Miért építenek a fizikusok részecskegyorsítókat és miért kell, hogy ezek egyre nagyobbak és nagyobbak legyenek?

A részecskefizika arra a kérdésre keresi a választ, hogy miből épül fel az Univerzumot kitöltő anyag – méghozzá a lehető legkisebb méretskálán. A körülöttünk lévő makroszkópikus testekről látásunk szolgáltatja a legtöbb információt: a megvilágított tárgy atomjaival ütköző fotonok a szemünkbe jutva kialakítják a tárgy képét. Valami hasonló történik a részecskefizikai laboratóriumokban is: a céltárgyat részecskékkel bombázzák, melyek kölcsönhatásba kerülnek (“ütköznek”) a céltárgyat alkotó anyaggal, s a szóródó részecskék detektálásával képet kaphatunk arról, hogy miből áll az anyag és arról is, hogy milyen természetű kölcsönhatás kormányozza az ütközéseket. De míg a látható fény szórásával legfeljebb akkora nagyítás érhető el, hogy egy sejt méretű objektum még éppen kivehető legyen (ez a fénymikroszkóp felbontásának a határa), addig a gyorsítókban alkalmazott részecskenyalábok segítségével a szubatomi méretskála vizsgálható. Miért nem növelhető a fénymikroszkóp felbontása a szubatomi méretekig? Mert a fotonok energiája nem elég nagy ahhoz, hogy a kölcsönhatás során az elemi részek közelébe férkőzhessenek.

Másképpen fogalmazva, a látható fény hullámhossza túl nagy. A fény interferenciája miatt ugyanis a hullámhossz nagyságrendjébe eső távolságok a képen összefolynak, vagyis a tárgynak azok a pontjai, amelyek a fény hullámhosszánál közelebb esnek egymáshoz, már nem különíthetőek el. Ez a kritikus távolság, tehát a megvilágító sugárzás hullámhossza, ez esik éppen a sejtek méretének mikrométeres (10-6 m) nagyságrendjébe a látható fény esetében. A felbontás növeléséhez rövidebb hullámhosszú sugárzást kell használnunk. Mi jöhet szóba? A kvantumelmélet részecske-hullám dualitásának jegyében minden részecske sugárzás is egyúttal; annál rövidebb a sugárzás hullámhossza, minél nagyobb a részecske energiája (azaz minél gyorsabb a részecske – ha nem nulla a tömege). Tehát: minél nagyobb felbontásban akarjuk szemügyre venni az anyag szerkezetét, annál rövidebb hullámhosszú, vagyis annál nagyobb energiájú részecskékkel kell azt bombáznunk!

“Az Univerzum méterrúdja.” Hogyan detektáljuk a tárgyakat a méretskála különböző tartományaiban?

Az LHC március óta folyó kísérleteiben használt protonok energiája 1012-szer nagyobb, mint a látható fotonoké. Ilyen irtózatosan gyors, kvázi fénysebességű részecskéket produkáló részecskeforrás nem áll rendelkezésre, ezért kellenek a hatalmas részecskegyorsítók.

A nagy hadronütköztető 27 km kerületű gyorsítógyűrűje Geneva közelében

A következő napokban a gyorsító-fizika néhány alapfogalmáról írok majd, azoknak akik nem szakértői a témának, de van türelmük a részletekkel bíbelődni. Lesz szó az ICHEP 2010-ről (35th International Conference on High Energy Physics, 2010) és más aktualitásokról is!

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: