CERN
From Wikipedia, the free encyclopedia
A CERN (franciául: Conseil européen pour la recherche nucléaire) az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet, a részecskefizikai kutatások európai szervezete, a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma, a Nagy Hadronütköztető (LHC) és a World Wide Web (WWW vagy röviden Web) születési helye. A francia-svájci határon helyezkedik el, Genftől kissé északra. Az alapító okiratot 1954. szeptember 29-én írta alá 12 ország; jelenleg 23 tagja van.[2]
| CERN | |
.jpg) | |
 | |
 | |
| Alapítva | 1954. szeptember 29. |
| Székhely |
|
| Tagság | 23 ország[1] |
| Vezető | Fabiola Gianotti |
| Dolgozók száma | 2635 |
| Elhelyezkedése | |
 CERN
Pozíció Svájc térképén
| |
 é. sz. 46° 14′ 04″, k. h. 6° 02′ 57″ | |
| A CERN weboldala | |
 A Wikimédia Commons tartalmaz CERN témájú médiaállományokat. | |
A CERN célja részecskegyorsítók biztosítása a nagyenergiájú fizika számára. Nemzetközi együttműködések keretében számtalan kísérletet építettek fel itt. A fő telephelyen, Meyrin-ben van egy nagy számítástechnikai központ is, rendkívül hatékony adatfeldolgozó kapacitással.
3000 teljes idejű alkalmazottja van, és mintegy 6500 tudományos kutató és mérnök – 80 nemzet 500 egyeteméről –, a világ részecskefizikai közösségének mintegy fele, dolgozik CERN-beli kísérleteken. A nagyközönség szívesen látott vendége a CERN Mikrokozmosz kiállításának, és lehetőség van időnként ténylegesen működő detektorok szervezett látogatására is.
A CERN nemzetközi szervezet, nem tartozik egyik befogadó állam fennhatósága alá sem, telephelyei a szervezet felügyelete alá tartoznak, mint például az ENSZ épületek az ENSZ alá.
A CERN betűszó eredetileg a Nukleáris Kutatások Európai Tanácsa (franciául Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) rövidítése volt. Később a „Tanács” elnevezést „Központ”-ra változtatták (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire).[3]
Mai két hivatalos neve az angol European Organization for Nuclear Research, azaz Nukleáris Kutatások Európai Szervezete, valamint a European Laboratory for Particle Physics, azaz Európai Részecskefizikai Laboratórium, vagyis a betűszó elvált a tényleges rövidítéstől.
A CERN alapítása
Az első hivatalos javaslatot egy európai laboratórium létrehozására Louis de Broglie francia fizikus tette az Európai Kulturális Konferencia 1949. december 6-án Lausanne-ban megnyíló ülésén.[4] További lökést adott az ügynek, amikor Isidor Isaac Rabi amerikai fizikus 1950-ben az UNESCO 5. általános konferenciáján Firenzében javasolta, hogy az európai országok az amerikai nemzeti laboratóriumok mintájára hozzanak létre egy közös kutatóközpontot kimondottan alapkutatási céllal, mindenféle hadicélú felhasználás nélkül.[3] 1951 decemberében az UNESCO kormányközi értekezletén Párizsban határozatot hoztak a CERN – az elnevezés ekkor született – létrehozásáról, két hónappal később pedig 11 ország egyezményt írt alá az ideiglenes tanács megalakításáról.[4] 1952 májusában találkozott először az ideiglenes tanács Párizsban.[forrás?] 1952. október 1-jén a tanács harmadik ülésén Genfet jelölték meg a szervezet székhelyeként, amit 1953. június 29-én Genf kanton népszavazása kétharmados többséggel jóváhagyott.[5] Az „ideiglenes” CERN 1953. szeptember 29-én kezdődő 6. ülésén Párizsban már 12 európai állam képviselői írták alá az alapító okiratot.[6] A CERN első genfi ülése 1954. február 24-én zajlott le.[forrás?] Az első kapavágásra 1954. március 17-én került sor.[7] A ratifikációs folyamat közben még tartott, az utolsó két ország a 12-ből – Franciaország és Németország – 1954. szeptember 29-én ratifikálta a CERN-ről szóló államközi megállapodást. Az ideiglenes tanács ezután feloszlott.[6] A CERN alapkövét 1955. június 10-én Felix Bloch, a CERN első főigazgatója rakta le.[forrás?]
