Kalendarium CERN


CZYM JEST CERN





JERZY BARTKE



CERN - to Europejskie Laboratorium Fizyki Czastek, najwiekszy osrodek badawczy fizyki czastek na swiecie. Laboratorium polozone jest na granicy szwajcarsko-francuskiej, na zachod od Genewy, u stop gorskiego masywu Jury. Zajmuje obecnie powierzchnie 113 ha na terytorium Szwajcarii i 490 ha na terytorium Francji (poczatkowo, przed budowa synchrotronu SPS, CERN miescil sie calkowicie w Szwajcarii). Budynki i instalacje CERN-u rozmieszczone sa na terenie o powierzchni ok. 60 km2.

Idea utworzenia europejskiej organizacji naukowej zostala po raz pierwszy przedstawiona publicznie na Europejskiej Konferencji Kulturalnej w Lozannie w grudniu 1949 roku. Uczestnikami tej konferencji byli znani uczeni oraz politycy. Do nich skierowal swoj list laureat Nagrody Nobla, francuski fizyk Louis de Broglie, proponujac utworzenie takiej organizacji. W trzy lata pozniej, 1 lipca 1953 roku dwanascie panstw europejskich podpisalo konwencje o utworzeniu CERN-u, ratyfikowana przez dziewiec z nich we wrzesniu nastepnego roku. Dzien ratyfikacji konwencji – 29 wrzesnia 1954 roku przyjmuje sie za oficjalna date powstania CERN-u, w tym roku obchodzimy zatem 50-lecie tej organizacji.

Konwencja o utworzeniu CERN-u w nastepujacy sposob okresla jego cele 1) :

CERN nastawiony jest na prowadzenie badan podstawowych w dziedzinie fizyki czastek elementarnych i w pewnych dzialach fizyki jadrowej, majacych na celu zbadanie podstawowych praw przyrody




Wspolpraca Polski z CERN-em rozpoczela sie w roku 1959 od indywidualnych wyjazdow kilku mlodych fizykow na staze do tego osrodka. O te pierwsze stypendia, pochodzace z roznych instytucji, wystarali sie profesorowie Marian Danysz i Marian Miesowicz, ktorzy szybko docenili perspektywy nowo powstalego laboratorium. W nastepnych latach wspoluczestnictwo Polakow w prowadzonych w CERN-ie eksperymentach rozwinelo sie na tyle, ze w roku 1963 Polska jako jedyny kraj z tzw. "bloku wschodniego" uzyskala status panstwa-obserwatora w Radzie CERN-u. Jak pisze R. Sosnowski 2) : "nie stanowilo to podstawy do formalnie zagwarantowanych ulatwien we wspolpracy. Stwarzalo jednak dla niej szczegolnie przyjazna atmosfere". Niewatpliwie przygotowalo tez droge do pelnego czlonkostwa w tej organizacji.

W 1991 roku Polska stala sie szesnastym panstwem czlonkowskim CERN-u, znow jako pierwszy kraj z tzw. "bloku wschodniego". Podstawa prawna czlonkostwa Polski w CERN-ie byla umowa podpisana pomiedzy Rzadem RP i CERN-em, ratyfikowana nastepnie przez Prezydenta RP.

W nastepnych latach cztery nastepne panstwa przystapily do CERN-u, ktory obecnie zrzesza 20 europejskich panstw czlonkowskich: Austrie, Belgie, Bulgarie, Czechy, Danie, Finlandie, Francje, Grecje, Hiszpanie, Holandie, Niemcy, Norwegie, Polske, Portugalie, Slowacje, Szwajcarie, Szwecje, Wegry, Wielka Brytanie, Wlochy. Z CERN-em wspolpracuja tez panstwa i organizacje miedzynarodowe posiadajace status obserwatora: Federacja Rosyjska, Indie, Izrael, Japonia, Turcja, USA oraz Komisja Europejska i UNESCO.

