Kalendarium CERN


CZYM JEST CERN





JERZY BARTKE



CERN - to Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek, największy ośrodek badawczy fizyki cząstek na świecie. Laboratorium położone jest na granicy szwajcarsko-francuskiej, na zachód od Genewy, u stop górskiego masywu Jury. Zajmuje obecnie powierzchnię 113 ha na terytorium Szwajcarii i 490 ha na terytorium Francji (początkowo, przed budową synchrotronu SPS, CERN mieścił się całkowicie w Szwajcarii). Budynki i instalacje CERN-u rozmieszczone są na terenie o powierzchni ok. 60 km2.

Idea utworzenia europejskiej organizacji naukowej została 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 skierował swój list laureat Nagrody Nobla, francuski fizyk Louis de Broglie, proponując utworzenie takiej organizacji. W trzy lata później, 1 lipca 1953 roku dwanaście państw europejskich podpisało konwencję o utworzeniu CERN-u, ratyfikowaną przez dziewięć z nich we wrześniu następnego roku. Dzień ratyfikacji konwencji – 29 września 1954 roku przyjmuje się za oficjalną datę powstania CERN-u, w tym roku obchodzimy zatem 50-lecie tej organizacji.

Konwencja o utworzeniu CERN-u w następujący sposób określa jego cele 1) :

CERN nastawiony jest na prowadzenie badań podstawowych w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych i w pewnych działach fizyki jądrowej, mających na celu zbadanie podstawowych praw przyrody




Współpraca Polski z CERN-em rozpoczęła się w roku 1959 od indywidualnych wyjazdów kilku młodych fizyków na staże do tego ośrodka. O te pierwsze stypendia, pochodzące z różnych instytucji, wystarali się profesorowie Marian Danysz i Marian Mięsowicz, którzy szybko docenili perspektywy nowo powstałego laboratorium. W następnych latach współuczestnictwo Polaków w prowadzonych w CERN-ie eksperymentach rozwinęło się na tyle, że w roku 1963 Polska jako jedyny kraj z tzw. "bloku wschodniego" uzyskała status państwa-obserwatora w Radzie CERN-u. Jak pisze R. Sosnowski 2) : "nie stanowiło to podstawy do formalnie zagwarantowanych ułatwień we współpracy. Stwarzało jednak dla niej szczególnie przyjazną atmosferę". Niewątpliwie przygotowało też drogę do pełnego członkostwa w tej organizacji.

W 1991 roku Polska stała się szesnastym państwem członkowskim CERN-u, znów jako pierwszy kraj z tzw. "bloku wschodniego". Podstawą prawną członkostwa Polski w CERN-ie była umowa podpisana pomiędzy Rządem RP i CERN-em, ratyfikowana następnie przez Prezydenta RP.

W następnych latach cztery następne państwa przystąpiły do CERN-u, który obecnie zrzesza 20 europejskich państw członkowskich: Austrię, Belgię, Bułgarię, Czechy, Danię, Finlandię, Francję, Grecję, Hiszpanię, Holandię, Niemcy, Norwegię, Polskę, Portugalię, Słowację, Szwajcarię, Szwecję, Węgry, Wielką Brytanię, Włochy. Z CERN-em współpracują też państwa i organizacje międzynarodowe posiadające status obserwatora: Federacja Rosyjska, Indie, Izrael, Japonia, Turcja, USA oraz Komisja Europejska i UNESCO.

Budżet CERN-u, wynoszący w roku 2004 ok. 1.3 miliarda franków szwajcarskich, tworzony jest ze składek krajów członkowskich. Podobnie jak w innych organizacjach międzynarodowych, wysokość składki jest proporcjonalna do "produktu krajowego brutto" (PKB) każdego kraju. Procentowe wkłady do budżetu CERN-u są obecnie następujące: Austria 2.16%, Belgia 2.62%, Bułgaria 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%, Słowacja 0.29%, Szwajcaria 3.01 %, Szwecja 2.46%, Węgry 0.77%, Wielka Brytania 16.58%, Włochy 12.65%. Widać, że najistotniejsze wkłady wnoszą Niemcy, Wielka Brytania, Francja i Włochy. Wkład Polski wynosi nieco poniżej 2% budżetu CERN-u.


