„Navigare necesse est…”

Pompeius i.e. I. évszázad

Igazság szerint a teljes idézet valahogy úgy szól, hogy: „Navigare necesse est, vivere non est necesse” vagyis „Hajózni kell, élni nem”, de leginkább az első felére szoktunk hivatkozni akkor, amikor hangsúlyozni szeretnénk az utazás fontosságát.

Valóban utazni kell, mert az úton tágul a horizontunk, és még barátokra is lelhetünk. Ez történt velem is abban a nyolc napban, melynek során részt vehettem a HTP2010 program keretében az Eötvös Loránd Fizikai Társulat szervezte fizikatanár továbbképzésen a CERN-ben.

Mi is a CERN? Ha a hivatalos választ keressük, akkor mindenkinek ajánlom, nézze meg az alábbi blogon http://cernblog.wordpress.com/ vagy akár a hivatalos weblapon: http://public.web.cern.ch/public/.

Amikor gimnazista koromban, még a hetvenes évek elején, megkérdezte tőlem egyszer az iskolapszihológusunk, mi leszek, ha nagy leszek, azt feleltem, atomfizikus, és a CERN-be megyek dolgozni. Akkor még – én kis naiv – nem tudtam, hogy Romániából nem olyan egyszerű kijutni nyugatra kutatni. Teltek- múltak az évek, és fizikatanár lettem, majd ’89 után a határok is kezdtek megnyílni. Végül is 2010-ben valósulhatott meg az, hogy bepillanthattam a részecskekutatás frontvonalán dolgozók mindennapjaiba. Ezt a beszámolót most úgy írom meg, mintha a 37 évvel ezelőtti önmagamnak mesélnék.

Mi tehát a CERN?

1. Nyitott kapuk világa. Egy olyan hely, ahol a kutatók nyitott ajtók mellett dolgoznak, és ahol nemhogy tiltanák a fotózást, de egyenesen kötelező. Nincs fegyveres őr, és röntgenátvilágító kapu, testi motozás és firtató kérdések. Sajnos, a mai terror fenyegette világban el is felejtettük, hogy így is lehet.

Persze mi is bonyolult beléptető rendszeren jutottunk le 92 m mélyre, az egyik mérőműszer, a CMS belsejébe, de ennek oka nem a félelem, hanem a féltés, nehogy valami bajunk történjen, nehogy véletlenül valaki lent ragadjon a működő berendezésben. A műszer maga egy hatalmas mágnesben elhelyezett érzékelő rendszerek sokasága. Neve a Compakt Müon Szolenoid betűszóból származik, és a maga 12 000 tonnájával a második legnehezebb mérőműszere az LHC – ben végzett kísérleteknek.

Miért került a föld alá? Nos, mert az ingyen van. Képzeljük el, hogy egy 27 km kerületű, majdnem kör alakú telket kellene megvásárolni a svájci – francia határon, Genftől északra, ha azt szeretnénk, hogy a kísérleteket kiszolgáló gyorsítót üzemeltethessük.

2. Egy szolgáltató ipari-kutatói együttes. Genf városa 1953 - ban ingyen bocsátott a projekt rendelkezésére egy földterületet a francia határ közelében. Ez lett a legjobb befektetésük az évek folyamán, pedig a városban sok nemzetközi szervezet, bank és óragyár is működik. Azóta túlnőttek a határon, és maga az intézet a határ mindkét oldalán fenntart kampuszokat, kísérleti telepeket.  

Volt, hogy napjában többször étléptük a határt, hiszen szállásunk a svájci, míg előadásaink a francia oldalon voltak. Ma, mivel Svájc is csatlakozott a schengeni egyezményhez, problémamentes ez az ingázás. Régebben ezt úgy oldották meg, hogy az intézet dolgozói egy hátsó kapun jártak ki és be, ami már a francia oldalra esett, és így nem kellett a határon várakozniuk. Azt mondtam, szolgáltató rendszer. Ennek értelmében maga az intézet rendelkezésre bocsátja a laborokat, magát a hatalmas LHC-nak nevezett gyorsítót, és az azt működtető infrastruktúrát a mérnököktől kezdve az informatikai központokon keresztül a legutolsó takarítóig. Több mint kétezer alkalmazottjuk van!!!

A kísérleteket a részt vevő országok fizikusai állítják össze, és a műszereket ők tervezik meg, építik meg, üzemeltetik. A rávaló pénzt pedig pályázatokon kell előteremteni.

3. Az információ szabad áramlásának élharcosa. Sokan használják, de kevesen tudják, hogy a www nem amerikai találmány, bár maga az Internet onnan indult. Azt a felületet, amit ma web-nek nevezünk, a CERN egyik informatikusa (Tim Berners-Lee) találta ki 1989-ben, és robbanásszerűen elterjedt az egész világon, behálózva azt, és összekapcsolva az embereket. Nem lett szabadalom, és így egy fillérjébe sem kerül senkinek, de nem is hoz hasznot a kitaláló intézetnek.

