A tudományos megalománia határtalan. Amikor megemlítem a Nagy Hadron Ütköztető (LHC) méreteit (100 méter mélyen a sziklába vágott, 27km kerületű tökéletes kör), sokan el sem akarják hinni, hogy mindezt nem vasútnak, nem metrónak fúrták ki pár év alatt (hallod, Négyes Metró?), hanem egyetlen összefüggő, óriási műszer tölti ki az alagút teljes hosszát. Lehet-e ezt még fokozni? Aha, lehet... Mit szólnál egy 100 méter mélyen a sziklába vágott, több, mint 50km hosszú tökéletes egyeneshez, amelyet egyetlen összefüggő, óriási műszer tölt ki az alagút teljes hosszában? És adjunk neki egyúttal hosszabb nevet is: nevezzük CLIC-nek.

Az LHC kétségtelenül impozáns egy gép. Nagyon furcsa kérdésekre fogunk lenyűgöző válaszokat találni vele, de ez még mindig nem a fizika vége! Vannak még lenyűgözőbb kérdések is, amelyeket nagyjából az LHC eredményei után fogunk értelmes módon feltenni. A még okosabb kérdésekre az LHC után megépítendő még okosabb gépek fogják keresni a válaszokat.

Az LHC tehát egy kör alakú gyorsító. A kör alakú gyorsítók előtt egyenes (lineáris) gyorsítókkal vizsgálták a reakciókat: erős elektromágneses térrel felgyorsították a részecskéket, azok középen ütköztek, és létrejött a reakció. Úgy képzeljük el ezt, mint a zuhanást. Minél magasabbról esünk, annál nagyobb sebességgel csapódunk a földbe, és annál több belső részünk kerül napvilágra.... Az elektromosan töltött részecskék elektromos térben "zuhannak".

Igen ám, de a sebesség két dologtól függ: a gyorsító elektromos tér erősségétől (nagyobb térerő -> jobb a beszélgetés...), és a gyorsító hosszától (a "magasságtól"). Az előállítható tér erősségének határt szab a technológia fejlettsége, a gyorsító nagyságának pedig a pénztárca - több száz km hosszú gépeket nem igazán kifizetődő megépíteni és működtetni. Ezért a lineáris gyorsítók hamar elérték az ár-teljesítmény-kezelhetőség hármas maximumát. Jött azonban az ötlet: a kör alakú gyorsító! Ekkor a hossz "végtelen", hiszen a részecske akárhányszor körbe mehet, nem ér a végére, és az elektromágneses tér minden menet alatt tud lökni egyet a részecskén. Pont, mint a hintázás. Persze, a világegyetem nem adja könnyen a titkait  (tényleg, ismered a Modoros Blogot?), vannak itt is technológiai komplikációk, mint pl. az egyre gyorsabb, energiától egyre jobban duzzadó, ezért egyre rakoncátlanabb részecske pályán tartása, valamit az a tény, hogy az elektromosan töltött részecske görbe vonalú pályán a gyorsítása során kapott energiát szépen visszasugározza. Mint amikor az egyre gyorsabb körhintán egyre nagyobb tárgyak repülnek ki a zsebünkből.

Minél gyorsabb a részecske, annál jobban sugároz tehát, míg egy érték után az összes kapott energiát azonnal visszaadja, máma már nem gyorsul tovább. A sugárzás függ a kör nagyságától, tehát itt előbb-utóbb ugyanúgy belefutunk a pénztárca és a technológia problémába, mint a lineáris esetben. A jelenlegi határt nemsokára elérjük: az LHC pont egy lépéssel  van előtte. Az utolsó lépést is illene majd megemlíteni itt :)

CLIC teszt laboratórium 

Szóval elvileg lesz LHC-2, de időközben a technológia fejlődött annyit, hogy a kör alakú gépnél kifizetődőbbé váljon: egy lineáris gyorsító... Szupravezetőkkel és egyéb trükkökkel ugyanis az elektromágneses gyorsító tér most már brutálisan erős lehet, sokkal erősebb, mint 15-20 évvel ezelőtt, amikor a kör alak lett a divat.