Budzet CERN-u, wynoszacy w roku 2004 ok. 1.3 miliarda frankow szwajcarskich, tworzony jest ze skladek krajow czlonkowskich. Podobnie jak w innych organizacjach miedzynarodowych, wysokosc skladki jest proporcjonalna do "produktu krajowego brutto" (PKB) kazdego kraju. Procentowe wklady do budzetu CERN-u sa obecnie nastepujace: Austria 2.16%, Belgia 2.62%, Bulgaria 0.19%, Czechy 0.78%, Dania 1.74%, Finlandia 1.32%, Francja 16.33%, Grecja 1.29%, Hiszpania 7.52%, Holandia 4.31 %, Niemcy 21.17%, Norwegia 1.88%, Polska 1.77%, Portugalia 1.16%, Slowacja 0.29%, Szwajcaria 3.01 %, Szwecja 2.46%, Wegry 0.77%, Wielka Brytania 16.58%, Wlochy 12.65%. Widac, ze najistotniejsze wklady wnosza Niemcy, Wielka Brytania, Francja i Wlochy. Wklad Polski wynosi nieco ponizej 2% budzetu CERN-u.


Do prowadzenia badan z zakresu fizyki czastek budowano w CERN-ie coraz to wieksze akceleratory:




Kompleks akceleratorow w CERN-ie.
(courtesy of CERN)


Synchrotrony PS, SPS i LHC tworza wspolny kompleks akceleracyjny. Oprocz protonow mozna w nim przyspieszac takze jadra atomowe, az do olowiu. Do badan oddzialywan powolnych antyprotonow zbudowano najpierw specjalny pierscien o nazwie LEAR (Low Energy Antiproton Ring, funkcjonowal w latach 1982-1996), a nastepnie pierscien o nazwie AD (Antiproton Decelerator). Do badan w dziedzinie fizyki jadrowej zbudowano separator izotopow ISOLDE (Isotope Separator On-Line Detector), wykorzystujacy wiazke protonow poczatkowo z synchrocyklotronu, a nastepnie z synchrotronu PS i umozliwiajacy w ostatnich latach takze badania na wiazkach izotopow promieniotworczych.

Unikalnym przedsiewzieciem jest skierowanie wiazki neutrin z CERN-u do laboratorium Gran Sasso we Wloszech, oddalonego o 730 km od CERN-u (projekt CNGS). Neutrina beda przechodzic pod powierzchnia Ziemi (gleboko pod Alpami). Eksperymenty w Gran Sasso rozpoczna sie w roku 2006.

W CERN-ie zatrudnionych jest obecnie ok. 2500 osob, oprocz tego pracuje tam 540 stypendystow ("fellows" & "paid associates"). Okolo polowy z tej liczby stanowia fizycy. Calkowita liczbe fizykow z krajow czlonkowskich, ktorzy wspolpracuja z CERN-em, uczestniczac w roznych programach badawczych, ocenia sie na ok. 4500. Zatrudnieni sa oni w prawie 300 instytutach badawczych w swoich krajach. Liczbe fizykow z krajow nieczlonkowskich wspolpracujacych z CERN-em ocenia sie na prawie 1900. Pochodza oni z ok. 200 instytutow badawczych. Jedni i drudzy przyjezdzaja do CERN-u na krotsze lub dluzsze pobyty, aby przygotowac aparature, uczestniczyc w eksperymentach, spotkaniach roboczych itp., co zwieksza liczbe tam pracujacych osob do ponad 5000.

Wspolpraca CERN-u z krajami niebedacymi czlonkami tej organizacji, w pierwszym rzedzie z Federacja Rosyjska, USA i Japonia, w ostatnich latach bardzo sie rozwinela. Dotyczy ona glownie programu badan na budowanym obecnie zderzaczu hadronowym LHC, dla ktorego nie widac zadnej konkurencji w skali swiatowej, gdyz po rezygnacji z budowy wielkiego zderzacza hadronowego SSC w USA, zaden podobny projekt nie jest realizowany. CERN powolany do zycia jako laboratorium europejskie zaczyna wiec w coraz wiekszym stopniu odgrywac role laboratorium globalnego.

Nie ulega watpliwosci, ze juz od kilku dziesiecioleci CERN zajmuje czolowe miejsce w fizyce czastek elementarnych. Dokonano tu wielu odkryc naukowych, z ktorych jako najwazniejsze wymieniane sa: odkrycie tzw. pradow neutralnych w slabych oddzialywaniach (eksperyment neutrinowy w komorze pecherzykowej wypelnionej ciezkim freonem, rok 1973) i odkrycie bozonow W i Z posredniczacych w oddzialywaniach elektroslabych (zderzenia protonow i antyprotonow przy bardzo wysokich energiach w synchrotronie SPS, rok 1983). Oba te odkrycia mialy zasadnicze znaczenie dla sformulowania tzw. Modelu Standardowego – zunifikowanej teorii oddzialywan slabych i elektromagnetycznych. W CERN-ie odkryto tez antyjadra (na synchrotronie PS, rok 1965) i zsyntetyzowano atomy antywodoru (rok 1995), potwierdzajac hipoteze istnienia antymaterii i symetrii materia-antymateria (symetrie te obserwowano wczesniej tylko dla czastek elementarnych). Badania oddzialywan jadrowych przy ultrarelatywistycznych energiach dostarczyly ewidencji wystepowania przejscia fazowego do nowej fazy materii – tzw. plazmy kwarkowo-gluonowej, ktorej istnienie bylo przewidywane przez teoretykow zajmujacych sie teoria oddzialywan silnych – chromodynamika kwantowa. Badania te kontynuowane sa obecnie na zderzaczu RHIC w Brookhaven (USA).

Fizykom pracujacym w CERN-ie przyznano dwie Nagrody Nobla. Otrzymali je: Carlo Rubbia i Simon Van der Meer w roku 1984 za odkrycie bozonow posredniczacych W i Z i rozwoj techniki przyspieszania czastek umozliwiajacy ich odkrycie oraz Georges Charpak w roku 1992 za wklad w metody detekcji czastek naladowanych (komory wielodrutowe). Istniejace w CERN-ie unikalne mozliwosci badawcze przyciagnely tu juz wielu najwybitniejszych fizykow. Wymienic tu mozna takie nazwiska, jak V. Weisskopf (dyrektor generalny CERN-u w latach 1961-1965), J. Steinberger (laureat Nagrody Nobla w 1988 roku), S. Ting (laureat Nagrody Nobla w 1976 roku), M. Veltman (laureat Nagrody Nobla w 1999 roku), A. Zichichi i inni.

Unikalny charakter budowanych w CERN-ie urzadzen badawczych, akceleratorow i detektorow, stwarza rozne wyzwania technologiczne. Dotyczy to np. konstrukcji magnesow, technologii wysokiej prozni, kriogeniki (budowany obecnie zderzacz LHC bedzie najwieksza instalacja kriogeniczna na swiecie).




Testowa instalacja LHC – String 2; 2001.
(Courtesy CERN; CERN-AC-0102027.)




Kriogenika dla testowej instalacji LHC – String 2; 2001.
(Courtesy CERN; CERN-AC-0106011.)


CERN jest takze wiodaca instytucja w dziedzinie informatyki. Tu pod koniec lat osiemdziesiatych powstal system informatyczny WWW (World Wide Web), ktorego celem bylo umozliwienie fizykom rozproszonym po calym swiecie dostepu do danych i uczestniczenia w badaniach bezposrednio ze swoich instytutow poprzez internet. Aby sprostac wielkim wyzwaniom w zakresie opracowywania danych z przyszlych eksperymentow na LHC, tworzona jest obecnie nowa siec informatyczna GRID o rekordowych parametrach w zakresie szybkosci przekazu danych i mozliwosci ich przetwarzania.



Przypisy:
  1. Tutaj nalezy wyjasnic, ze oryginalna nazwa "Europejska Organizacja Badan Jadrowych" jest w ostatnich latach zastepowana nowa nazwa "Europejskie Laboratorium Fizyki Czastek", ktora znacznie lepiej odzwierciedla profil prowadzonych tu badan. Ze wzgledow historycznych pozostawiono jednak oryginalny akronim "CERN", pochodzacy od pierwotnej francuskiej nazwy "Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire" (akronim ten pasuje takze do nazwy "Centre Europeen pour la Recherche Nucleaire").   (powrot)

  2. R. Sosnowski, "Siedem lat wspolpracy z CERN", wyklad na posiedzeniu Rady ds. Atomistyki w Warszawwie 6 marca 1998 roku.
    Kilka fragmentow tego referatu zostalo za zgoda autora wykorzystane w niniejszym opracowaniu.   (powrot)


Artykul ten zostal opublikowany w pamiatkowym tomie Polska w Europejskiej Organizacji Badan Jadrowych CERN, Polska Akademia Umiejetnosci, Krakow 2004.






KALENDARIUM CERN





AGNIESZKA ZALEWSKA i JERZY BARTKE



1954

29 wrzesnia ratyfikowana zostala konwencja o utworzeniu Europejskiej Organizacji Badan Jadrowych i te date przyjmuje sie jako oficjalna date powstania CERN-u. Drugi artykul konwencji tak okresla cele CERN-u: "Organizacja zapewni wspolprace pomiedzy panstwami europejskimi w dziedzinie badan jadrowych o charakterze czysto naukowym i podstawowym, a takze innych badan zwiazanych z tu wymienionymi. Organizacja powstrzyma sie od wszelkich badan o charakterze wojskowym, a wszystkie wyniki prac doswiadczalnych i teoretycznych beda publikowane lub ogolnie dostepne w inny sposob". Jako miejsce lokalizacji laboratorium wybrano Genewe, a dokladnie wies Meyrin tuz przy granicy szwajcarsko-francuskiej. Z perspektywy 50 lat mozna bez wahania powiedziec, ze CERN pozostal wierny pierwotnemu przeslaniu, a nawet je wzmocnil, pelniac dzis role nie tylko europejskiego, a wrecz swiatowego laboratorium w dziedzinie badan podstawowych. Coraz czesciej tez nazywany jest Europejskim Laboratorium Fizyki Czastek, co bardziej odpowiada charakterowi prowadzonych badan.


1957

Ukonczona zostala budowa pierwszego CERN-owskiego akceleratora o nazwie SC. Byl to klasyczny synchrocyklotron (stad nazwa), przyspieszajacy protony do energii 600 MeV (megaelektronowoltow). Sluzyl on fizyce czastek i fizyce jadrowej. Zostal zamkniety w 1990 roku po 33 latach pracy.


1959

Rozpoczal prace synchrotron protonowy PS (skrot od Proton Synchrotron), do dzis swietnie dzialajacy akcelerator. 24 listopada po raz pierwszy przyspieszono w nim protony do energii 24 GeV (gigaelektronowoltow), ponad dwukrotnie wyzszej niz rekordowa energia osiagana w synchrotronie protonowym w ZIBJ w Dubnej (ZSRR). John Adams, kierujacy budowa PS, mogl wiec otworzyc butelke wodki, ktora kilka miesiecy wczesniej dostal w Dubnej z warunkiem, ze wolno ja otworzyc dopiero kiedy akcelerator CERN-owski pobije dubienski rekord energii. Pusta butelka odeslana zostala do Dubnej z zapisem rekordowego sygnalu. Obecnie PS jest sercem zespolu CERN-owskich akceleratorow, dostarczajac wstepnie przyspieszonych protonow do dalszego przyspieszania w potezniejszych akceleratorach, oraz, jak dawniej, do badan z zastosowaniem wiazek protonow bezposrednio z niego wyprowadzonych. Teraz w ciagu sekundy PS dostarcza tysiackrotnie wiecej protonow niz w pierwszym roku swego dzialania, a poza protonami przyspiesza tez antyprotony, elektrony, pozytony i ciezkie jony.

W tym samym roku wykonano tez pierwsze zdjecia oddzialywan czastek w malutkiej komorze pecherzykowej (HBC30), ustawionej na wiazce protonow wyprowadzonych z synchrocyklotronu. Komora ta byla jednym z pierwszych detektorow czastek zbudowanych w CERN-ie i pracowala do 1962 roku. Kolejne budowane tu komory pecherzykowe byly coraz wieksze i ustawiane na wiazkach czastek o coraz wyzszych energiach. Zdarzenia zachodzace w komorach pecherzykowych byly rejestrowane na tasmach filmowych, a nastepnie te filmy analizowano. Podczas trzech lat pracy komory HBC30 nakrecono 150 km filmu. Dzisiaj korpus jednej z komor niczym interesujaca wspolczesna rzezba zdobi trawnik CERN-u, a inna komora stoi w holu glownego budynku w charakterze pieknego akwarium.


1964

Polska, jako jedyny kraj z dawnego bloku wschodniego, uzyskala status panstwa obserwatora w Radzie CERN-u. Jak to podsumowal R. Sosnowski, obecnie razem z J. Niewodniczanskim reprezentujacy Polske w tej Radzie, "Nie stanowilo to podstawy do formalnie zagwarantowanych ulatwien we wspolpracy. Stwarzalo jednak dla niej szczegolnie przyjazna atmosfere." Skorzystali z niej zarowno polscy fizycy doswiadczalni, jak i teoretycy czastek.