Do prowadzenia badań z zakresu fizyki cząstek budowano w CERN-ie coraz to większe akceleratory:




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


Synchrotrony PS, SPS i LHC tworzą wspólny kompleks akceleracyjny. Oprócz protonów można w nim przyspieszać także jądra atomowe, aż do ołowiu. Do badań oddziaływań powolnych antyprotonów zbudowano najpierw specjalny pierścień o nazwie LEAR (Low Energy Antiproton Ring, funkcjonował w latach 1982-1996), a następnie pierścień o nazwie AD (Antiproton Decelerator). Do badań w dziedzinie fizyki jądrowej zbudowano separator izotopów ISOLDE (Isotope Separator On-Line Detector), wykorzystujący wiązkę protonów początkowo z synchrocyklotronu, a następnie z synchrotronu PS i umożliwiający w ostatnich latach także badania na wiązkach izotopów promieniotwórczych.

Unikalnym przedsięwzięciem jest skierowanie wiązki neutrin z CERN-u do laboratorium Gran Sasso we Włoszech, oddalonego o 730 km od CERN-u (projekt CNGS). Neutrina będą przechodzić pod powierzchnią Ziemi (głęboko pod Alpami). Eksperymenty w Gran Sasso rozpoczną się w roku 2006.

W CERN-ie zatrudnionych jest obecnie ok. 2500 osób, oprócz tego pracuje tam 540 stypendystów ("fellows" & "paid associates"). Około połowy z tej liczby stanowią fizycy. Całkowitą liczbę fizyków z krajów członkowskich, którzy współpracują z CERN-em, uczestnicząc w różnych programach badawczych, ocenia się na ok. 4500. Zatrudnieni są oni w prawie 300 instytutach badawczych w swoich krajach. Liczbę fizyków z krajów nieczłonkowskich współpracujących z CERN-em ocenia się na prawie 1900. Pochodzą oni z ok. 200 instytutów badawczych. Jedni i drudzy przyjeżdżają do CERN-u na krótsze lub dłuższe pobyty, aby przygotować aparaturę, uczestniczyć w eksperymentach, spotkaniach roboczych itp., co zwiększa liczbę tam pracujących osób do ponad 5000.

Współpraca CERN-u z krajami nie będącymi członkami tej organizacji, w pierwszym rzędzie z Federacją Rosyjską, USA i Japonią, w ostatnich latach bardzo się rozwinęła. Dotyczy ona głównie programu badań na budowanym obecnie zderzaczu hadronowym LHC, dla którego nie widać żadnej konkurencji w skali światowej, gdyż po rezygnacji z budowy wielkiego zderzacza hadronowego SSC w USA, żaden podobny projekt nie jest realizowany. CERN powołany do życia jako laboratorium europejskie zaczyna więc w coraz większym stopniu odgrywać rolę laboratorium globalnego.

Nie ulega wątpliwości, że już od kilku dziesięcioleci CERN zajmuje czołowe miejsce w fizyce cząstek elementarnych. Dokonano tu wielu odkryć naukowych, z których jako najważniejsze wymieniane są: odkrycie tzw. prądów neutralnych w słabych oddziaływaniach (eksperyment neutrinowy w komorze pęcherzykowej wypełnionej ciężkim freonem, rok 1973) i odkrycie bozonów W i Z pośredniczących w oddziaływaniach elektrosłabych (zderzenia protonów i antyprotonów przy bardzo wysokich energiach w synchrotronie SPS, rok 1983). Oba te odkrycia miały zasadnicze znaczenie dla sformułowania tzw. Modelu Standardowego – zunifikowanej teorii oddziaływań słabych i elektromagnetycznych. W CERN-ie odkryto też antyjądra (na synchrotronie PS, rok 1965) i zsyntetyzowano atomy antywodoru (rok 1995), potwierdzając hipotezę istnienia antymaterii i symetrii materia-antymateria (symetrię tę obserwowano wcześniej tylko dla cząstek elementarnych). Badania oddziaływań jądrowych przy ultrarelatywistycznych energiach dostarczyły ewidencji występowania przejścia fazowego do nowej fazy materii – tzw. plazmy kwarkowo-gluonowej, której istnienie było przewidywane przez teoretyków zajmujących się teorią oddziaływań silnych – chromodynamiką kwantową. Badania te kontynuowane są obecnie na zderzaczu RHIC w Brookhaven (USA).

