A szokatlan tudományos hévvel keresett elemi részecskét az angol Peter Higgs jósolta meg 1964-ben, és azóta a részecskegyorsítók tökéletesítésének fő célja egy olyan műszer készítése, amellyel bemérhető ez a rejtőzködő elem. De miért is fontos ez nekünk, és mi is ez tulajdonképpen? Közismert, hogy az atomok protonokból, neutronokból és elektronokból épülnek fel, de ezeknek is vannak alkotóelemeik. A proton és a neutron kvarkokból áll; a leptonok szintén elemi részecskék, közéjük tartozik az elektron; ezenkívül mindegyik részecskének megvan az antipárja. Ezek között a kölcsönhatásokat a bozonok – egyikük a fényt alkotó foton – közvetítik.

Az adatközpont látványterve. Az egykori KFKI területén épül fel.

E kölcsönhatásokat és tulajdonképpen az anyagok létezését írja le a standard modell, amelynek egyenletei csak akkor működnek, ha létezik a közvetítő bozonok közé sorolt Higgs, avagy isteni részecske. Ha tehát nincs ilyen részecske, a képletek sem működnek. De ennél még fontosabb, hogy a többi részecske tömege az elmélet szerint mind a keresett elemnek köszönhető: az elmélet szerint a Higgs-mező egyenletesen tölti ki a vákuumot, és a részecskék ebben a mezőben a Higgs-bozonnak köszönhetően nyerhetnek tömeget. Az ősrobbanás elmélete szerint is ez a parányi elem felelős azért, hogy a semmiből végül is lett valami. Bemérni azért nehézkes, mert létrejötte után azonnal szét is bomlik. A kutatás célja tehát az atomi fizika eddig elfogadott elméleteinek bizonyítása.<#zaras_figyelo#>

Az atomokat alkotó részecskéket úgy tudják megfigyelni, hogy összeütköztetik őket, és a karambol során azok darabjaikra szakadnak. Immár fél évszázada tart a vadászat, és ehhez egyre nagyobb eszközöket készítenek. A genfi Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) 1954 óta foglalkozik a parányi részecskék ütköztetésével, és keresik a bizonyítékokat az elméleti fizikai törvényekre. A részecskegyorsító 27 kilométeres, föld alatti, kör alakú pályáját vadonatúj, tömbháznyi méretű műszerekkel látták el 2008-ban, azóta Large Hadron Collider-nek (LHC), azaz Nagy Hadronütköztetőnek hívják. Ez a világ legnagyobb energiájú ilyen berendezése, a korábbi amerikai csúcstartónál hétszer nagyobb, 7 TeV energiával ütközteti a parányi elemeket. A Higgs-részecskék fülön csípéséhez a számítások szerint ilyen irtózatosan felgyorsított, közel fénysebességű részecskék ütköztetése szükséges.

A csillebérci gépterem fantáziarajza. Szerverek 1100 négyzetméteren.

Az LHC-ben a hatból két, több ezer tonnás mérőműszert, az ATLAS-t és a CMS-t is a Higgs-bozon keresésére építették. A több ezer kutató között számos magyar is van, hazánk teljes jogú tagja a CERN-nek. Horváth Dezső, az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatója például a CMS detektorán dolgozik, jelenleg éppen a Higgs-bozon kutatása keretében. Mint elmondta, már nagyon közel járnak a célhoz, hiszen egy márciusban publikált elemzés már leszűkítette a 116–127 GeV közti tartományra a részecske helyét. A modellek szerint az idén a másfélszerese összejön annak az adatmennyiségnek, amely a Higgs-bozon megtalálásához szükséges. Ám a statisztikai módszerek miatt a műszerek hibahatárának ötszörös valószínűséggel kell kimutatni az elemeket, így az is előfordulhat, hogy az adatok alapján sem megerősíteni, sem cáfolni nem lehet a részecske létét. Egyelőre azonban minden jel arra mutat, hogy 2012 végére elegendő adatunk gyűlik össze, hogy megtaláljuk az előlünk igencsak rejtőzködő részecskét – mondta el a Figyelőnek Horváth Dezső. Biztató az is, hogy a vizsgált energiatartományban érdekes jelenségeket észlelnek, ami az elméletet támasztja alá.

A kísérletek eredményeit nem lehet egy képernyőről leolvasni, hanem az óriási mennyiségű információt rendszerezni és feldolgozni kell, ezután tudják a tudósok statisztikai és matematikai modellekkel azt értelmezni. A genfi központban ez reménytelenül nagy munka lenne, a másodpercenkénti 20-40 millió ütközésből is csak kétszáz adatait tudják eltárolni, és ezeket még fel is kellene dolgozni. Ezért egy elképesztően gyors számítógépes hálózatot hoztak létre, amelyhez mára 200 ezer számítógép csatlakozik, 150 petabyte tárhellyel – ez háromezerszerese a YouTube adatmennyiségének. Másodpercenként 10 gigabites optikai hálózaton csatlakozik a genfi központhoz 11 számítóközpont. Eddig csak ezek által, a második szinten csatlakoztak magyar gépek a rendszerhez. Egy új beruházásnak köszönhetően az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpontban múlt pénteken átadták a CERN@WIGNER-t; ez a világ legnagyobb szuperszámítógépe lesz, amely a genfi tudósoknak dolgozik. Ezzel a hazai kutatók még több szerepet vállalhatnak az óriásprojektben. A magyar központ 30 pályázó közül nyerte el a megbízást, amelynek révén 2012 végéig közel 40 milliárd forintból Csillebércen épül fel a WIGNER Adatközpont. Az összegből 8,5 milliárd forintot a kormány áll.

Az új vizsgálatok révén számos „mellékes felfedezés” is keletkezhet, amely új eljárásokat, innovatív cégeket és iparágakat indíthat útjára. Például az egészségügyben, a rákgyógyítástól kezdve az orvosi képalkotásig, vagy akár az egyelőre kezelhetetlen problémát jelentő atomhulladék ártalmatlanításában. Már 1897-ben az elektron felfedezéséhez Joseph John Thomson katódsugárcsöveket használt, aminek a televíziót köszönhettük. Az atom megértése során a kvantumrészecskék felfedezése okozott óriási áttörést a 20-as években, ennek a lézert és az elektronikai ipar alapját, a tranzisztorokat köszönhetjük. A következő évtizedben Amerikában megépült az első részecskegyorsító, s a nagy sebességre felpörgetett neutronok, protonok és elektronok segítségével a rákgyógyításban használatos radioaktív izotópokat állítottak elő. A fejlett orvosi képalkotás a gyógyászatot forradalmasította; elsőként a CT (komputertomográfia), majd az MRI (mágneses magrezonanciás képalkotás) és a PET (pozitronemissziós tomográfia) is az egyre kisebb elemek keresésének köszönhető. És bár az internet alapját az amerikai hadseregben alkották meg, kevéssé ismert, hogy a tartalmak egyszerű és összekapcsolt megjelenítését lehetővé tevő World Wide Webet is a CERN-nek köszönhetjük. További új felfedezéseket eredményezhet az is, hogy 2013 elején 7-ről 13 GeV-ra növelik a teljesítményt, és egy még érdekesebb terület, a szuperszimmetria kutatására fókuszálnak majd.

Kapcsolódó cikkek