Szinkrociklotron
1957-ben üzembe állt a Szinkrociklotron (SC), amely protonokat gyorsított 600 MeV/c impulzusra. Eleinte részecskefizikai és magfizikai kísérletek számára szolgáltatott 600 MeV-os protonokat. 1964-től a magfizikára koncentrált. 1967-től nyalábot szolgáltatott az ISOLDE ionberendezés számára. Több mint 33 éves működés után 1990-ben állították le. [8]
Linac 1
A Linac 1 volt a CERN első lineáris gyorsítója. Első protonnyalábját 1958-ban tesztelték, 1959-ben lépett teljesen szolgálatba, amikortól 50 MeV-os protonokat szolgáltatott a protonszinkrotron (PS) számára. 1978-ig, a Linac 2 beindulásáig, az egyedüli protonforrás volt a CERN gyorsítórendszere számára.[9] 33 évi működés után 1992-ben állították le.[9]
Protonszinkrotron
1959. november 24-én kezdett működni a 28 GeV-os protonokat előállító Protonszinkrotron (PS). Ezzel az energiával rövid időre átvette a világcsúcsot a dubnai Egyesített Atomkutató Intézet-ben 1957 óta – ugyancsak szinkrotronelven működő – Szinkrofazotrontól. A csúcstartó 1960-tól több mint egy évtizedig a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium AGS szinkrotrona volt 33 GeV-tal. Az 1970-es évektől a PS elsődleges feladata a CERN újabb gyorsítóinak kiszolgálása lett. Ma is működik, mint az LHC egyik előgyorsítója.[10]
1967-ben kezdték építeni és 1973-ban készítették az első fényképfelvételt a Nagy európai buborékkamrával (BEBC). A BEBC-t 1977-től az SPS kísérleteihez alkalmazták.[11]
Keresztező tárológyűrűk
1971. január 27-én működni kezdtek a Keresztező tárológyűrűk az (ISR: Intersecting Storage Rings), amelyik két egymást 8 különböző helyen kis szögben keresztező tárológyűrűből álló részecskegyorsító volt, amely a protonszinkrotronból kapott protonokat volt képes tárolni és a két protonnyalábot a metszéspontokban elhelyezett kísérletekben maximálisan 62 GeV tömegközépponti energiával ütköztetni. Itt fejlesztette ki Simon van der Meer a sztochasztikus hűtés eljárását, amellyel nagy intenzitású részecskenyalábot lehet előállítani.[12]
Szuper protonszinkrotron
A CERN tanácsa 1971-ben kezdeményezte a Szuper protonszinkrotront (SPS), először 1976. június 17-én kapcsolták be. Képes volt 400 GeV-os protonnyalábot szolgáltatni.[13] 1981–84-ig proton–antiproton-ütköztetőként működött.[14] Itt alkalmazták először élesben a holland Simon van der Meer által kidolgozott sztochasztikus hűtés elvét az antiprotonok felhalmozása során.[15]
A BEBC-t 1977-től az SPS kísérleteiben neutrínó- és hadronnyaláboknak tették ki.[11]
A CERN második telephelye
A CERN első telephelye a hivatalosan a svájci Meyrin-ben lévő telephely, amelynek azonban fele ténylegesen a franciaországi Saint-Genis-Pouilly területére esik.
Az eredeti javaslat szerint az SPS-t valahol Európa másik részén építették volna zöldmezős beruházásként egy második CERN-nel együtt. Az országok versengtek egymással, hogy náluk épüljenek meg, a viták politikai veszekedéssé fajultak. Végül John Adams-nek sikerült salamoni bölcsességgel meggyőznie mindenkit, hogy az SPS épüljön a meglévő CERN közelében és a PS legyen az előgyorsítója. Építettek azonban egy másik telephelyet, ugyancsak az SPS nyomvonala mentén, a franciaországi Prévessin-Moëns területén. A két telephelyet az 1970-es években CERN I-nek és CERN II-nek nevezték és független intézetek voltak külön főigazgatóval. Problémát jelentett ugyanis egy francia telephely alárendelése egy Svájc területén működő intézetnek.[14]
1975-ben a CERN tanácsa végül megszavazta a két intézet egyesítését, de a vezetési kettősség egy ideig megmaradt olyan módon, hogy két főigazgató (director-general) vezette a CERN-t, John Adams, mint vezérigazgató (executive director-general) és Leon Van Hove, mint tudományos főigazgató (research director-general). Végül 1981-től vezette egyetlen főigazgató, Herwig Schopper mindkét telephelyet.[14]
Kisenergiájú antiproton-gyűrű
A Kisenergiájú antiproton-gyűrű (LEAR: Low Energy Antiproton Ring) 1982-től 1996-ig) működött. Egy antiprotonforrás sorban az antiprotongyűjtőn (AC: Antiproton Collector, 1987-től), az Antiproton-felhalmozón (AA: Antiproton Accumulator) és a protonszinkrotronon (PS) keresztül látta el lassítandó vagy gyorsítandó antiprotonokkal. Itt állították elő az első antianyagot 1995-ben, amely 9 antihidrogén atomból állt. A tárológyűrűt 1996-ban zárták be. 1997-től az AC-ből átalakított antiproton-lassító (AD: Antiproton Decelerator) pótolja. Az AA-t ugyanebben az évben szétszedték és Japánba szállították. A LEAR-t 2006-ban átépítették kisenergiájú ion-gyűrűvé (LEIR: Low Energy Ion Ring).
LEP
A nagy elektron–pozitron ütköztetőgyűrű (LEP: Large Electron Positron) a CERN 1989-től 2000-ig működő 27 km kerületű, elektronokat és pozitronokat ütköztető, ebből a fajtából a világ eddigi legnagyobb energiájú részecskegyorsítója volt. Az első részecskenyaláb 1989. július 14-én körözött az alagútban. Az első fázisban – a Z-bozon tömegének pontos megmérése után – a tömegközépponti energia a Z-bozon tömegére (91 GeV) volt beállítva, hogy a lehető legtöbb Z-bozon keletkezzen. 1995-ben a LEP működésének második fázisához a gyorsítóhoz további rádiófrekvenciás üregrezonátorokat adtak, ami lehetővé tette a 209 GeV tömegközépponti energia elérését és W+W- párok keltését.[16] A LEP alagútjában 2008. szeptember 10. óta a Nagy hadronütköztető, az LHC működik.
Az LHC előgyorsító-rendszere
A Nagy hadronütköztető (LHC) előgyorsító rendszere az alábbi részecskegyorsítókból áll, amelyek az előzőtől kapott protonokat, antiprotonokat és nehézionokat gyorsítva adják tovább a következőnek, s végül az LHC-nak.
A proton-előgyorsító rendszer:
- A Linac 2 50 MeV-os protonokat szolgáltat.
- A PS Booster (PSB), amely a protonokat 1,4 GeV-ra gyorsítja.
- A Protonszinkrotron (PS), amely a protonokat 28 GeV-ra gyorsítja.
- A Szuper protonszinkrotron (SPS), amely a protonokat 450 GeV-ra gyorsítja.
A nehézion-előgyorsító rendszer:
- A Linac 3 4,2 MeV/u nehézionokat (208Pb53+) szolgáltat.
- A Kisenergiájú ion-gyűrű (LEIR) tömöríti az ionbolyokat, és 72 MeV/u-ra gyorsítja, hogy az LHC-ban megfelelő luminozitás legyen elérhető.[17]
- A Protonszinkrotron (PS) az ionokat 5,9 GeV/u-ra gyorsítja.[18]
- A Szuper protonszinkrotron (SPS) az ionokat 177 GeV/u-ra gyorsítja és átadja az LHC-nak.[18]
Nagy hadronütköztető
A Nagy hadronütköztető (LHC: Large Hadron Collider) a CERN jelenlegi legnagyobb gyorsítója. Építése 1999-ben kezdődött és a 2008 szeptemberi teszt után 2009 novemberében kezdett működni. Az LHC többek között a többi részecskének tömeget adó Higgs-részecske keresésére és a szuperszimmetria elméletének igazolására épült a korábbi LEP 27 km kerületű alagútjában.