1965

Francuskie wladze wyrazily zgode na rozbudowe laboratorium na terytorium Francji i CERN uzyskal 40 hektarow tuz za granica szwajcarsko – francuska. Dzieki temu mozliwa stala sie budowa nowego akceleratora. Kolejny projekt jeszcze wiekszego akceleratora i kolejne porozumienie z Francja, w 1972 roku, doprowadzilo do powstania laboratorium w miejscowosci Prevessin. Pozniejsze paczkowania CERN-u, zwiazane z eksperymentami prowadzonymi przy akceleratorze LEP i przygotowywanymi w ramach projektu LHC, przeszly juz w sposob niemal niezauwazalny dla pracujacych tam fizykow. Obecnie calkowita powierzchnia CERN-owskiego laboratorium wynosi 600 hektarow.


1967

Uruchomiony zostal separator izotopow ISOLDE (skrot od ang. Isotope On-Line Separator). To unikalne jak na owe czasy urzadzenie korzystalo z wiazki protonow pochodzacych z synchrocyklotronu SC (w 1992 roku zastapionego przez lepszy akcelerator o nazwie PS Booster) i rozpraszanych na tarczach jadrowych. Zastosowanie kombinacji chemicznych i elektromagnetycznych metod szybkiej separacji izotopow pozwalalo na budowe wiazek jonow zlozonych z pojedynczego izotopu. W ten sposob staly sie mozliwe badania krotko zyciowych radioaktywnych jader i otwarta zostala droga do budowy akceleratorow sluzacych do ich przyspieszania, np. REX ISOLDE w CERN-ie. Doswiadczenia prowadzone w oparciu o ISOLDE i REX ISOLDE sluza lepszemu zrozumieniu budowy jader atomowych, procesow zachodzacych we wnetrzu gwiazd, a fizykom ciala stalego np. dla badan materialowych. Polscy fizycy uczestniczyli w szeregu doswiadczen z wykorzystaniem ISOLDE, a cztery sami zaproponowali i kierowali nimi.


1968

Georges Charpak zbudowal swoja pierwsza wielodrutowa komore proporcjonalna, rewolucjonizujac tym samym eksperymentalna fizyke czastek. Bylo to wypelnione gazem plaskie "pudlo" z duza liczba rownoleglych, cienkich drutow, z ktorych kazdy podlaczony byl do wzmacniacza. Przejscie czastki przez komore powodowalo powstanie sygnalow pradowych na najblizszych drutach, ktore po wzmocnieniu przesylane byly do komputera i zapisywane na tasmach magnetycznych do pozniejszej analizy. Ten pierwszy elektroniczny detektor rejestrowal tory czastek z predkoscia tysiac razy wieksza niz pozwalaly na to techniki wizualne, czyli komory pecherzykowe i iskrowe. Drutowe detektory gazowe blyskawicznie zadomowily sie w eksperymentalnej fizyce czastek i znalazly zastosowanie w wielu innych dziedzinach, np. w radiologii i medycynie jadrowej. Za swoj wynalazek Charpak otrzymal Nagrode Nobla z fizyki w 1992 roku. Technika komor proporcjonalnych miala jeszcze jedna zalete – pozwalala grupom uczestniczacym w eksperymentach CERN-owskich na budowe detektorow w malych laboratoriach. Te szanse wykorzystali natychmiast polscy fizycy, zapewniajac sobie uczestnictwo w ciekawych badaniach w zamian za wklad aparaturowy.


1971

27 stycznia nastapily pierwsze zderzenia protonow w nowym CERN-owskim akceleratorze ISR (Intersecting Storage Ring). To byla premiera swiatowa – nigdy wczesniej nie zderzano z soba dwu przyspieszonych wiazek. Takie akceleratory przyjelo sie nazywac akceleratorami przeciwbieznych wiazek lub krotko zderzaczami. Kazda wiazka krazyla w oddzielnym pierscieniu o srednicy 300 metrow, a do zderzen dochodzilo w osmiu punktach na obwodzie, gdzie wiazki naprowadzane byly na siebie. Budowa tego akceleratora wymagala przelamania barier technologicznych w dziedzinie uzyskiwania wysokiej prozni oraz bardzo precyzyjnego sterowania i kontroli parametrow wiazek. W momencie, gdy calkowity prad protonow nagromadzonych w pojedynczym pierscieniu wynosil 20 A, utrata kontroli nad wiazka mogla oznaczac uszkodzenie cienkiej prozniowej rury akceleratora. ISR pozwalal na badania oddzialywan protonow w zakresie energii dostepnych wczesniej jedynie w badaniach oddzialywan promieni kosmicznych w atmosferze ziemskiej. ISR zakonczyl prace w 1984 roku.


