Na tropie bozonu Higgsa. CWINT z wizytą w CERN w Genewie. Miło

Na tropie bozonu Higgsa. CWINT z wizytą w CERN
w Genewie.
Miło nam Państwa poinformować o nowopowstałym na naszym terenie stowarzyszeniu o nazwie
Centrum Wiedzy i Nowych Technologii im. Jana Pawła II. Stowarzyszenie ma swoją siedzibę
w Parzynowie gmina Kobyla Góra. Wśród swoich członków i sympatyków mamy specjalistów
z różnych dziedzin nauki i techniki w tym fizyków, astronomów, matematyków jak również nauk
humanistycznych i medycyny z kraju i z zagranicy – taki potencjał ludzki stwarza duże możliwości
działania i oddziaływania. Głównym celem działalności CWINTu jest propagowanie
i pogłębianie szeroko pojętej wiedzy oraz działalność naukowo-badawcza. Dzięki unikatowym
walorom przyrodniczo-krajobrazowych naszego terenu będą realizowane projekty między innymi
związane z obserwacjami astronomicznymi w tym stały monitoring stanu ciemnego nieba
i zanieczyszczeń środowiska naturalnego sztucznym światłem. Te coraz rzadziej spotykane
w zurbanizowanym środowisku unikatowe cechy środowiskowe są kluczowym parametrem
umożliwiającym realizację projektów związanych z rejestracją odległych obiektów na krańcach
wszechświata, niemożliwych do zaobserwowania w inny tradycyjny sposób – należy je więc chronić.
Zgodnie z deklaracją UNESCO (Tenerife, 1994, La Palma 2007) „Przyszłe pokolenia mają prawo do
dziewiczej i nieskażonej Ziemi, w tym prawa do czystego nieba. Ciemne niebo to kulturalne, naukowe
i ekologiczne dziedzictwo ludzkości.”. Szerzej o stowarzyszeniu, jego celach i zadaniach przekażemy
w kolejnych artykułach, dzisiaj kilka słów o naszej wizycie w samym sercu współczesnej fizyki
w CERN - Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych.
Ośrodek naukowy CERN zlokalizowany jest w Genewie na granicy Szwajcarii i Francji i jest można
śmiało powiedzieć obecnie największym i najlepszym ośrodkiem badawczym z zakresu fizyki cząstek
na świecie. Wielu z pewnością kojarzy CERN i to nad czy się tam pracuje z sensacyjnych doniesień
medialnych jak chociażby z wybuchu w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) zaraz po jego
uruchomieniu, z informacji o odkryciu kolejnego ogniwa w tzw. modelu standardowym cząstek
elementarnych bozonu Higgsa, który nadaje cząstkom masę czy też o rzekomym „przekroczeniu”
prędkości światła przez neutrina.
Fot.01-Detektor CMS -Martyna, Tomek i Dominik – musimy to zdecydowanie uprościć
My mieliśmy okazję zweryfikować swoją wiedzę na temat świata cząstek elementarnych i CERNu
zaglądając praktycznie do najważniejszych miejsc tego niesamowicie skomplikowanego
i zaawansowanego technologicznie laboratorium oraz rozmawiając z ludźmi którzy tam pracują,
nadzorują i kierują największymi projektami naukowymi, a ponieważ była to nasza już druga wizyta
w CERN więc dokładnie wiedzieliśmy co koniecznie należy zobaczyć.
Taka szczegółowa „penetracja” poszczególnych obiektów, laboratoriów i eksperymentów była
możliwa dzięki trwającej obecnie w CERN od kilku miesięcy planowej przerwie technicznej
związanej z tzw. upgrade’m urządzeń i systemów. Prace te wymagają wyłączenia większości
urządzeń: akceleratorów, LHC i otwarcia ogromnych detektorów. Taka sytuacja pojawia się
praktycznie raz na kilka lat i należało to wykorzystać. Oczywiście aby tam wejść musieliśmy otrzymać
specjalne zezwolenia i przepustki i mieć osobistego opiekuna i przewodników/specjalistów z danej
dziedziny. Na stałe pracuje tam około 2.500 uczonych i specjalistów, 1.500 czasowo zatrudnionych
i około 10.000 uczestników projektów z ponad 600 uniwersytetów i ośrodków naukowych
reprezentujących ponad 100 narodowości – istna wieża Babel, ale bardzo dobrze zorganizowana
i zarządzana.