A PS/SPS rendszer gyorsítja elő az ide kerülő protonokat. Az LHC nyalábenergiája 7 TeV.
Az alagút 100 méterrel a föld alatt húzódik a genfi repülőtér és a közeli Jura-hegység között. Öt kísérlet (CMS, ATLAS, LHCb, TOTEM, ALICE) épült a gyorsító mellett. Mindegyik részecskeütközéseket vizsgál más-más szempontból és technológiával. Építésükhöz hatalmas mérnöki teljesítményre volt szükség. Csak egy példa, a CMS elemeinek föld alá süllyesztéshez Belgiumból kellett egy 2000 tonna teherbírású darut bérelni.
Kisenergiájú ion-gyűrű
A Kisenergiájú ion-gyűrű (LEIR: Low Energy Ion Ring) 2006-ban indult az 1996-ban leállított LEAR átépítése után.
ISOLDE
Az 1967-ben üzembe állt ISOLDE radioaktív ionnyaláb-berendezés (ISOLDE: Isotope Separator Online DEvice) radioaktív atommagokat szolgáltat magfizikai, atomfizikai, anyagtudományi, szilárdtestfizikai és élettudományi kísérletek számára. 1974-ben és 1992-ben jelentősen átépítették. A részecskéket jelenleg a PS Boosterben gyorsítják, mielőtt az ISOLDE-ba kerülnének.
Antiprotonlassító
Az antiprotonlassító (AD: Antiproton Decelerator) 2000-ben állt üzembe, antiprotonokat lassít le a fénysebesség mintegy 10%-ára; az antianyagvizsgálat fontos eszköze.
CNGS
A CERN másik projektje a CERN neutrínók a Gran Sasso-nak (CNGS, CERN Neutrinos to Gran Sasso) elnevezésű. Ebben a kísérletben a CERN-ből müon-neutrínókat irányítanak egy olaszországi Gran Sasso-hegység alatti alagútban lévő neutrínódetektorba. A kísérlet célja a Super-Kamiokande által kimutatott neutrínóoszcilláció további vizsgálata.
2011. szeptember 22-én az OPERA kísérlet kutatói bejelentették, hogy 17 és 28 GeV energiájú neutrínókat detektáltak, amelyek látszólag a fénysebességnél gyorsabban tették meg a 730 kilométeres távolságot.[19] Később ezt a kísérletet a CERN Icarus és az OPERA csapata is megismételte és hibásnak itélte.[20] A CERN 2012. március 12-én adott ki egy sajtóközleményt, miszerint a hibát valószínűleg egy rosszul csatlakoztatott GPS-szinkronizációs kábel okozta.[21]
ELENA
Az ELENA (Extra Low ENergy Antiprotons, „Extra kis energiájú antiprotonok”) mintegy 10 m átmérőjű gyűrű, amelyik az Antiprotonlassító 5,3 MeV-os antiprotonnyalábját fogja tovább hűteni és lassítani.[22]
Linac 4
A Linac 4 a Linac 2 leváltására tervezett lineáris gyorsító.[23][24]
SPL
Az SPL (Super Conducting Proton Linac, „szupravezető proton linac”) egy lineáris gyorsító, amely a Linac 4 mögött lesz a gyorsítóláncban.[23][25]
CLIC
A CLIC (Compact LInear Collider, „Kompakt lineáris gyorsító”) 3 TeV teljes energiájúra tervezett elektron–pozitron gyorsító és ütköztető.[26]
HiLumi LHC
A HiLumi LHC (High Luminosity Large Hadron Collider) a jelenlegi LHC névleges luminozitásának megtízszerezésével létrehozott gyorsító.[27]
Antianyag
A PS melletti kísérlet segítségével figyelt meg Antonino Zichichi – és vele egyidejűleg az AGS segítségével Brookhavenben Leon Lederman – 1965-ben először antianyag atommagot, konkrétan antideutériumot.[28]
1996: A LEAR-tárológyűrűnél antihidrogén-atomot hoztak létre. Ezzel megszületett az első bizonyíték, hogy az anyag és az antianyag között kismértékű eltérés van (CP-sértés).