1973

Mialo miejsce jedno z najwazniejszych naukowych dokonan CERN-u – odkrycie pradow neutralnych. W komorze pecherzykowej Gargamelle, wypelnionej 18 tonami cieklego freonu, zaobserwowano takie oddzialywania neutrin, ze w ich wyniku zachowywaly one swoja tozsamosc, nie zamieniajac sie w swego partnera, ktorym jest odpowiedni lepton naladowany. Te niezmiernie trudne do obserwacji oddzialywania przewidywane byly przez dopiero co sformulowana, niezwykle obiecujaca teorie unifikacji oddzialywan elektromagnetycznych i slabych. Wedlug tej teorii zachodzic mialy na skutek wymiany neutralnego bozonu Z, zwanej wymiana pradow neutralnych. CERN-owskie odkrycie stanowilo pierwsze doswiadczalne potwierdzenie teorii elektroslabej, ktora lacznie z chromodynamika kwantowa, opisujaca silne oddzialywania, tworzy Standardowy Model oddzialywan elementarnych. Panuje opinia, ze gdyby P. Musset nie umarl niedlugo po tym odkryciu, CERN moglby celebrowac jedna wiecej Nagrode Nobla z fizyki.


1976

Rozpoczal prace kolejny akcelerator – SPS (skrot od ang. Super Proton Synchrotron), przyspieszajacy protony do maksymalnej energii 450 GeV. Ten wielki akcelerator o obwodzie 7 km umieszczony jest w podziemnym tunelu wydrazonym na glebokosci srednio 40 metrow pod terytorium Szwajcarii i Francji. W oparciu o wiazki protonow z SPS realizowany byl bardzo szeroki program naukowy, obejmujacy m.in. badania oddzialywan neutrin, wlasnosci czastek zawierajacych ciezki kwark c, oraz struktury protonu i poszukiwania zrodel wystepowania asymetrii materii i antymaterii we Wszechswiecie. Z kolei przyspieszane w SPS ciezkie jony stanowily podstawe bardzo bogatego programu badan oddzialywan jadro-jadro, trwajacego od 1986 do 2003 roku. Jednym z rezultatow tego programu bylo ogloszenie przez CERN w 2000 roku odkrycia nowego stanu materii, plazmy kwarkowo-gluonowej. Uwaza sie, ze wkrotce po Wielkim Wybuchu wypelniala ona malenki wowczas Wszechswiat. W wielu z eksperymentow przy SPS uczestniczyly i nadal uczestnicza polskie grupy. SPS podzielil los wczesniejszych akceleratorow CERN-owskich – w 1989 roku stal sie akceleratorem wstepnego przyspieszania elektronow i pozytonow dla akceleratora LEP, a w przyszlosci dostarczy protonow akceleratorowi LHC.


1983

Mialo miejsce odkrycie bozonow W i Z, przewidzianych przez wspomniana juz wczesniej teorie oddzialywan elektroslabych jako czastek posredniczacych w tych oddzialywaniach. Poniewaz przewidywana masa bozonow byla rzedu 80-90 GeV, a wiec porownywalna z masa sredniej wielkosci jadra atomowego, ich wytworzenie wymagalo wysokiej energii zderzajacych sie czastek. W akceleratorze SPS zostal zbudowany zderzacz antyproton-proton, w ktorym jednoczesnie przyspieszano, krazace w przeciwnych kierunkach, wiazki protonow i antyprotonow. Nowy zderzacz powstal w rekordowo krotkim czasie, czemu sprzyjaly lata doswiadczen w budowaniu w CERN-ie bardzo nowatorskich akceleratorow. Zderzacz propon-antyproon wymagal pokonania kolejnej bariery technologicznej, jaka bylo wytworzenie i utrzymanie dostatecznie intensywnej wiazki antyprotonow. Nic wiec dziwnego, ze Nagroda Nobla z fizyki, przyznana w 1984 roku za odkrycie W i Z, po polowie przypadla pomyslodawcy programu eksperymentalnego, fizykowi C. Rubbii i tworcy nowej metodyki, S. van der Meerowi.

