Jéki László | LHC – a nagy hadron ütköztető a genfi CERN-ben (3. rész)

Népszerű tudomány

LHC – a nagy hadron ütköztető a genfi CERN-ben (3. rész)

Sorozatunk első részében bemutattuk a világ legnagyobb tudományos-műszaki berendezését, a Genfben épített részecskegyorsítót, a nagy hadron ütköztetőt (LHC). A második részben azokat a fizikai kérdéseket ismertettük, amelyekre a kísérletektől várnak választ a fizikusok. Most néhány fantasztikus elképzelést mutatunk be, ezek ellenőrzésére is lehetőség nyílik majd.
Augusztusban sikeresen kipróbálták az előgyorsító rendszereket, majd szeptember 10-én mindkét irányban sikeresen körbevezették a protonnyalábot a 27 kilométeres alagútban. A további lépésekre azonban várni kell, mert szeptember 19-én egy rövidzárlat következtében felmelegedett az egyik mágnes, megszűnt a szupravezető állapot és hélium szabadult ki. A rendszert ezért lassan fel kell melegíteni, majd a javítás után lassan lehűteni. Ez mintegy két hónapot igényel. Utána a télre eleve tervezett több hónapos leállás következik, így a kísérleti munka majd csak tavasszal kezdődhet meg.

Legutóbb bemutattuk a részecskefizika eddigi kísérleti eredményeit jól leíró Standard Modellt. A Standard Modellnek több kiterjesztését is kidolgozták, részsikerek születtek az alapvető kölcsönhatások egységes elméletének a kidolgozásában is. Az új elméletek eddig nem ismert részecskék sokaságának a létezésével számolnak. Közös jellemzőjük, hogy ezek a részecskék túl nagy tömegűek ahhoz, hogy az eddigi részecskegyorsítókban felbukkanhattak volna.

A fizikusok már lehetőséget látnak az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatás egységes leírására, ez lenne a „nagy egyesítés” (GUT – Grand Unification Theory). Arra gyanakszanak, hogy a kölcsönhatások közti különbségek a világegyetem történetének kezdetén, röviddel az ősrobbanás után lezajlott átalakulások során alakultak ki. Az őstörténetet viszont nem érthetjük meg a gravitáció alaposabb ismerete nélkül. A négy, tehát a gravitációit is tartalmazó alapvető kölcsönhatás keresett egységes elmélete lenne a TOF – Theory of Everything, mindennek az elmélete.

A modern részecskefizika egyik átfogó elmélete a szuperszimmetria elmélet, elterjedt angol rövidítésével SUSY (supersymmetry). Az elmélet állításainak kísérleti ellenőrzésére mindeddig nem volt lehetőség, az ellenőrzendő folyamatok olyan energiatartományokban zajlanak, amelyek jóval meghaladták a legnagyobb korábbi részecskegyorsítók lehetőségeit. Néhány éve még arról is vitatkoztak, vajon szabad-e egyáltalán elméletnek nevezni egy ellenőrizhetetlen konstrukciót.

A szuperszimmetria az anyagot alkotó részecskecsaládok, a kvarkok és a leptonok, valamint a kölcsönhatásaikat közvetítő részecskék egységes elméletét ígéri. A részecskék világát kormányzó kölcsönhatások, az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatás SUSY szerint egyetlen kölcsönhatásnak a különböző megjelenési formái, nagyon nagy energiákon, tízezer billió GeV táján ezek a kölcsönhatások egymásba, egyetlen kölcsönhatássá olvadnak össze.

Az egységes, átfogó elmélet működéséhez nem elégségesek a mai részecskék, pedig igazán jó néhány elemi részecskét ismerünk már. SUSY egyszerűen megduplázza a ma ismert részecskéket, minden részecske mellé társul egy szuperszimmetrikus partner. Ha igaz a szuperszimmetria, akkor mindeddig csak a részecskék felét ismertük meg, a másik fél még felfedezésre vár.

Már nem három, hanem négy, tehát valamennyi kölcsönhatás egységes elméletét célozza a húrelmélet, amelyben a részecskéket pont helyett parányi, húrszerű tárgyként kezelik a számításokban. A húrelmélet ellenőrzése nagyon nehéz, mert a húrok csak elképzelhetetlenül nagy energiákon „léteznek”, viszont a húrelmélet is megjósolja a szuperszimmetriát. A húrelmélet művelői is várják a szuperszimmetrikus részecskék laboratóriumi észlelését. Húrelméletekből már ötféle van. A húrelméletek kis energiákon reprodukálják az ismert részecskéket, 10 téridő dimenzióban jól leírják együttesen a gravitációt és a többi erőt. Természetesen nem 10 dimenzióban élünk, a 10-ből 6 dimenzió 1016 GeV/részecske energia alatt egyszerűen nem figyelhető meg.

Egy újabb elméleti iskola membránokkal számol, ez a bránok világa. A részecskéket membránnak vagy sokkal általánosabban p-dimenziós tárgyaknak képzelik el, ezek a membránok kapták a brán (angolban brane) nevet. A 11 dimenziós téridőben a membrán buborék vagy lap alakot vehet fel. Létezhet egy olyan bránvilág, amelyben a világegyetem egy háromdimenziós brán egy sokdimenziós univerzumban. A bránok világának szakértői egyre fantasztikusabb elképzelésekkel állnak elő, például az ősrobbanás egyszerűen két háromdimenziós brán ütközése volt.

A szuperhúrok, a bránok, az extra dimenziók elméleti kutatók által leírt világa nem vethető egyelőre össze a valóságos világgal, az elméletek következtetéseit nem lehet kísérletekkel ellenőrizni. A 1016 GeV energiatartomány távlatilag is elérhetetlennek tűnik, ekkora energia eléréséhez néhány fényév átmérőjű részecskegyorsítóra lenne szükség. Az ebben az energiatartományban zajló folyamatok viszont hatással lehetnek a kisebb energiák tartományában zajló történésekre. Arról lehetne felismerni őket, hogy ezek a folyamatok kívül esnek a Standard Modell által megszabott kereteken, lehetőségen, olyan történések ezek, amelyeket az SM tilt.

A kölcsönhatások egységes elméletének megalkotása választ adhat a kozmológia alapkérdéseire. A táguló világegyetem valóban a múlt egy meghatározott időpillanatában kezdődött? A mi ősrobbanásunk csak egyetlen epizód egy sokkal nagyobb világegyetemben, amelyben örökösen kisebb és nagyobb ősrobbanások történnek? Ha így van, akkor a mi állandóink és törvényeink robbanásról robbanásra változnak? Ha ezekre választ kapunk, akkor sem lesz vége a fizikának. Ezek az ismeretek sem adják meg a turbulens jelenségek vagy a magas hőmérsékletű szupravezetés leírását.

(A cikk hosszabb változata az [origo] internetes portálon jelent meg)

Print Friendly, PDF & Email
Please follow and like us:

Hozzászólások

Nincs hozzászólás ehhez: “LHC – a nagy hadron ütköztető a genfi CERN-ben (3. rész)”



Szóljon hozzá!



Archívum

Hirdetés