Fizykom pracującym w CERN-ie przyznano dwie Nagrody Nobla. Otrzymali je: Carlo Rubbia i Simon Van der Meer w roku 1984 za odkrycie bozonów pośredniczących W i Z i rozwój techniki przyspieszania cząstek umożliwiający ich odkrycie oraz Georges Charpak w roku 1992 za wkład w metody detekcji cząstek naładowanych (komory wielodrutowe). Istniejące w CERN-ie unikalne możliwości badawcze przyciągnęły tu już wielu najwybitniejszych fizyków. Wymienić tu można 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 urządzeń badawczych, akceleratorów i detektorów, stwarza różne wyzwania technologiczne. Dotyczy to np. konstrukcji magnesów, technologii wysokiej próżni, kriogeniki (budowany obecnie zderzacz LHC będzie największą instalacją kriogeniczną na świecie).




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 także wiodącą instytucją w dziedzinie informatyki. Tu pod koniec lat osiemdziesiątych powstał system informatyczny WWW (World Wide Web), którego celem było umożliwienie fizykom rozproszonym po całym świecie dostępu do danych i uczestniczenia w badaniach bezpośrednio ze swoich instytutów poprzez Internet. Aby sprostać wielkim wyzwaniom w zakresie opracowywania danych z przyszłych eksperymentów na LHC, tworzona jest obecnie nowa sieć informatyczna GRID o rekordowych parametrach w zakresie szybkości przekazu danych i możliwości ich przetwarzania.



Przypisy:
  1. Tutaj należy wyjaśnić, że oryginalna nazwa "Europejska Organizacja Badań Jądrowych" jest w ostatnich latach zastępowana nową nazwą "Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek", która znacznie lepiej odzwierciedla profil prowadzonych tu badań. Ze względów historycznych pozostawiono jednak oryginalny akronim "CERN", pochodzący od pierwotnej francuskiej nazwy "Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire" (akronim ten pasuje także do nazwy "Centre Europeen pour la Recherche Nucleaire").   (powrót)

  2. R. Sosnowski, "Siedem lat współpracy z CERN", wykład na posiedzeniu Rady ds. Atomistyki w Warszawie 6 marca 1998 roku.
    Kilka fragmentów tego referatu zostało za zgodą autora wykorzystane w niniejszym opracowaniu.   (powrót)


Artykuł ten został opublikowany w pamiątkowym tomie Polska w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN, Polska Akademia Umiejętności, Kraków 2004.






KALENDARIUM CERN





AGNIESZKA ZALEWSKA i JERZY BARTKE



1954

29 września ratyfikowana została konwencja o utworzeniu Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych i tę datę przyjmuje się jako oficjalną datę powstania CERN-u. Drugi artykuł konwencji tak określa cele CERN-u: "Organizacja zapewni współpracę pomiędzy państwami europejskimi w dziedzinie badań jądrowych o charakterze czysto naukowym i podstawowym, a także innych badań związanych z tu wymienionymi. Organizacja powstrzyma się od wszelkich badań o charakterze wojskowym, a wszystkie wyniki prac doświadczalnych i teoretycznych będą publikowane lub ogólnie dostępne w inny sposób". Jako miejsce lokalizacji laboratorium wybrano Genewę, a dokładnie wieś Meyrin tuż przy granicy szwajcarsko-francuskiej. Z perspektywy 50 lat można bez wahania powiedzieć, że CERN pozostał wierny pierwotnemu przesłaniu, a nawet je wzmocnił, pełniąc dziś rolę nie tylko europejskiego, a wręcz światowego laboratorium w dziedzinie badań podstawowych. Coraz częściej też nazywany jest Europejskim Laboratorium Fizyki Cząstek, co bardziej odpowiada charakterowi prowadzonych badań.


1957

Ukończona została budowa pierwszego CERN-owskiego akceleratora o nazwie SC. Był to klasyczny synchrocyklotron (stąd nazwa), przyspieszający protony do energii 600 MeV (megaelektronowoltów). Służył on fizyce cząstek i fizyce jądrowej. Został zamknięty w 1990 roku po 33 latach pracy.


1959

Rozpoczął pracę synchrotron protonowy PS (skrót od Proton Synchrotron), do dziś świetnie działający akcelerator. 24 listopada po raz pierwszy przyspieszono w nim protony do energii 24 GeV (gigaelektronowoltów), ponad dwukrotnie wyższej niż rekordowa energia osiągana w synchrotronie protonowym w ZIBJ w Dubnej (ZSRR). John Adams, kierujący budową PS, mógł więc otworzyć butelkę wódki, którą kilka miesięcy wcześniej dostał w Dubnej z warunkiem, że wolno ją otworzyć dopiero kiedy akcelerator CERN-owski pobije dubieński rekord energii. Pusta butelka odesłana została do Dubnej z zapisem rekordowego sygnału. Obecnie PS jest sercem zespołu CERN-owskich akceleratorów, dostarczając wstępnie przyspieszonych protonów do dalszego przyspieszania w potężniejszych akceleratorach, oraz, jak dawniej, do badań z zastosowaniem wiązek protonów bezpośrednio z niego wyprowadzonych. Teraz w ciągu sekundy PS dostarcza tysiąckrotnie więcej protonów niż w pierwszym roku swego działania, a poza protonami przyspiesza też antyprotony, elektrony, pozytony i ciężkie jony.

W tym samym roku wykonano też pierwsze zdjęcia oddziaływań cząstek w malutkiej komorze pęcherzykowej (HBC30), ustawionej na wiązce protonów wyprowadzonych z synchrocyklotronu. Komora ta była jednym z pierwszych detektorów cząstek zbudowanych w CERN-ie i pracowała do 1962 roku. Kolejne budowane tu komory pęcherzykowe były coraz większe i ustawiane na wiązkach cząstek o coraz wyższych energiach. Zdarzenia zachodzące w komorach pęcherzykowych były rejestrowane na taśmach filmowych, a następnie te filmy analizowano. Podczas trzech lat pracy komory HBC30 nakręcono 150 km filmu. Dzisiaj korpus jednej z komór niczym interesująca współczesna rzeźba zdobi trawnik CERN-u, a inna komora stoi w holu głównego budynku w charakterze pięknego akwarium.


1964

Polska, jako jedyny kraj z dawnego bloku wschodniego, uzyskała status państwa obserwatora w Radzie CERN-u. Jak to podsumował R. Sosnowski, obecnie razem z J. Niewodniczańskim reprezentujący Polskę w tej Radzie, "Nie stanowiło to podstawy do formalnie zagwarantowanych ułatwień we współpracy. Stwarzało jednak dla niej szczególnie przyjazną atmosferę." Skorzystali z niej zarówno polscy fizycy doświadczalni, jak i teoretycy cząstek.


1965

Francuskie władze wyraziły zgodę na rozbudowę laboratorium na terytorium Francji i CERN uzyskał 40 hektarów tuż za granicą szwajcarsko – francuską. Dzięki temu możliwa stała się budowa nowego akceleratora. Kolejny projekt jeszcze większego akceleratora i kolejne porozumienie z Francją, w 1972 roku, doprowadziło do powstania laboratorium w miejscowości Prevessin. Późniejsze pączkowania CERN-u, związane z eksperymentami prowadzonymi przy akceleratorze LEP i przygotowywanymi w ramach projektu LHC, przeszły już w sposób niemal niezauważalny dla pracujących tam fizyków. Obecnie całkowita powierzchnia CERN-owskiego laboratorium wynosi 600 hektarów.


