Előfizetés a lapra

Ismét lendületben a hadronok

A hét kutatója, CERN, CMS, élettelen természettudomány, fizika, hadron, Higgs-bozon, interjú, LHC, Standard modell

2015/09/24

Ismét beindult az LHC. A Higgs-bozon felfedezése után új lendülettel ütköztetik a hadronokat, hogy megoldást keressenek a sötét anyag problémájára és a világegyetem más nagy kérdéseire. Pásztor Gabriella fizikus eddig a CERN-ben dolgozott. Az MTA Lendület programjának nyerteseként ősztől az ELTE Fizikai Intézetében alakít kísérleti részecske- és magfizikai csoportot. Céljuk, hogy bekukkantsanak a részecskefizika Standard Modellje mögé, valamint tanulmányozzák az Ősrobbanás után néhány milliomod másodperccel az univerzumot betöltő sűrű és forró kvarkanyag tulajdonságait.

– Azért lett fizikus, hogy a világegyetem nagy kérdéseire keressen választ?

– A természettudományos érdeklődést a szüleimtől örököltem, de általános és középiskolai tanáraim is lelkesen ösztönöztek. Sok tanulmányi versenyen indultam, és bár a legnagyobb sikereimet kémiából értem el, a fizika ragadott meg leginkább és nyújtotta a legnagyobb kihívást. Így kerültem az ELTE fizikusszakára. A fizika, és különösen a részecskefizika valóban a legalapvetőbb kíváncsiságunkat próbálja kielégíteni. Miből épül fel a világ? Milyen erők, milyen törvényszerűségek irányítják? Hogyan fejlődött a világegyetem? Mindig lenyűgöz, hogy az elképzelhetetlenül kicsi objektumokat vizsgálva ezekre a nagy kérdésekre kaphatunk választ.

– Akkor aligha kerülhetett jobb helyre, mint a CERN.

– Így van. Harmadév után a barátommal – aki azóta a férjem lett – a CERN nyári diákprogramja keretében két hónapot tölthettünk Európa legnagyobb részecskefizikai laboratóriumában. A diplomámat és a doktori értekezésemet is a CERN akkori legnagyobb gyorsítójának, a Nagy Elektron-Pozitron ütköztetőnek az OPAL nevű kísérletében készítettem el, ahol új részecskék – köztük a Higgs-bozon – nyomait kerestem. Akkor már nagyban folyt az LHC tervezése és építése. Egyértelmű volt, hogy ez a jövő gyorsítója.

– Milyen kutatásokat végzett az LHC-n?

– Eleinte a CMS- (Kompakt Müon Szolenoid) detektor építésében vettem részt. A részecskefizikai gyorsítós kísérletekben a műszerek hagymahéjszerűen veszik körbe az ütközési pontot. A különböző detektorrétegek különböző részecskék észlelésére vannak optimalizálva. Én az elektromosan töltött részecskék pályáját mérő, belső szilícium-alapú félvezető nyomkövető detektor tervezésén, majd összeszerelésén dolgoztam.

 Egy nagy detektorrendszer tervezése, megépítése és beüzemelése hosszú időt vesz igénybe. Az LHC ötlete 1984-ben született meg, míg első proton-proton ütközési adatait csak 25 évvel később, 2009-ben gyűjtötte. Én magam nyolc évig vettem részt ebben a munkában, amely egészen más követelményeket és kihívásokat támasztott elém, mint diákéveim adatfeldolgozási munkái.

 A Standard Modell Higgs-bozonjának keresésekor kiválasztott proton-proton ütközési esemény, amely négy elektront tartalmaz. Az elektronok nyomát a belső félvezető detektorban zöld vonal jelzi, míg a kaloriméterben leadott energiáját a piros tornyocskák mutatják. A Higgs-bozon tömegét a négy elektron tömegének rekonstruálásával határozhatjuk meg, és ez a proton tömegének mintegy 130-szorosa.

A kísérleti részecskefizika egyik vonzó oldala, hogy változatos és sok diszciplínába ad betekintést, az elméleti fizikai számolásoktól a mérnöki jellegű munkáig, a számítógépes szimulációktól és adatfeldolgozástól a tanításig, nagy munkacsoportok koordinálásáig rengeteg feladatban kipróbálhatja az ember a képességeit.

 Az LHC indulása előtt, 2008-ban átmentem a rivális ATLAS kísérletébe. Itt újra bekapcsolódtam a Standard Modell ellenőrzésébe és új jelenségek keresésébe. Így lettem részese 2012-ben a Higgs-bozon felfedezésének. Ezzel diákéveim álma valóra vált.