Fot.02- Detektor CMS – spróbujmy jednak to wszystko właściwie zmontować
Należy stwierdzić, że wśród tysięcy pracujących tam uczonych, inżynierów i techników są również
Polacy. Między innymi bardzo prestiżowe stanowisko Przewodniczącej Rady Organizacji Badań
Jądrowych w CERN pełni Pani profesor Agnieszka Zalewska. Naszym opiekunem był Pan Łukasz
Zwaliński absolwent AGH w Krakowie, który zaraz po studiach w 2006 roku podjął pracę w CERN,
a obecnie kieruje grupą specjalistów z dziedziny kriogeniki w departamencie technologii
akceleratorów. Dzięki „naszym”
ludziom w CERN zobaczyliśmy rzeczy niesamowite
i niewyobrażalne. Ta potężna skala przedsięwzięcia naukowego pokazuje jaki ogromny potencjał
drzemie w ludzkich głowach i umysłach. Te współczesne naukowe „piramidy” budzą wielki
szacunek i respekt dla ludzi, którzy potrafili coś takiego zaprojektować, wykonać i w dodatku działa
to tak jak zostało założone, obliczone i opisane skrajnie skomplikowanymi równaniami
matematycznymi, które tak w pełni rozumie tylko niewielka garstka ludzi na świecie.
W CERN na każdym kroku można „otrzeć” się o noblistę i guru naukowe co i my zaznaliśmy.
I tak będąc w obiekcie tzw. eksperymentu AMS (Magnetyczny Spektrometr Alfa) spotkaliśmy
noblistę profesora Samuela Tinga, który kieruje tym projektem. Moduły i urządzenia eksperymentu
zostały umieszczone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), która często jest widoczna nawet
gołym, nieuzbrojonym okiem na naszym nocnym niebie. Głównym celem eksperymentu jest badanie
tzw. ciemnej materii we Wszechświecie (to co widzimy: planety, gwiazdy, mgławice galaktyki
stanowi zaledwie około 5% bilansu masy-energii wszechświata, ciemną, niewidoczną materię szacuje
się na ok. 27% cała reszta to ciemna energia?!). O skali i rozmachu tego projektu może świadczyć
fakt, że NASA musiała przygotować specjalną, dodatkową misję wahadłowca aby te urządzenia
o wadze ok. 7 ton dostarczyć na ISS – koszty tego jednego projektu szacuje się na około 1,5 miliarda
dolarów!
Po wejściu do obiektu ASM na dużym ekranie mogliśmy na żywo obserwować załogę
Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – mieliśmy ich na wyciągnięcie ręki i oczywiście można było
z załogą stacji porozmawiać. Ta stała, bezpośrednia multimedialna łączność ISS-CERN jest
niezbędna do właściwego sterowania projektem.
Naszą przygodę w CERN rozpoczęliśmy od wykładu prof. Bolesława Pietrzyka – fizyka
molekularnego ponad 30 lat pracującego w CERN, który szczegółowo wprowadził nas w koncepcję
prowadzonych badań i eksperymentów oraz zaznajomił (abyśmy czasem nie zginęli) z rozległą
topologią CERN. I tak zaopatrzeni w stosowną wiedzę rozpoczęliśmy zwiedzanie CERN od
akceleratorów przyspieszających cząstki, ogromnych detektorów analizujących wyniki zderzeń,
centrum komputerowego z kilkoma tysiącami serwerów, specjalistycznych laboratoriów skończywszy
na głównym centrum sterowania, dowodzenia i zarządzania eksperymentami.
Fot3.-Idziemy do detektora ATLAS – do 3 razy sztuka, kto pamięta kod dostępu?
Przed nami nowe multimedialne centrum dla zwiedzających
Główne elementy największego na świecie akceleratora cząstek – LHC (wielki zderzacz hadronów),
umieszczone są około 100 m pod ziemią w tunelu w kształcie torusa o obwodzie 27 km.
W akceleratorze cząstki (protony wytwarzane z wodoru) „biegną” w dwóch rurach w przeciwnych
kierunkach. Cząstki „rozpędzone” do bardzo dużych energii, z prędkością światła obiegają
akcelerator 11.000 razy na sekundę. Dokładniej rzecz biorąc cząstki są rozpędzane w kilku mniejszych
akceleratorach zanim kierowane są do LHC. W pewnych ściśle określonych miejscach na obwodzie
LHC protony z tych dwóch rur wprowadzane są na jeden tor i zderzając się wytwarzają nowe cząstki,
nową materię. Energia zgodnie z równaniem Einsteina E=mc2 zamieniana jest materię. Wyniki tych
zderzeń są rejestrowane w przeogromnych urządzeniach – detektorach: dwu dużych (ATLAS
o długości 46m, średnicy 25m i ciężarze 7.000 ton i CMS o długości 28,7m, średnicy 15m i ciężarze
14.000 ton) i dwu mniejszych (ALICE i LHCb). Urządzenia te w kształcie ogromnych walców
zbudowane są z kilku/kilkunastu koncentrycznych warstw detektorów aktywnych na różnego typu
cząstki i oddziaływania. Cząstki są „wyłapywane” i w postaci sygnału elektrycznego, dane przesyłane
są do centrum komputerowego i dalej dystrybuowane do ośrodków naukowych rozlokowanych na
całym świecie gdzie są analizowane – podczas zderzeń cząstek generowana jest tak ogromna ilość
danych, że należy włączyć do obliczeń tysiące komputerów. Detektory pomimo, że są oplecione
tysiącami kilometrów różnych kabli i przewodów (ATLAS 3.000km kabli) mają tak dużą czułość, że
potrafią „obserwować” obiekty 1000 razy mniejsze od jądra atomowego. Dla uzmysłowienia tej
skali wielkości obrazowy przykład: gdyby powiększyć atom do wymiaru stadionu piłkarskiego to
jądro atomu miałoby wielkość ziarenka grochu. Projektując detektory w CERN naukowcy wzięli pod
uwagę wiele czynników mogących zniekształcić lub wpłynąć na poprawność dokonywanych
pomiarów. Między innymi uwzględniono wpływ księżyca, stan poziomu wody w jeziorze Genewskim
czy zakłócenia wprowadzane przez szybkie pociągi TGV. Urządzenia te, ich poziom skomplikowania
i wielkość zrobiły na nas rzeczywiście piorunujące wrażenie!
Foto.4- CERN to gigantyczny temat i przedsięwzięcie –czas na wypoczynek - Genewa
Tym z Państwa, którzy dotarli do tego miejsca bardzo dziękuję za poświęcony czas i cierpliwość –
temat na pewno nie jest łatwy, aby w kilku krótkich zdaniach opisać te bardzo złożone kwestie. Tym
którzy przerwali niniejszą lekturę wcześniej zastanawiając się po co to wszystko i dlaczego inwestuje
się miliardy dolarów na „jakieś” tam badania i co z tego będzie miał szary człowiek też dziękuję,
rozumiem, że przedstawione w artykule pewne pojęcia być może obecnie niewiele lub mało mówią.
Będą jednak szczegółowo omawiane i wyjaśniane podczas naszych spotkań w CWINT. Będzie
również mowa o korzyściach z badań naukowych, chociaż jak pokazuje historia nauki często od
odkrycia do zastosowania mija niekiedy sporo czasu. Postaramy się by wszystko „podawane” było
w prosty, zrozumiały sposób. Nasi koledzy to ludzie z ogromną pasją. Zebrane przez nas materiały
edukacyjne obejmujące obydwie skrajne nieskończoności (mikroświat cząstek elementarnych
i kosmos) w tym zdjęcia, filmy, interakcyjne programy komputerowe sprawią, że spotkania będą
interesujące i bogate merytorycznie. Sprzęt astronomiczny umożliwi nam na własne oczy bardzo
dokładne „podglądanie” obiektów znajdujących się w naszym układzie słonecznym, umożliwi
podziwianie mgławic i gromad gwiazd w naszej liczącej 100 tys. lat świetlnych galaktyce jak również
na głębokie spojrzenie w przestrzeń na odległe uciekające galaktyki.
O tych wszystkich działaniach będziemy szczegółowo informować.
Tekst: Piotr Duczmal – Prezes Zarządu CWINT
Foto : Martyna Adamska – Sekretarz CWINT