1967

Uruchomiony został separator izotopów ISOLDE (skrót od ang. Isotope On-Line Separator). To unikalne jak na owe czasy urządzenie korzystało z wiązki protonów pochodzących z synchrocyklotronu SC (w 1992 roku zastąpionego przez lepszy akcelerator o nazwie PS Booster) i rozpraszanych na tarczach jądrowych. Zastosowanie kombinacji chemicznych i elektromagnetycznych metod szybkiej separacji izotopów pozwalało na budowę wiązek jonów złożonych z pojedynczego izotopu. W ten sposób stały się możliwe badania krótko życiowych radioaktywnych jąder i otwarta została droga do budowy akceleratorów służących do ich przyspieszania, np. REX ISOLDE w CERN-ie. Doświadczenia prowadzone w oparciu o ISOLDE i REX ISOLDE służą lepszemu zrozumieniu budowy jąder atomowych, procesów zachodzących we wnętrzu gwiazd, a fizykom ciała stałego np. dla badań materiałowych. Polscy fizycy uczestniczyli w szeregu doświadczeń z wykorzystaniem ISOLDE, a cztery sami zaproponowali i kierowali nimi.


1968

Georges Charpak zbudował swoją pierwszą wielodrutową komorę proporcjonalną, rewolucjonizując tym samym eksperymentalną fizykę cząstek. Było to wypełnione gazem płaskie "pudło" z dużą liczbą równoległych, cienkich drutów, z których każdy podłączony był do wzmacniacza. Przejście cząstki przez komorę powodowało powstanie sygnałów prądowych na najbliższych drutach, które po wzmocnieniu przesyłane były do komputera i zapisywane na taśmach magnetycznych do późniejszej analizy. Ten pierwszy elektroniczny detektor rejestrował tory cząstek z prędkością tysiąc razy większą niż pozwalały na to techniki wizualne, czyli komory pęcherzykowe i iskrowe. Drutowe detektory gazowe błyskawicznie zadomowiły się w eksperymentalnej fizyce cząstek i znalazły zastosowanie w wielu innych dziedzinach, np. w radiologii i medycynie jądrowej. Za swój wynalazek Charpak otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w 1992 roku. Technika komór proporcjonalnych miała jeszcze jedną zaletę – pozwalała grupom uczestniczącym w eksperymentach CERN-owskich na budowę detektorów w małych laboratoriach. Tę szansę wykorzystali natychmiast polscy fizycy, zapewniając sobie uczestnictwo w ciekawych badaniach w zamian za wkład aparaturowy.


1971

27 stycznia nastąpiły pierwsze zderzenia protonów w nowym CERN-owskim akceleratorze ISR (Intersecting Storage Ring). To była premiera światowa – nigdy wcześniej nie zderzano z sobą dwu przyspieszonych wiązek. Takie akceleratory przyjęło się nazywać akceleratorami przeciwbieżnych wiązek lub krótko zderzaczami. Każda wiązka krążyła w oddzielnym pierścieniu o średnicy 300 metrów, a do zderzeń dochodziło w ośmiu punktach na obwodzie, gdzie wiązki naprowadzane były na siebie. Budowa tego akceleratora wymagała przełamania barier technologicznych w dziedzinie uzyskiwania wysokiej próżni oraz bardzo precyzyjnego sterowania i kontroli parametrów wiązek. W momencie, gdy całkowity prąd protonów nagromadzonych w pojedynczym pierścieniu wynosił 20 A, utrata kontroli nad wiązką mogła oznaczać uszkodzenie cienkiej próżniowej rury akceleratora. ISR pozwalał na badania oddziaływań protonów w zakresie energii dostępnych wcześniej jedynie w badaniach oddziaływań promieni kosmicznych w atmosferze ziemskiej. ISR zakończył pracę w 1984 roku.


