Nieziemskie odkrycie w CERN - dzięki Polakom
Nietypowa cząstka elementarna - mion - została zarejestrowana przez aparaturę pomiarową działającą przy akceleratorze LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Współtwórcami aparatury są warszawscy fizycy. Tego typu cząstek w normalnych warunkach nie ma na Ziemi.
Jak poinformował rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku dr Marek Pawłowski, ogromny kompleks detektorów o nazwie CMS zarejestrował wystrzelenie mionu z miejsca, w którym doszło do zderzenia protonów, przyspieszanych w akceleratorze. Oznacza to w uproszczeniu, że trakcie tych zderzeń rozbijają się wyjściowe cząstki - protony, a w ich miejsce powstają nowe - normalnie nieistniejące na Ziemi. Właśnie na takich zderzeniach zależy fizykom, którzy próbują doświadczalnie potwierdzić teorie o istnieniu nowych, nieznanych dotąd cząstek.
Kuzyni elektronów
- Miony to kuzyni elektronów: mają ten sam co one ładunek elektryczny, lecz masę ok. 200 razy większą - tłumaczy Pawłowski. Tego typu cząstek nie ma na Ziemi. Natomiast znajdują się w tzw. promieniowaniu kosmicznym. Potrafią one przenikać przez różne materiały, zatem niekiedy nawet umieszczone 100 m pod powierzchnią ziemi detektory w CERN "widzą" je. Tym razem jednak naukowcy są przekonani, że mion powstał w detektorze, a nie przyleciał z kosmosu. - Na szczęście miony wytworzone w LHC powinny rozbiegać się z wnętrza detektora na zewnątrz. I właśnie taki ślad udało nam się ostatnio zaobserwować - podkreśla dr Michał Szleper z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku.
Cząstkę udało się zaobserwować w piątek. Daje to naukowcom nadzieję na zarejestrowanie nie tylko samych mionów, ale również innych, nieznanych dotąd zjawisk.
Poza tym dowodzi, że skomplikowana aparatura, jaką jest CMS (Compact Muon Solenoid), działa poprawnie. W konstruowaniu tego zestawu detektorów, który wielkością przypomina kamienicę, brali udział warszawscy fizycy. Pomogli oni zrobić unikatowy system selekcjonujący zarejestrowane zjawiska, tak aby zapisywać dane tylko o najciekawszych. To bardzo istotne, bo z jednej strony naukowcy nie mogą pozwolić sobie na zarejestrowanie wszystkich pomiarów - z drugiej muszą mieć pewność, że nie przepadnie nic ważnego.
- Docelowo wiązki cząstek wewnątrz detektora CMS będą się przecinały 40 milionów razy na sekundę, a podczas każdego przecięcia dojdzie do 20-30 zderzeń. Ponieważ opis każdego zderzenia zajmuje około megabajta danych, przechowanie i przeanalizowanie tak gigantycznej ilości informacji nie byłoby możliwe. Większości przypadkom towarzyszą procesy doskonale znane fizykom, można więc było opracować system, który z każdych kilkudziesięciu tysięcy zdarzeń potrafi wyłowić jedno lub dwa warte zapisania - tłumaczy Pawłowski.
- W miarę jak akcelerator LHC startuje, obserwujemy rzeczy, które są znane fizykom od dobrych dziesiątków lat. Obserwując te zjawiska, potwierdzamy, że nasze urządzenia działają tak, jak powinny - powiedział fizyk w CERN, dr Piotr Traczyk. Ocenił, że zarejestrowanie mionu przez aparaturę pomiarową nie jest dla fizyków odkryciem, ale na pewno sukcesem.
- To, że w ubiegłym tygodniu zobaczyliśmy pierwszy mion w części detektora, to jest dla nas sukces. Ta część detektora - to układ konkretnie nakierowany na obserwację mionów. Został on zaprojektowany i wykonany przy współpracy fizyków warszawskich. To, że ten mion został zarejestrowany przez układ to znak dla nas, że działa on tak, jak powinien. Oznacza to, że ten układ jest przygotowany do dalszej pracy, robienia odkryć i patrzenia na coś, czego być może nie znamy - podkreślił Traczyk.
Wielki Zderzacz Hadronów
Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider - LHC) to kołowy akcelerator cząstek elementarnych, znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Obecne eksperymenty z udziałem akceleratora rozpoczęto w listopadzie, po przerwie spowodowanej awarią, której LHC uległ we wrześniu 2008 roku po zaledwie 9 dniach działania. Przy użyciu akceleratora naukowcy chcą m.in symulować warunki, które istniały we wszechświecie w niewyobrażalnie małym ułamku sekundy "dziesięć do minus 25 sekundy" po Wielkim Wybuchu. Badacze chcą też sprawdzić słuszność teorii o istnieniu tzw. cząstki Higgsa, której oddziaływania z innymi cząstkami miałyby wpływać na ich masę. Inne cele badawcze dotyczą m.in lepszego poznania dodatkowych wymiarów, zrozumienie asymetrii pomiędzy materią i antymaterią, a także lepsze zbadanie nowego stanu skupienia - plazmy kwarkowo-gluonowej.
LHC znajduje się w specjalnym kolistym tunelu umieszczonym 100 metrów pod ziemią. W 27-kilometrowej rurze za pomocą fal radiowych przyspieszane są dwie przeciwbieżne wiązki cząstek elementarnych (przeważnie protonów). Osiągają one niemal prędkość światła, a następnie zderzają się ze sobą, a w wyniku tego tworzą się inne cząstki. Do ich obserwacji służą (oprócz CMS) jeszcze trzy inne kompleksy detektorów, rozmieszczone na obwodzie akceleratora.