettünk a belváros felé. Szállásra visszaérve maffiáztunk egyet, én voltam az ászmaffiafőnök ;). 4. nap Genf felfedezése Már nem kellett, olyan korán kelnünk, mint előző napokon, így frissen indultunk a város felfedezésének. Kaptunk egy kérdéssort, ami egy útvonaltervet is tartalmazott. Bastian parkból indultunk végig. Reformátorok, városháza, katedrális, Jet d Eau szökőkút a maga méteres vízoszlopával, majd végül a világóra. Gyors ebéd, ami nekünk gyros volt, utána hajókázás a tavon. Végül az ENSZ palotát néztük meg, ami hasonló ok miatt telepedett Genfbe, mint a CERN. Genf ingyen adta a telket Városkép a katedrálisból Ezzel véget ért a közös program és volt még időnk kicsit vásárolgatni. Másnap pedig irány Budapest. Köszönjük Gyimesi Éva tanárnőnek, hogy elvitt minket és megszervezte ezt a felejthetetlen utat, melyen mindannyiunk nevében mondhatom, remekül éreztük magunkat. 5 Korom Gergely 10/A