1973

Miało miejsce jedno z najważniejszych naukowych dokonań CERN-u – odkrycie prądów neutralnych. W komorze pęcherzykowej Gargamelle, wypełnionej 18 tonami ciekłego freonu, zaobserwowano takie oddziaływania neutrin, że w ich wyniku zachowywały one swoją tożsamość, nie zamieniając się w swego partnera, którym jest odpowiedni lepton naładowany. Te niezmiernie trudne do obserwacji oddziaływania przewidywane były przez dopiero co sformułowaną, niezwykle obiecującą teorię unifikacji oddziaływań elektromagnetycznych i słabych. Według tej teorii zachodzić miały na skutek wymiany neutralnego bozonu Z, zwanej wymianą prądów neutralnych. CERN-owskie odkrycie stanowiło pierwsze doświadczalne potwierdzenie teorii elektrosłabej, która łącznie z chromodynamiką kwantową, opisującą silne oddziaływania, tworzy Standardowy Model oddziaływań elementarnych. Panuje opinia, że gdyby P. Musset nie umarł niedługo po tym odkryciu, CERN mógłby celebrować jedną więcej Nagrodę Nobla z fizyki.


1976

Rozpoczął pracę kolejny akcelerator – SPS (skrót od ang. Super Proton Synchrotron), przyspieszający protony do maksymalnej energii 450 GeV. Ten wielki akcelerator o obwodzie 7 km umieszczony jest w podziemnym tunelu wydrążonym na głębokości średnio 40 metrów pod terytorium Szwajcarii i Francji. W oparciu o wiązki protonów z SPS realizowany był bardzo szeroki program naukowy, obejmujący m.in. badania oddziaływań neutrin, własności cząstek zawierających ciężki kwark c, oraz struktury protonu i poszukiwania źródeł występowania asymetrii materii i antymaterii we Wszechświecie. Z kolei przyspieszane w SPS ciężkie jony stanowiły podstawę bardzo bogatego programu badań oddziaływań jądro-jądro, trwającego od 1986 do 2003 roku. Jednym z rezultatów tego programu było ogłoszenie przez CERN w 2000 roku odkrycia nowego stanu materii, plazmy kwarkowo-gluonowej. Uważa się, że wkrótce po Wielkim Wybuchu wypełniała ona maleńki wówczas Wszechświat. W wielu z eksperymentów przy SPS uczestniczyły i nadal uczestniczą polskie grupy. SPS podzielił los wcześniejszych akceleratorów CERN-owskich – w 1989 roku stał się akceleratorem wstępnego przyspieszania elektronów i pozytonów dla akceleratora LEP, a w przyszłości dostarczy protonów akceleratorowi LHC.


1983

Miało miejsce odkrycie bozonów W i Z, przewidzianych przez wspomnianą już wcześniej teorię oddziaływań elektrosłabych jako cząstek pośredniczących w tych oddziaływaniach. Ponieważ przewidywana masa bozonów była rzędu 80-90 GeV, a więc porównywalna z masą średniej wielkości jądra atomowego, ich wytworzenie wymagało wysokiej energii zderzających się cząstek. W akceleratorze SPS został zbudowany zderzacz antyproton-proton, w którym jednocześnie przyspieszano, krążące w przeciwnych kierunkach, wiązki protonów i antyprotonów. Nowy zderzacz powstał w rekordowo krótkim czasie, czemu sprzyjały lata doświadczeń w budowaniu w CERN-ie bardzo nowatorskich akceleratorów. Zderzacz propon-antyproon wymagał pokonania kolejnej bariery technologicznej, jaką było wytworzenie i utrzymanie dostatecznie intensywnej wiązki antyprotonów. Nic więc dziwnego, że Nagroda Nobla z fizyki, przyznana w 1984 roku za odkrycie W i Z, po połowie przypadła pomysłodawcy programu eksperymentalnego, fizykowi C. Rubbii i twórcy nowej metodyki, S. van der Meerowi.