W tym samym roku rozpoczal prace LEAR (skrot od ang. Low Energy Antiproton Ring), ktory w porownaniu ze zderzaczem antyproton-proton w SPS dzialal na drugim koncu skali energetycznej, a mianowicie sluzyl badaniom oddzialywan antyprotonow z protonami przy bardzo niskiej energii. Program badan LEAR-a, realizowany w latach 1983-1996, doprowadzil do kilku waznych wynikow. Jednym z nich byla obserwacja "gluball'a" – bardzo oryginalnej czastki, zbudowanej tylko z gluonow bedacych nosnikami silnych oddzialywan. LEAR stanowil tez inny niz SPS warsztat badan dla zrozumienia asymetrii w wystepowaniu materii i antymaterii we Wszechswiecie. W 1995 roku w jednym z eksperymentow przy LEAR wytworzono dziewiec atomow antywodoru z antyprotonem jako jadrem i pozytonem na orbicie atomowej. Podobno o antywodor bardzo czesto pytaja dziennikarze odwiedzajacy CERN. Program tych wlasnie atomowych badan przy najnizszych energiach antyprotonow kontynuowany jest na "spowalniaczu antyprotonow" AD (skrot od ang. Antiproton Decelerator).


1989

W sierpniu 1989 roku doszlo do pierwszych zderzen elektronow z pozytonami w zderzaczu LEP (skrot od ang. Large Electron Positon Collider). Akcelerator o obwodzie 27 km zostal zbudowany w lekko pochylonym podziemnym tunelu na glebokosci miedzy 40 a 130 metrow. Do chwili otwarcia tunelu pod kanalem La Manche byl to najdluzszy tunel w Europie. Program badawczy czterech eksperymentow prowadzonych przy tym akceleratorze obejmowal dokladne zbadanie naszych starych znajomych, bozonow Z i W oraz poszukiwanie przejawow glebszych symetrii, wykraczajacych poza Model Standardowy oddzialywan elementarnych. Juz pierwsze miesiace zbierania danych w eksperymentach przy LEP-ie pozwolily ustalic, ze przy zastrzezeniu lekkosci neutrin w przyrodzie wystepuja tylko trzy rodziny kwarkowo-leptonowe (kazda rodzine tworza dwa kwarki, jeden o ladunku 2/3, a drugi -1/3 oraz lepton naladowany i neutrino). Ten fundamentalny wynik nie ma na razie wytlumaczenia w teorii. Przez okres ponad 11 lat do chwili zamkniecia LEP-u w 2000 roku Model Standardowy zostal przetestowany z niezwykla dokladnoscia. Pozwolilo to na przyklad na przewidzenie masy najciezszego z szesciu kwarkow, zanim zostal on odkryty w eksperymentach przy akceleratorze Tevatron w USA. Sporne pozostaje, czy w 2000 roku przy najwyzszych energiach zderzen w LEP nie widziano bozonu Higgsa – najbardziej obecnie poszukiwanej czastki elementarnej. Pozostanie to zagadka do chwili uruchomienia LHC.


1990

Powstal szkielet systemu WWW (World Wide Web czyli Wielka Pajeczyna), ktory stworzyl Tim Berners-Lee w CERN-ie rok wczesniej. Co prawda, juz pod koniec lat 1980. naukowcy korzystali z Internetu do wysylania listow elektronicznych czy laczenia sie z innymi komputerami, ale w wielkich zespolach pracujacych przy LEP, liczacych po kilkuset fizykow i po kilkadziesiat laboratoriow, bardzo bylo brak latwego systemu do wzajemnej komunikacji, przesylania danych i upowszechniania informacji. Nic wiec dziwnego, ze CERN ze swoja dluga tradycja informatyczna stal sie idealnym miejscem do powstania WWW. Az trudno uwierzyc, ze jedyny CERN-owski serwer WWW po 15 latach rozmnozyl sie w dziesiatki milionow swoich odpowiednikow obecnie dzialajacych na swiecie. Moze wiec warto w tym miejscu zacytowac refleksje Chrisa Llewellyn-Smitha, jednego z poprzednich dyrektorow CERN-u, ze ciekawa byloby informacja, ile to rocznych budzetow CERN-u daloby sie wygospodarowac dzieki temu, ze w tym laboratorium, prowadzacym badania podstawowe, z paroletnim wyprzedzeniem powstal program, ktory zrewolucjonizowal m.in. swiatowa gospodarke.