2001: Ezt egy további kísérlet megerősítette.
2002-ben több ezer „hideg” antihidrogén atomot állítottak elő és tároltak (antiprotonlassító, ATHENA-együttműködés).
2011-ben sikerült antihidrogént csapdában tartani több mint 15 percig.[29]
Gyorsító- és detektorfizika
1968-ban Georges Charpak feltalálta a sokszálas proporcionális kamrát, amelyik egy gázzal töltött kamrában számtalan párhuzamos vezetéket tartalmazott a jobb hely- és energiafelbontás érdekében. Automatizálta és jelentősen felgyorsította a részecskeazonosítást. 1992-ben fizikai Nobel-díjat kapott érte.[30]
1968-ban Simon van der Meer feltalálta a sztochasztikus hűtést, amivel sikerült a korábbinál sokkal intenzívebb részecskenyalábokat létrehozni és így megnövelni az ütköztetőkben a luminozitást, azaz az ütközések idő és keresztmetszetegységre eső számát.
Elektrogyenge kölcsönhatás
A francia André Lagarrigue a Gargamelle buborékkamrával 1973-ban felfedezte a Z0-részecske semleges áramát.
1984-ben az SPS UA1 kísérletével felfedezték a gyenge kölcsönhatás közvetítő részecskéit, a W- és Z-bozonokat, amiért Carlo Rubbia és Simon van der Meer fizikai Nobel-díjat kapott 1984-ben.
Kvark-gluon plazma
2000: Az első nyomok arra, hogy kvark-gluon plazma keletkezett; ezzel kapcsolatos további kísérleteket az LHC ALICE-detektoránál terveznek.
Standard modell
A LEP-pel a Z-bozon tömegszélességének pontos megmérésével 1989–90-ben kimutatták, hogy csak három részecskecsalád létezik.
2012-ben az LHC két kísérlete, a CMS és az ATLAS felfedezett egy 125 GeV/c² körüli tömeggel rendelkező bozont, amelynek a tulajdonságai összhangban vannak a standard modell Higgs-bozonjával.[31]
WWW
A World Wide Web (világháló) alapelveit Tim Berners-Lee a CERN munkatársaként dolgozta ki 1990-ben.
Grid
Jelenleg a sok távoli számítógépet összekötő Grid-et fejlesztik a CERN-ben, amely az LHC miatt jelentősen megnövekedett számolási szükségletet hivatott kielégíteni.
Alapító tagok: Belgium, Dánia, Németország, az Egyesült Királyság, Franciaország, Görögország, Hollandia, Jugoszlávia, Norvégia, Olaszország, Svájc, Svédország.
Azóta:
- Ausztria 1959-ben csatlakozott
- Jugoszlávia kivált 1961-ben
- Spanyolország 1961-ben csatlakozott, 1969-ben kivált, majd 1983-ban újra csatlakozott
- Portugália 1985-ben csatlakozott
- Finnország és Lengyelország 1991-ben csatlakozott
- Magyarország 1992-ben csatlakozott
- Csehország és Szlovákia 1993-ban csatlakozott
- Bulgária 1999-ben csatlakozott
- Románia 2015-ben csatlakozott.[32]
- Szerbia 2018-ban csatlakozott
Itt elsősorban a kísérleti fizikusokról van szó. Az elméleti fizikusokról is bővebb szó esik a forrásmunkában.[33][34] Részecskefizikai kutatás elsősorban a következő intézetekhez köthető:
- KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet (RMKI) →HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont
- Eötvös Loránd Tudományegyetem Elméleti Fizika Tanszék és Atomfizika Tanszék
- Debreceni Egyetem Elméleti Fizika Tanszék és Kísérleti Fizika Tanszék
- HUN-REN ATOMKI MTA Atommagkutató Intézete
Előtörténet
Magyarország sok kutatója vett és vesz részt a CERN-es részecskefizikai és magfizikai mérésekben.
Az első kaput 1964-es Dubna-CERN egyezmény nyitott Magyarország számára, mely lehetővé tette magyar kutatók munkavégzését a CERN-ben.
Először magyar kutatók a EMC (Európai Müon-Együttműködés) méréseiben vettek részt, nyolcan a KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézetéből. A mérés célja a kvarkok kölcsönhatását leíró kvantum-színdinamika kísérleti ellenőrzése volt.
Részt vettek többen a LEP L3-detektorának kísérletében, melynek célja a standard modell vizsgálata volt. A detektor kimutatta, hogy nincs több részecskecsalád a már ismert hármon kívül. Nem sikerült ugyan megtalálni a Higgs-bozont, de tömegét jelentősen behatárolták 114 és 250 GeV/c² közé. A mérési pontosság lehetővé tette, hogy a fel nem fedezett top-kvark tömegét megbecsüljék. Ez igen jól egyezett a Fermilab Tevatron gyorsítójánál megtalált top ott mért tömegértékével.
CERN tagként
A felvételről szóló előzetes megállapodást Carlo Rubbia, a CERN akkori főigazgatója, és Pungor Ernő tárca nélküli miniszter írta alá 1992. április 26-án. Magyarország 1992. június 26-án csatlakozott a CERN-hez, ekkor vette fel Magyarországot egyhangú szavazással a CERN Tanács.
A szuper-protonszinkrotron (SPS) NA49 nehézionfizikai kísérletéhez rögtön csatlakozott egy csoport, mely a berendezés felépítésében is részt vett a „Budapest-falnak” nevezett detektor megépítésével, mely repülési időt (közvetve sebességet) mért.
Magyarország belépésünk óta nagyobb létszámmal vett részt a LEP OPAL detektorának kísérleteiben. Mivel a detektor már készen volt, az ottani tudósaink főleg a fizikai analízisekben vettek részt: a Higgs-bozon keresésében, a standard modell ellenőrzésében és fotonfizikai vizsgálatokban.[35]
Az épülő LHC kísérleteiben két csoport vesz részt
- a részecskefizikusok a CMS-detektorának építésében, tesztelésében, elindulása után majd a kísérletek elemzésében,
- nehézion-fizikusaink pedig elsősorban az ALICE kísérletben.
Vannak kutatóink az antiproton-lassítóhoz (AD) csatlakozó japán-európai ASACUSA-kísérletben is, ahol antiprotonos kísérletekkel vizsgálják többek között a CPT-szimmetriát. Az ASACUSA egy rövidítés (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons = atomi spektroszkópia és ütközések lassú antiprotonok felhasználásával), de emellett utalás Tokió híres Asacusa-szentélyére is.[36][37] Végül részt veszünk az LHCb kísérlet Online Monitoring rendszerének fejlesztésében is.
Az alagút építésénél használták a MOM Gi-B3 típusú giróteodolitját.
A CERN a kiinduló helyszíne az Angyalok és démonoknak, Dan Brown regényének, illetve az abból készült 2009-es filmnek. A CERN angol nyelvű oldalán leírás található arról, hogy mi igaz, és mi nem a könyv CERN-nel kapcsolatos állításaiból.
A CERN dolgozóinak tudományos produktuma évente körülbelül kétezer cikk és tízezernyi konferenciákhoz kapcsolódó dokumentum (bemutatók, poszterek, előadás-jegyzetek, stb.). Ezeknek a anyagoknak a tárolására és szolgáltatására 1993-ben létrehozták a CDS - CERN Document Server nevű intézményi gyűjteményt, mely 1996-ban összeolvadt a könyvtár katalógusával, így egy közös felhasználói felületen érhetők el. Az adatbázis 2012-ben közel egymillió bejegyzést, közöttük 450 ezer nyílt hozzáférésű preprintet tartalmazott, s napi átlagos gyarapodása 280 tétel. [38]
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