W tym samym roku rozpoczął pracę LEAR (skrót od ang. Low Energy Antiproton Ring), który w porównaniu ze zderzaczem antyproton-proton w SPS działał na drugim końcu skali energetycznej, a mianowicie służył badaniom oddziaływań antyprotonów z protonami przy bardzo niskiej energii. Program badań LEAR-a, realizowany w latach 1983-1996, doprowadził do kilku ważnych wyników. Jednym z nich była obserwacja "gluball'a" – bardzo oryginalnej cząstki, zbudowanej tylko z gluonów będących nośnikami silnych oddziaływań. LEAR stanowił też inny niż SPS warsztat badań dla zrozumienia asymetrii w występowaniu materii i antymaterii we Wszechświecie. W 1995 roku w jednym z eksperymentów przy LEAR wytworzono dziewięć atomów antywodoru z antyprotonem jako jądrem i pozytonem na orbicie atomowej. Podobno o antywodór bardzo często pytają dziennikarze odwiedzający CERN. Program tych właśnie atomowych badań przy najniższych energiach antyprotonów kontynuowany jest na "spowalniaczu antyprotonów" AD (skrót od ang. Antiproton Decelerator).


1989

W sierpniu 1989 roku doszło do pierwszych zderzeń elektronów z pozytonami w zderzaczu LEP (skrót od ang. Large Electron Positon Collider). Akcelerator o obwodzie 27 km został zbudowany w lekko pochylonym podziemnym tunelu na głębokości między 40 a 130 metrów. Do chwili otwarcia tunelu pod kanałem La Manche był to najdłuższy tunel w Europie. Program badawczy czterech eksperymentów prowadzonych przy tym akceleratorze obejmował dokładne zbadanie naszych starych znajomych, bozonów Z i W oraz poszukiwanie przejawów głębszych symetrii, wykraczających poza Model Standardowy oddziaływań elementarnych. Już pierwsze miesiące zbierania danych w eksperymentach przy LEP-ie pozwoliły ustalić, że przy zastrzeżeniu lekkości neutrin w przyrodzie występują tylko trzy rodziny kwarkowo-leptonowe (każdą rodzinę tworzą dwa kwarki, jeden o ładunku 2/3, a drugi -1/3 oraz lepton naładowany i neutrino). Ten fundamentalny wynik nie ma na razie wytłumaczenia w teorii. Przez okres ponad 11 lat do chwili zamknięcia LEP-u w 2000 roku Model Standardowy został przetestowany z niezwykłą dokładnością. Pozwoliło to na przykład na przewidzenie masy najcięższego z sześciu kwarków, zanim został on odkryty w eksperymentach przy akceleratorze Tevatron w USA. Sporne pozostaje, czy w 2000 roku przy najwyższych energiach zderzeń w LEP nie widziano bozonu Higgsa – najbardziej obecnie poszukiwanej cząstki elementarnej. Pozostanie to zagadką do chwili uruchomienia LHC.


1990

Powstał szkielet systemu WWW (World Wide Web czyli Wielka Pajęczyna), który stworzył Tim Berners-Lee w CERN-ie rok wcześniej. Co prawda, już pod koniec lat 1980. naukowcy korzystali z Internetu do wysyłania listów elektronicznych czy łączenia się z innymi komputerami, ale w wielkich zespołach pracujących przy LEP, liczących po kilkuset fizyków i po kilkadziesiąt laboratoriów, bardzo było brak łatwego systemu do wzajemnej komunikacji, przesyłania danych i upowszechniania informacji. Nic więc dziwnego, że CERN ze swoją długą tradycją informatyczną stał się idealnym miejscem do powstania WWW. Aż trudno uwierzyć, że jedyny CERN-owski serwer WWW po 15 latach rozmnożył się w dziesiątki milionów swoich odpowiedników obecnie działających na świecie. Może więc warto w tym miejscu zacytować refleksję Chrisa Llewellyn-Smitha, jednego z poprzednich dyrektorów CERN-u, że ciekawa byłoby informacja, ile to rocznych budżetów CERN-u dałoby się wygospodarować dzięki temu, że w tym laboratorium, prowadzącym badania podstawowe, z paroletnim wyprzedzeniem powstał program, który zrewolucjonizował m.in. światową gospodarkę.


1991

Polska, jako pierwszy kraj z dawnego "bloku wschodniego" została pełnoprawnym członkiem CERN-u. Podstawę prawną członkostwa Polski w CERN-ie stanowi umowa między Rządem RP i CERN-em, ratyfikowana następnie przez Prezydenta RP. Od 1991 roku mamy więc wszystkie obowiązki i wszystkie przywileje związane z polskim członkostwem. Obowiązki to płacenie składki do budżetu CERN-u, która po wielu latach ulg obecnie jest już proporcjonalna do naszego PKB, ale nadal poniżej 2% tego budżetu. Przywileje to, poza pełnym dostępem do badań, możliwość kształtowania polityki naukowej CERN-u, dostęp do wszystkich programów stypendialnych i kontraktów CERN-owskich, udział polskiego przemysłu w przetargach ogłaszanych przez CERN, organizacja szkół i wystaw CERN-owskich w Polsce oraz wystaw promujących Polskę w CERN-ie.


1993

Eksperyment NA31 po raz pierwszy pokazał, że w rozpady mezonów i antymezonów K wykazują asymetrię prowadzącą do pewnej przewagi materii nad antymaterią. Późniejsze eksperymenty prowadzone w CERN-ie (NA48) i w Fermilab-ie w USA (KTeV) potwierdziły ten wynik. Podobne badania dla mezonów zawierających ciężki kwark b prowadzone są w Japonii i w USA, a w przyszłości będą prowadzone w eksperymencie LHCb w CERN-ie. Wydaje się, że dotychczas zaobserwowane efekty są za małe dla całkowitego wytłumaczenia wielkiej przewagi materii nad antymaterią we Wszechświecie. Trzeba więc kontynuować te fascynujące, choć bardzo trudne, badania.


1999-2004

W 1999 roku rozpoczęły się prace ziemne związane z budową akceleratora i eksperymentów LHC. Od tej chwili, a jeszcze bardziej od momentu zamknięcia LEP-u w 2000 roku, budowa LHC i jego czterech eksperymentów: ALICE, ATLAS, CMS i LHCb, stała się priorytetem CERN-u. W LHC zderzać się będą dwie wiązki protonowe przy ogromnej całkowitej energii 14 TeV (14x1012 eV; tj. 14 teraelektronowoltów) oraz wiązki jonów ołowiu przy gigantycznej całkowitej energii ponad 1100 TeV. Fizycy mają więc nadzieję na kolejny jakościowy skok w dziedzinie poznania struktury materii i praw rządzących oddziaływaniami cząstek. Może pojawią się nieznane dotąd cząstki, wskazujące na istnienie głębszej symetrii przyrody i uda nam się zrealizować marzenie o istnieniu idealnej harmonii wszystkich oddziaływań elementarnych? Na razie potrzebny jest ogromny wysiłek kilku tysięcy fizyków, inżynierów i techników, aby w 2007 roku rozpoczęło się zderzanie wiązek w LHC, a cztery super nowoczesne detektory zaczęły zbierać dane. Bardzo miłe jest to, że zarówno w budowie akceleratora, jak i we wszystkich eksperymentach uczestniczą polscy specjaliści.




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


Pod koniec 2000 roku zatwierdzony też został inny ciekawy program badawczy, polegający na budowie nowej, intensywnej wiązki neutrin akceleratorowych CNGS (skrót od Cern Neutrinos to Gran Sasso). Począwszy od 2006 roku wytworzone w CERN-ie neutrina powędrują pod ziemią do detektorów umieszczonych w oddalonym o 730 km włoskim laboratorium pod masywem Gran Sasso. Po drodze, może pod Alpami, a może w okolicach Florencji, niektóre z nich przeobrażą się w trochę inne neutrina. Eksperyment ICARUS, w którym biorą udział polskie grupy, poszukiwać będzie tych "odmieńców", gdyż ich pojawienie się jest dowodem na nową, ciekawą fizykę poza Modelem Standardowym.


Pierwodruk: Rzeczpospolita, Warszawa, 29 września 2004.




Dr Agnieszka Zalewska i Dr Jerzy Bartke – fizycy cząstek elementarnych – są profesorami w Instytucie Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.




Teksty o podobnej tematyce zamieszczone w Zwojach:



Copyright © 1997-2004 Zwoje