A CERN-nek (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) a francia-svájci határon található hatalmas komplexuma ad otthont a világ legnagyobb részecskegyorsító berendezésének, a Nagy Hadronütköztetőnek (Large Hadron Collider, LHC), amelyben a közel fénysebességre gyorsított és egymással ütköztetett részecskék reakcióinak megfigyelése által a fizikai folyamatok rejtett dimenzióba nyerhetnek betekintést a kutatók.

A Nagy Hadronütköztető nem az egyetlen gyorsító a helyszínen, de ez a legnagyobb méretű és leghosszabb: a föld alatt 100 méterrel, összesen 27 kilométeren át húzódik az a folyékony héliummal hűtött szupravezető mágnesekből álló gyűrű, amelyek közepén, vákuumcsövekben száguldanak a hadronok, vagyis protonok és ionok. A 27 kilométeres rendszer különböző részein szintén óriási méretű detektorok vannak elhelyezve, amelyek más-más fázisban mérik a részecskék útját és ütközéseit. A részecskék két párhuzamos csőben, egymással ellentétes irányban haladnak, majd bizonyos pontokon találkoznak és egymásba csapódnak, a detektorok pedig a lehető legközelebbről mérik a hatásokat, miközben egyes egységeik el is nyelik az átutazó részecskéket. A négy fő detektor az ATLAS, az ALICE, a CMS és az LHCb, amelyek közül az ALICE a nehézion ütközéseket méri.

Az ALICE elsődleges feladata, hogy a segítségével az univerzum első pillanatainak történéseibe nyerhessenek betekintést a kutatók, vagyis olyan reakciókat generáljon, amelyek során kvark-gluon plazma keletkezik. A kvark-gluon plazma, más néven ősleves, az ősrobbanás utáni másodperc néhány milliomod részéig létezett csak, majd a két összetevő protonokat és neutronokat kezdett alkotni, így a plazma átalakult sokkal stabilabb állapotú részecskék halmazává. A kvark-gluon plazma itt a Földön csak az ütköztetőben generált extrém körülmények között jön létre, ezért csak ilyenkor nyílik lehetőség a tanulmányozására, a tudósok számára azonban fontos szerepet játszik a kutatásokban, mivel lényeges információkat hordozhat az anyag "evolúciójával" és a részecskék interakcióival kapcsolatban.

A plazma különlegességét az adja, hogy benne szabadon léteznek a földi körülmények között (laboratórium kívül) mindig kötött állapotban található kvarkok és az erős kölcsönhatást közvetítő gluonok.

Ennek a speciális állapotnak a közvetlen megfigyelése még az ütköztetőben sem lehetséges, de a plazmából kialakuló, az ütközések után keletkező részecskék (pionok, kanonok, protonok, neutronok és antiprotonok) jellemzőinek mérésével lehetséges következtetni az ősleves tulajdonságaira.

A CERN leírása szerint ahhoz, hogy az ősi állapotokhoz hasonló körülményeket teremtsenek, egy miniatűr tűzgolyót hoznak létre nehézion ütköztetéssel, amihez gyakran ólom atommagokat használnak. Az ólom magja 82 protont és több mint száz neutront tartalmaz, ezek pedig rendkívüli energiával csapódnak egymásnak az ütköztetőgyűrűben. A Nagy Hadronütköztető legújabb, harmadik működési szakaszában november 18-án végezték el először az ólom-ion ütköztetést,

méghozzá az eddigieket meghaladó rekordenergiával, 5,36 teraelektronvolttal.

A próba során mindegyik detektort tesztelték és a mérések hozzájárultak, hogy a beállítások módosításával optimalizálják az eszközöket a 2023-ban induló kísérletekhez. Az ALICE detektor a hosszú évekig tartó és idén júliusban véget érő felújítási szünet alatt sok módosításon esett át, többek között növelték a szenzorai számát is - immár 12 milliárd elektronikus érzékelőegységgel van felszerelve és másodpercenként 3,5 terabájt adatot képes közvetíteni, vagyis ötvenszeresére növekedett az általa mérhető nehézion ütközések száma. A jövőben így még több adatot szolgáltathat a gyorsítóban lezajló fizikai folyamatokról és a kvark-gluon plazmáról is, de egyelőre egyik detektor sem fog további méréseket végezni az idei évben, mivel az energiakrízisre való tekintettel a téli műszaki leállást előbbre hozták és már november 28-án szüneteltetik a munkát az LHC-ben és a CERN többi gyorsítójában is.

A 2022-es ólom-ólom programot a CERN sikerként könyvelte el, mivel, még ha nagyon rövid ideig is tartott, a próba során mind a négy fő detektor elvégezhette a méréseket a rekordenergiájú ütközésekkel kapcsolatban és a szakértők felkészítették őket a jövő évi nehézion projektekre.

(Fotó: CERN, Pixabay/geralt)

Kezdődhet a nyomozás az ötödik erő után - a mai napon újraindították a Nagy Hadronütköztetőt Az egyik legizgalmasabb kutatási területnek, amelyet a megújult részecskegyorsítóban zajló kísérletek segítenek elő, a titokzatos ötödik erő utáni nyomozás ígérkezik.