Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 46 – vyšlo 4. prosince, ročník 7 (2009) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

46/2009

Perfektní příprava se vyplatila: První výsledky z obřího urychlovače LHC

Michal Šumbera, Petr Závada, Vojtěch Petráček

Tisková zpráva AV ČR, 30. 11. 2009

Vědci z ALICE měli tentokrát štěstí. Dne 23. listopadu 2009, při první fázi spouštění obřího urychlovače částic LHC Evropské laboratoře jaderného výzkumu CERN v Ženevě, se jim podařilo ve vnitřním dráhovém detektoru stop (ITS) zaznamenat stopy částic vznikajících ve srážkách dvou proti sobě letících protonů. Pouhých 284 případů protonových srážek získaných při neplánovaném měření během 40 minutového ladění svazků urychlovače jim poskytlo unikátní data k sepsání první vědecké publikace. Experiment ALICE, kterého se již od počátku 90. let účastní i čeští vědci, tak odstartoval novou etapu částicové a jaderné fyziky – studium vlastností hmoty při nejvyšších laboratorně dosažených energiích. Tuto kapitolu spolu s fyziky z ALICE již zanedlouho začnou psát i jejich kolegové účastnící se experimentů ATLAS, CMS, LHCb a TOTEM na témže urychlovači.

Detektor ALICE a jeho součásti.

CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří detekce polních částic slabé interakce, příprava antivodíku a vytvoření kvarkového-gluonového plazmatu, pralátky, z níž vznikal vesmír. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web. LHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015. ALICE – A Large Ion Collider Experiment. Experiment, jehož součástí je vybudování specializovaného detektoru těžkých iontů pro odhalení unikátních fyzikálních vlastností interakcí jádro-jádro při energiích, které dokáže iontům dodat urychlovač Large Hadron Collider. ATLAS – A Toroidal LHC ApparatuS, detektor pro urychlovač LHC s hmotností 7 000 tun umístěný 100 metrů pod zemí. Jde o multifunkční detektor, který je mj. schopen detekovat Higgsovy bosony. Délka zařízení je 44 metrů, magnetické pole cívky vychylující nabité částice 2 T. CMS – Compact Muon Solenoid. Víceúčelový detektor vybudovaný v CERN pro urychlovač LHC, vážící 12 500 tun, který je schopen mj. detekovat Higgsovy částice. LHCb – Large Hadron Collider beauty, multifunkční detektor pro LHC, na kterém je sledováno narušení CP symetrie a jsou zkoumány hadrony obsahující kvark b. TOTEM – Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation. Detektor pro LHC sdílející stanoviště s detektorem CMS.

Obrovská radost vědců z uskutečnění prvních protonových srážek v urychlovači LHC v CERN byla po necelém týdnu znásobena novou převratnou událostí: v pondělí 30. listopadu velmi brzy ráno dosáhly oba obíhající svazky protonů energie 1,18 TeV, čímž se stal LHC urychlovačem s dosud největší dosaženou energií. I tato energie je ale jen prvním krokem k dosažení maximální plánované energie, která bude pro protony ještě o řád vyšší.

Poprvé prolétly svazky protonů sedmadvacetikilometrovým tunelem největšího urychlovače na světě v září loňského roku. Prodleva mezi prvním průletem svazků a jejich nynějším pohybem v obou směrech současně byla způsobena závadou urychlovače, při které 19. září 2008 uniklo do tunelu LHC na jednom ze sektorů značné množství tekutého hélia. Následná úprava urychlovače LHC (při níž bylo m.j. protaženo 250 km nových kabelů) mající za cíl zabránit v budoucnu opakování podobné havárie zabrala včetně ohřátí a zpětného ochlazení supravodivých magnetů na teplotu –271,3 °C bezmála 14 měsíců.

Hlavní detektory na LHC.

Během té doby však experimentátoři z ALICE nezaháleli a důkladně se připravovali na obnovení provozu LHC a na první srážky. Dne 23. listopadu 2009 odpoledne se dočkali prvních dat a již 28. listopadu večer tak mohli odeslat své první výsledky do časopisu European Journal of Physics C - Particles and Fields. Taková pozoruhodná rychlost by bezpochyby nebyla možná bez dokonalé znalosti celé měřící aparatury – složitého a komplexního detektoru ALICE – jakož i bez nesčetného počtu simulací podmínek měření. Dvacet let budování detektoru a příprav k měření tak bylo završeno prvním zaslouženým úspěchem.

Experiment, jehož název je zkratkou z A Large Ion Collider Experiment, se již od počátku 90. let připravuje v Evropské laboratoři jaderného výzkumu CERN v Ženevě. Postupně se do něj zapojilo více než 1 000 vědců z téměř 100 institucí ze 30 zemí světa včetně dvou akademických (ÚJF AV ČR, v. v. i., a FZÚ AV ČR, v. v. i.) a jednoho univerzitního (FJFI ČVUT) pracoviště z ČR. ALICE se zabývá studiem vlastností hmoty při teplotách a hustotách, které panovaly ve vesmíru pouhých několik mikrosekund po Velkém třesku. Tyto extrémní stavy hmoty lze byť na velmi krátkou dobu a v mnohem menším objemu vytvořit i v laboratorních podmínkách. Je to možné pomocí srážek těžkých jader, které se pohybují rychlostmi blízkými rychlosti světla. V současné době probíhá několik takových experimentů na „srážeči relativistických těžkých iontů“ RHIC v Brookhavenské národní laboratoři v USA nedaleko New Yorku. Podstatně lepší podmínky pro laboratorní studium horké a husté hmoty budou již zanedlouho mít k dispozici právě účastníci experimentu ALICE v laboratoři CERN. Tam by měly na podzim příštího roku být vystřídány srážky protonů jadernými srážkami při energiích třicetkrát větších, nežli má doposud rekord držící urychlovač RHIC. Kromě očekávaných nových poznatků o podstatě hmoty nejsou vyloučena mnohá překvapení. Urychlovač LHC bude dokořán otevřeným oknem do neprobádaných hlubin mikrosvěta.

Komplex urychlovačů ve středisku CERN.

K dalšímu čtení