Ezért hát elindult egy tanulmányprojekt a CERN-ben, egy brutálisan erős lineáris gyorsító kifejlesztésére és megépítésére. Neve: CLIC, azaz Compact LInear Collider (Kompakt Lineáris Ütköztetö). A projekt életideje kb 20 év, a 2020-as évek közepére a gyorsító akár munkába is állhat, már ha lesz, aki kifizeti. Az eddigi eredmények bíztatóak, úgy néz ki, a gép tényleg megépíthető. Ha tehát azok közé tartozol, aki minden nagyobb tudományos kísérlet előtt világvégét vár, akkor számodra nagyon rossz hírem van... Hogy mi? A következő posztból megtudod.

A CERN-ben részecskefizikával foglalkoznak. Aha... de mi is az a részecske? Azt hiszed, tudod? El tudod képzelni? Naiv vagy amúgy, ha igennel válaszoltál - de meg kell próbálni.

Ez a post egy szubjektív vizualizációs kísérlet lesz. A benne szereplő objektumok talán nem léteznek, de ez most lényegtelen. Nézzük meg akkor, hogy lehet leképezni a részecskék kvantumvilágát pár hétköznapi fogalomra!

Amikor atomokról, részecskékről beszélünk, akkor mindig kiragadunk egy aspektust, egy vizuális szamárvezetőt, és az adott problémát úgy próbáljuk szavakba önteni. Az atom egyes tulajdonságait kiválóan el tudjuk magyarázni, ha az atomot mini bolygórendszernek tekintjük, a mag körül elektronok keringenek, és nagyvonalúan elfelejtkezünk e kép nyilvánvaló fizikai problámáitól. Színképek magyarázatára, mindennapi spektroszkópiára ez kiváló. De tekinthetjük az atomot egy réteges "légkörrel" rendelkező bolygónak, ahol a légkör neve "elektronfelhő". Kémiában máris jók vagyunk. És folytathatnánk.

Ami a CERN kutatások elképzelése szempontjából talán lényeges lehet, az a vízzel teli medence. Ha beledobunk egy kavicsot, akkor a becsapódás helyétől hullámok futnak szét minden irányba. Ugyanis a víz szomszédos "részei" össze vannak egymással lazán kötve, így a kő zavara megzavarja a szomszéd részeket, a zavar tehát terjedni kezd. Ez a zavar a hullám. A zavart minden irányban átveszik a víz részei, megosztoznak a zavaron, így az eredeti zavar lassan szétoszlik a teljes medencében, végül elül.

Mi van még egy medencében? Jobb esetben ki van világítva. Ha emlékszünk, akkor a fény is hullám... Tehát a medencében végül is egyszerre két dolog van, ami hullámzik. Egymástól függetlenül: a kavics vízhullámai nem befolyásolják a fény hullámait, és hiába világítunk rá egy hullámra, az ugyanúgy elsodor. Ha pedig telefonálunk a víz alatt, akkor máris vannak rádióhullámaink is, ez már három. Egyszerre jelen vannak, egy térfogatot foglalnak el, nem zavarják egymást.

Képzeljük hát el akkor a világegyetemet így: egy baromi nagy medence, benne sok "közeg" egyszerre, amik képesek hullámozni. Nevezzük ezt vákuumnak. Igen, fizikusok most megfogják a fejüket és kioktatnak éterről, stb: még ne tegyék. Most vizualizálunk ugyanis.

Ennek a medencének bizonyos különböző közegei azonban képesek megzavarni egymás hullámait! És itt kezdődik a világegyetem léte mögötti trükk.