1991

Polska, jako pierwszy kraj z dawnego "bloku wschodniego" zostala pelnoprawnym czlonkiem CERN-u. Podstawe prawna czlonkostwa Polski w CERN-ie stanowi umowa miedzy Rzadem RP i CERN-em, ratyfikowana nastepnie przez Prezydenta RP. Od 1991 roku mamy wiec wszystkie obowiazki i wszystkie przywileje zwiazane z polskim czlonkostwem. Obowiazki to placenie skladki do budzetu CERN-u, ktora po wielu latach ulg obecnie jest juz proporcjonalna do naszego PKB, ale nadal ponizej 2% tego budzetu. Przywileje to, poza pelnym dostepem do badan, mozliwosc ksztaltowania polityki naukowej CERN-u, dostep do wszystkich programow stypendialnych i kontraktow CERN-owskich, udzial polskiego przemyslu w przetargach oglaszanych przez CERN, organizacja szkol i wystaw CERN-owskich w Polsce oraz wystaw promujacych Polske w CERN-ie.


1993

Eksperyment NA31 po raz pierwszy pokazal, ze w rozpady mezonow i antymezonow K wykazuja asymetrie prowadzaca do pewnej przewagi materii nad antymateria. Pozniejsze eksperymenty prowadzone w CERN-ie (NA48) i w Fermilab-ie w USA (KTeV) potwierdzily ten wynik. Podobne badania dla mezonow zawierajacych ciezki kwark b prowadzone sa w Japonii i w USA, a w przyszlosci beda prowadzone w eksperymencie LHCb w CERN-ie. Wydaje sie, ze dotychczas zaobserwowane efekty sa za male dla calkowitego wytlumaczenia wielkiej przewagi materii nad antymateria we Wszechswiecie. Trzeba wiec kontynuowac te fascynujace, choc bardzo trudne, badania.


1999-2004

W 1999 roku rozpoczely sie prace ziemne zwiazane z budowa akceleratora i eksperymentow LHC. Od tej chwili, a jeszcze bardziej od momentu zamkniecia LEP-u w 2000 roku, budowa LHC i jego czterech eksperymentow: ALICE, ATLAS, CMS i LHCb, stala sie priorytetem CERN-u. W LHC zderzac sie beda dwie wiazki protonowe przy ogromnej calkowitej energii 14 TeV (14x1012 eV; tj. 14 teraelektronowoltow) oraz wiazki jonow olowiu przy gigantycznej calkowitej energii ponad 1100 TeV. Fizycy maja wiec nadzieje na kolejny jakosciowy skok w dziedzinie poznania struktury materii i praw rzadzacych oddzialywaniami czastek. Moze pojawia sie nieznane dotad czastki, wskazujace na istnienie glebszej symetrii przyrody i uda nam sie zrealizowac marzenie o istnieniu idealnej harmonii wszystkich oddzialywan elementarnych? Na razie potrzebny jest ogromny wysilek kilku tysiecy fizykow, inzynierow i technikow, aby w 2007 roku rozpoczelo sie zderzanie wiazek w LHC, a cztery super nowoczesne detektory zaczely zbierac dane. Bardzo mile jest to, ze zarowno w budowie akceleratora, jak i we wszystkich eksperymentach uczestnicza polscy specjalisci.




Eksperyment ATLAS: pierwszy toroid; listopad 2004.
(Courtesy CERN; CERN-EX-0411008_15.)


Pod koniec 2000 roku zatwierdzony tez zostal inny ciekawy program badawczy, polegajacy na budowie nowej, intensywnej wiazki neutrin akceleratorowych CNGS (skrot od Cern Neutrinos to Gran Sasso). Poczawszy od 2006 roku wytworzone w CERN-ie neutrina powedruja pod ziemia do detektorow umieszczonych w oddalonym o 730 km wloskim laboratorium pod masywem Gran Sasso. Po drodze, moze pod Alpami, a moze w okolicach Florencji, niektore z nich przeobraza sie w troche inne neutrina. Eksperyment ICARUS, w ktorym biora udzial polskie grupy, poszukiwac bedzie tych "odmiencow", gdyz ich pojawienie sie jest dowodem na nowa, ciekawa fizyke poza Modelem Standardowym.


Pierwodruk: Rzeczpospolita, Warszawa, 29 wrzesnia 2004.




Dr Agnieszka Zalewska i Dr Jerzy Bartke – fizycy czastek elementarnych – sa profesorami w Instytucie Fizyki Jadrowej im. Henryka Niewodniczanskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.




Teksty o podobnej tematyce zamieszczone w Zwojach:



Copyright © 1997-2004 Zwoje