 Az utóbbi két évben, az LHC működésének technikai szünetében, a kísérlet úgynevezett trigger-rendszerének az elektronok és fotonok gyors felismeréséért és kiválogatásáért felelős munkacsoportját vezettem. A nagy mennyiségű adat fogadása és rögzítése új nehézségeket hoz, melyek áthidalása szükségessé tette az adatgyűjtő rendszer átalakítását. Másodpercenként 40 millió ütközésből kell kiválogatnunk azt a párat, amelyben érdekes folyamatok játszódnak le, például hogy egy Higgs-bozon keletkezik. Ez igen fontos feladat, hiszen másodpercenként kevesebb mint ezer eseményt tudunk csak eltárolni, a többi örökre elveszik. Olyan ez, mint rengeteg értéktelen csiszolt üvegdarab között elrejtett ritka gyémántokat keresni egy futó pillantással. Ez a trigger-rendszer feladata.

– Végül is megtalálták a Higgs-bozont. Ezek után mit lehet még elérni az LHC-vel?

– Felfedeztük a Standard Modell utolsó hiányzó láncszemét, a Higgs-bozont, melynek létezése bizonyítékul szolgál arra, hogy az elemi részecskék a világunkban mindenhol jelenlevő Higgs-térrel kölcsönhatásba lépve kapják tömegüket. De még rengeteg megválaszolatlan kérdés van a részecskefizikában. Mi a világegyetem túlnyomó részét kitöltő sötét anyag és sötét energia, amelynek létezéséről kozmológiai megfigyelések tanúskodnak? Hogyan lehet összeegyeztetni a gravitációt az elemi részecskék viselkedését irányító elektromágneses, gyenge és erős nukleáris kölcsönhatásokkal? Szuperszimmetrikus-e a természet, vagy vannak-e további térbeli dimenziók? Ezek és hasonló kérdések indítanak arra, hogy a Standard Modell mögött megbújó mélyebb, alapvetőbb elmélet nyomait keressük az LHC adataiban: új részecskéket, új kölcsönhatásokat, új jelenségeket. Bár a Standard Modell nagy pontossággal leírja a laboratóriumban a nagy energiájú részecskeütközésekben észlelt jelenségeket, nem tud megoldást nyújtani számos problémára, így csupán egy effektív elméletként, azaz egy magasabb szintű elmélet közelítéseként tekintünk rá.

 Az LHC lehetőséget ad arra is, hogy extrém körülmények között vizsgáljuk az erős nukleáris kölcsönhatást. Tanulmányozhatjuk például annak a sűrű és forró kvarkanyagnak a tulajdonságait, amely az Ősrobbanás után néhány milliomod másodperccel betöltötte a korai Univerzumot. A magyar kutatók ezen a területen igen aktívak.

 – Hazatér a Lendület program keretében. Mi indította erre?

 – Több mint tizenöt évet töltöttem a CERN-ben, de már régóta hazavágytunk a férjemmel. Szeretnénk itthon felnevelni három gyermekünket, közel a családhoz, a régi barátokhoz. Amíg a Genfi Egyetemen tanítottam és kutattam, világossá vált, hogy egyetemi környezetben szeretnék dolgozni, diákokkal együttműködni, kutatói utánpótlást nevelni, és ha lehet, mindezt Magyarországon. Két éve merült fel az ötlet, amikor Veres Gábor kollégámmal ebédeltem a CERN-ben, hogy alakítsunk egy CMS-csoportot az ELTE Fizikai Intézetében. Nagy örömünkre az egyetem is mellénk állt.

 A CMS-detektor összeszerelés közben

A Fizikai Intézet különösen előkelő helyen szerepel az egyetemi ranglistákon. Ezért is meglepő és már diákként is sajnáltam, hogy nem volt a kitűnő elméleti részecskefizikai iskolával egyenrangú kísérleti csoport. Ezen szeretnénk most változtatni egyetemi kollégáimmal összefogva. A hivatalos csatlakozás a CMS-kísérlethez, amelyet a Lendület Program tesz lehetővé, egy fontos lépés ezen az úton.

 Az internet korában az LHC adatait már bárhonnan el lehet érni, fel lehet dolgozni. Magyarország kicsit kivételes helyzetben is van, hiszen az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban található a CERN kihelyezett adatközpontja. A videokonferenciák azt is lehetővé teszik, hogy egy budapesti irodából is aktív részesei lehessünk a nemzetközi CMS-megbeszéléseknek, szakmai vitáknak. Bár szeptembertől 1300 km választ majd el az LHC-től, mégis szerves részese maradhatok a kutatásoknak, és újabb magyar fiatalokat is bevonhatok. S ki tudja, talán részünk lesz hamarosan egy új felfedezésben is az LHC-n...

 TRUPKA ZOLTÁN

2015/29