Ezeket a közegeket pedig nevezzük "terek"-nek. A fizika jelenlegi állása szerint ugyanis a részecskék nem mások, mint ezekben a terekben keltett zavarok (hullámok). Minden részecskefajtához tartozik egy tér: van elektrontér, vannak kvarkterek, van fotontér, és ha minden igaz, van Higgs tér - és folytathatnánk. Az elektronok pl. nem mások, mint az elektrontér össze-vissza futkározó zavarai. Tehát: egy elektrontér, és rengeteg kis "kavics", ami az idők kezdetekor beleesett a "vízbe". Vallásosaknak talán felfogható úgy is, hogy Isten így teremtette a világot: egy marék kavicsot szórt a vízbe.

Amikor detektálunk egy új részecskét, akkor az azt jelenti, hogy kimutattuk egy új tér, egy új "közeg" létét a mi nagy medencénkben, mégpedig úgy, hogy megpróbáltunk "kavicsot" dobni bele, és néztük, keletkezett-e zavar. A kavicsdobás ekvivalens a részecske ütköztetéssel. Nos, egyes "közegek" könnyen hullámoznak, mint a viz (foton), mások kb annyira, mint a beton (Higgs). Nyilvánvaló, hogy ha betont akarunk hullámoztatni, akkor kissé erősebben kell nekicsapni azt a kavicsot, de az a legjobb, ha egyből veszünk egy sziklát (részecskét gyorsítunk nagy energiára...).

De hogy képzeljük el azt a zavart? Mert a víz hullámai előbb-utóbb eltűnnek, szétfolynak, a dolgok körülöttünk meg ezt nem csinálják. Mit csináljunk, ha nem akarjuk, hogy a zavar szétterjedjen? Hát pl. tegyük a vizet csőbe. Akkor a zavar csak egy irányba terjed, és a cső mentén szépen végig megy, nem oszlik szét (szőrszálhasogatóknak: tudom...). Vagy kényszerítsük az elektromágneses hullámot egy vezetékbe: akkor a zavar a vezetékben megy szépen végig (szőrszálhasogatóknak: igen, ezeket is tudom...). Tehát olyan ez a mi kis medencénk, mintha be lenne hálózva vékony kis csövekkel, és abban lenne csak víz. Ha kavicsot dobunk egy csőbe, akkor a keletkezett zavar (részecske) addig megy, amíg nem talál egy elágazást, ekkor esetleg kettéválik két kisebb energiájú zavarra (részecske bomlás), de az is lehet, hogy egy elágazásból egyszerre jön két zavar, találkoznak, és együtt haladnak tovább: alkotnak mondjuk egy atomot. Amikor tehát apró, ágas-bogas csövekbe öntjük a medencénk vizét, akkor azt a fizikában úgy hívjuk, hogy a medence vizét (a teret) kvantáljuk, az eredmény egy kvantum medence (kvantumtér).

Hogy mi az a "csőhálózat", miért olyan, stb. - ez e fizika egyik legizgalmasabb területe: vákuum (a "semmi") bonyolultságának a kutatása. És hogy jön be a képbe a kvantumtér, a zavar, a hullám, mint részecskék modellje? Egyszerűen úgy, hogy ezekkel a fogalmakkal sikerült legjobban megragadni a lényeget eddig, és ebben a kontextusban sikerült a legtöbb, bevált tudományos jóslatot megalkotni, ezekre alapozva pedig egész sikeres kis cuccokat alkottak a mérnökök. Tehát csak van valami mögötte...

Még egyszer akkor: ebben a postban vizualizáltunk. Megpróbáltuk elképzelni a részecskéket mint kis, terjedő zavarokat (hullámokat) egy víztartályban, amit kvantáltunk ("csövekbe kényszerítettünk"). A kép bár lehet "költői", mégis van mögötte valami furcsa fizikai valóság, amit még nem nagyon sikerült elképzelnünk.

Innen tudunk akkor a további post-okban építkezni :)