A kutatási eredményeket ma is publikálják. Ingyen és bérmentve áll mindenkinek a rendelkezésére. Nem a mérési adatokat teszik közzé. Ezek csak a kutatásban részt vevő, azt finanszírozó országok kutatóinak állnak a rendelkezésére. Az adatokat összetett informatikai rendszerek észlelik, rögzítik, tárolják, elemzik és védik.

Csak egy példa: ezelőtt egy fél évszázaddal két részecske ütközéséről készítettek egy fotót, majd azt órákon át elemezgették, számítgatták a röppályákat, a tömegeket, stb. Ma nem egy fotó készül, hanem milliónyi észlelés, és egy ütközésről GB (gigabájt) nagyságrendű adat keletkezik. Megfelelő program és számítási kapacitás nélkül ez az irdatlan mennyiségű adat feldolgozhatatlan lenne.

Évente ezernyi fizikatanárt fogadnak szerte a világból, lehetővé téve számukra, hogy megismerhessék az intézet munkáját, bekukkantsanak olyan laborokba, amelyekben a lehetetlen határait feszegetik. Mindez természetesen nem öncélú, hiszen mi vagyunk azok, akik képesek vagyunk „megrontani” a jövő ifjúságát, azaz rávezetni őket, hogy érdemes a természettudományokkal foglalkozni.

Negyven magyarországi fizikatanár a cerni Globe előtt.

4. Barátságos és segítőkész emberek sokasága. Már a megérkezéskor Mick Storr mosolya fogadott minket, és magyar kutatók, akik bár egész héten át dolgoztak, mégis szabad idejükben előadásokat tartottak számunkra, kalauzoltak minket. Rengeteget kérdeztünk tőlük, és ők igyekeztek legjobb tudásuk szerint felkészülten megválaszolni néha bugyuta, máskor igen-igen izzasztó kérdéseinket.

Csakis a köszönet és hála szavaival tudok róluk szólni. Említhetném ugyanakkor a CERN vezérigazgatóját is, aki zsúfolt napirendjében szakított ránk időt, hogy meghallgasson, és kérdéseinkre legjobb tudása szerint válaszoljon. Tette mindezt a maga természetes, közvetlen módján. De az éttermi kiszolgáló személyzet is igyekezett mosolyogva segíteni és hibáinkat kijavítani.

Az intézetben alapjáraton két nyelven kell beszélni: franciául a mindennapokban a mérnökökkel, technikusokkal, hisz jórészt helybéliek (Genf Svájcnak a francia nyelvterületén fekszik), valamint angolul a fizikusokkal. Tetszik – nem tetszik, az angol lett a fizika számára a „lingua franca”. Még szerencse, hogy Mick, angol létére nem tépte a haját néha rettenetes „hortobágyi inglish” kiejtésünket hallva.

Emberekről lévén szó, itt említem meg a nyelvek és bőrszínek kavalkádját, amely bennünket fogadott. Nyáron, amikor az egyetemeken szünet van, a CERN gőzerővel dolgozik, hiszen rengeteg kutató látogatója csak ilyenkor ér rá. Eredetileg európai együttműködésként indult, hogy megállítsa Amerika agyelszívó hatását. Ez az évtizedek során kibővült, társult tagok és új belépők gazdagítják ma a palettát. Dr. Horváth Dezső professzor is, aki anyánk helyett is apánkként, mint kotlós a csibéit, úgy kalauzolt bennünket, évente két hónapot tölt kint, majd Budapesten a KFKI-ban folytatja munkáját.

5. Mi nem a CERN? Nos, nem egy olyan hely, ahol veszélyes kísérleteket folytatnak és „fekete lyuk” segítségével elnyeletik a Földet a nagy semmiben. Innen nem lehet egy bőröndnyi antianyagot kivinni, hogy belőle szuperbombát készítsenek. Valóban épp Dezsőék kísérleteznek antianyag előállításával, sikerült is pár tízezer antiprotont előállítaniuk, de ezeket hatalmas és különleges mágneses terek tartják fogva, és csak tizedmásodpercekig maradnak életben.

A kutatások egyik modellje szerint valóban előfordulhatnak mikro méretekben fekete lyukak, de ezek rendkívül instabilak, és szinte rögtön szétesnek. A „sötét anyag” és úgynevezett „sötét energia” sem a Csillagok Háborúja című filmből megismert „sötét oldal”, azaz az Egyetemes Rossz, a Gonosz; hanem a sötét jelző mindössze azt jelenti: eddigi eszközeink és technikánk számára megfigyelhetetlen. 

Mivel és mit kutatnak?

1. Az LHC. Talán a leghíresebb, hírhedtebb eszköze a CERN-nek. Ez is egy betűszó, mint megannyi más, amivel néven nevezik eszközeiket az ott kutató fizikusok. Ez egy hatalmas részecskegyorsító, amely protonokat képes igen nagy energiára felgyorsítani. A köztudatba a 2008 szeptemberében bekövetkezett meghibásodás miatt került.

Rolf Heuer, az intézet főigazgatója mesélte, hogy a javításban és helyreállításban még a nagy konkurens, a Fermilab (http://www.fnal.gov/) is segített. Úgy fogalmazott, hogy a verseny nagyon fontos. Ha nem lenne verseny, a kutatás meghalna, ugyanakkor szükség van együttműködésre is. Versengő együttműködés és együttműködő versenyzés, ez a tudományos kutatás útja. 

Mekkora is ez az energia? 7 TeV, a hétköznapi ember számára semmit sem mond. Megpróbálom mégis érzékeltetni: a proton nyugalmi energiája 938 MeV, durván 1 GeV, tehát a Terra elektron Volt ezerszerese a proton nyugalmi tömegének. Ezt a fénysebességhez közeli sebességen éri el. Több mint négyszerese a 235-ös U nyugalmi energiájának.

Ezeket a protonokat (sok tízezret egy nyalábban) felgyorsítják, majd egymással szembefordítva a nyalábokat, kis szög alatt ütköztetik. Dezső magyarázata szerint, ha két proton ütközik, akkor az olyan, mintha két túrógombócot egymáshoz csapnánk, és a széthulló darabokat mazsoláznánk ki.

Ez valahogy olyan számomra, mintha egy őrült órásmester úgy próbálná megérteni a zsebórám működését, hogy egy üllőre teszi, majd vesz egy hatalmas kalapácsot. Ráüt, és a szerteszét repülő darabkákat megfigyelve elképzeli, hogyan is működött az órám, amikor rendesen a zsebemben volt.

2. A detektorok. Az előzőekben ismertetett gyorsító csak előállítja a részecskenyalábot. Az ütköztetést külön kísérletekben folytatják le, ezek is a föld alá vannak telepítve, de mindegyik mást mér és észlel. Ilyen a CMS, melynek belsejében voltunk. Más kísérletek nevei ATLAS, ALICE, TOTEM. Ezekben céldetektorok mérik a részecskék típusát, pályáját, tömegét, töltését, energiáját. Az egyik legérdekesebb kísérlet melyben cerni vezetőnk, Dezső is részt vesz, az ASACUSA http://asacusa.web.cern.ch/ASACUSA/ (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) nevet viseli.

Kérésünkre elmagyarázta, hogy az európaiak találták ki ezt a meglehetősen bonyolult nevet, hogy így fejezzék ki hálájukat a japánok iránt, akik oroszlánrészt vállaltak ennek a kísérletnek a finanszírozásában.

3. Célok. Legfontosabb céljaik közé tartozik az úgynevezett Standard Modell http://www.termeszetvilaga.hu/kulonsz/k003/modell.html igazolása, és az általa megjósolt Higgs bozon kimutatása. Céljuk olyan nagy energiák és anyagállapotok elérése, amelyek segítségével jobban megérthetjük azt az állapotot, amelyben volt az anyag 14 milliárd évvel ezelőtt.

Méréseink egyikében, a Radon koncentráció változását követtük.

Sokszor, sokan felteszik a kérdést: mire is jó ez az egész? Minek annyi pénzt költeni ilyen alapkutatásra, mikor emberek százmilliói éheznek? A válaszom erre a következő: nem az a fontos, hogy megtalálják-e a Higgs bozont vagy sem, hanem maga a keresés, mert élezi az elmét, és mert a szinte mellékesen történt felfedezések már eddig is alapjaiban megváltoztatták környező világunkat:

- gondoljunk csak az orvosi diagnosztika új módszereire és eszközeire, valamint a www óriási, egész Földünket átszövő pókhálójára. A berendezések működtetéséhez szükséges nagyon alacsony hőmérséklet 1 K –el alacsonyabb, mint a világűr hőmérséklete, olyan anyagokat és technológiákat követel meg, amelyeknek az űrkutatás veszi hasznát.

- a kísérleteknél keletkező hatalmas mennyiségű információt idejében észlelni, rögzíteni, majd feldolgozni kell. Ezt nem lehet a 30 évvel ezelőtti „fapados” módszerekkel, ehhez számítógépek százezrei kellenek. Ennyi erőforrást egy helyre felhalmozni értelmetlen, így is a CERN-ben található számítástechnikai kapacitás 2 MW elektromos teljesítményt igényel, és ehhez 2,5 MW-nyi hűtőteljesítmény szükséges. Ennek megoldására született meg a GRID (http://hu.wikipedia.org/wiki/Grid_computing), mely lehetővé teszi, hogy számítógépeket rendszerbe kötve, azok tárkapacitását és szabad CPU kapacitását kihasználják. Gondoljunk csak az egyik leghétköznapibb használatra, a torrentezésre. 

Az út

Utunkat kellemes körülmények között, egy kényelmes légkondis buszban tettük meg. Ha jó a társaság, akkor minden jó, és gyorsan telik az idő. Az első perctől kezdve gyorsan egymásra hangolódott a társaság, amin nem is lehet nagyon csodálkozni, hiszen azonos érdeklődésűek lévén, közös gondok és örömök tarkítják életünket.

Első nap este Münchenben megálltunk, és maradt pár óránk a belvárosban sétálni egyet. A híres Hofbräu sörházban csak szemlélhettük a bajor szokásokat, de szombat este lévén teltház volt.

Egy pihentető alvás után másnap csak annyi időre szakítottuk meg az utunkat, hogy a Rajna vízesését megcsodáljuk. Hatalmas víztömegével rendkívül lenyűgöző.  

Innen már Svájcban folytattuk utunkat, és a Genfi- tavat elérve, Lausanne környékén egy hatalmas zivatarba keveredtünk. Az azt követő szivárvány azonban kárpótolt mindenkit. Estére szerencsésen megérkeztünk Genfbe, a CERN területére, ahol már vacsorával vártak bennünket.

Hazajövetelünk sem volt kalandoktól mentes, hiszen a terveink szerinti mérések egyike a hegyen, az Aiguille du Midi csúcsán, 3.800 m magasra lett tervezve. Egész héten szurkoltunk, hogy jó idő legyen. Reggel Genfből még ködös időben indultunk, de már Chamonix-ban hétágra sütött a nap. Irány a hegy! Persze ez sem ment egyszerűen, a szép idő a környék összes turistáját odacsalogatta, és másfél órát álltunk sorba, hogy a felvonókba beszállhassunk.  

A fenti csodálatos panoráma azonban megérte. Méréseink sikeresek voltak, és a 88 °C-on felforrt vízből gyorsan egy levest kevertem, és azzal kínáltam meg segítőimet. Itt értettem meg alaposabban a gleccserképződést, a függőleges vetődést, azt, hogy mit is jelent a kristályos gránit.

Este hétkor indultunk haza, és egy végigbuszozott éjszaka után, testileg kissé összetörve, de energiákkal telve kezdek neki az új tanévnek. 

Zárszó helyett

1. Mit tanítok ezután másként? Időhiány miatt sokszor el sem jutunk oda, hogy részecskefizikát tanítsunk, vagy ha igen, akkor „összecsapjuk, mint pap a misét”. Ezen fogok legelébb is változtatni, ha kell, a „klasszikus”-nak nevezhető tananyagrészek rovására is, de többet fogok beszélni és mutatni mindabból, amit láttam, hallottam. Fel fogom természetesen használni azokat a prezentációkat, melyeket a továbbképzés során a kollégák bemutattak.

Célom nem is annyira a részecskefizika- kutatók nemzedékeinek a kinevelése, sokkal inkább az, hogy felkeltsem az érdeklődést a gyerekekben a kutatás, a felfedezés izgalmassága, a határok feszegetése iránt. Ami pedig a Wilson- féle ködkamrát illeti, számomra meghatározó élmény volt, hogy végre saját szememmel láthattam az alfa részecske nyomát. Megvallom, eleinte a szemüvegem miatt nem vettem őket észre, majd levéve kézzel (vagy inkább szemmel) foghatóvá vált az elemi részecskék világa. Éppen ezért fizikatanár kollégáimmal összefogva nekilátok, hogy építsek egyet. Biztos vagyok benne, hogy a gyerekek számára ugyanilyen élmény lesz.

2. Hogyan adom tovább ezt a tudást? Természetesen tanóráimon. Még ha nem is pont erről szól majd a tananyag, akkor is beleszövöm a mondandómba azt, amit láttam, tapasztaltam, mértem és mértünk. Informatika órán pedig eldicsekedhetek majd azzal, hogy láttam a világon legelsőként működő web szervert.

Ennek a beszámolónak előre megfontolt szándékkal választottam ilyen egyszerű nyelvezetet és formát, mert szerte a világban lévő tanítványaimnak és barátaimnak el fogom küldeni. Eljuttatom majd volt egyetemi társaimnak, és bárkinek, aki igényt tart rá.

Szerkesztett és rövidített formájában eljuttatom szülővárosom, Nagyszalonta újságjához, ahol reményeim szerint leközlik. Hiszen nem mindennapi dolog az, hogy egy egyszerű, hétköznapi gyalogtanár eljusson oda, ahol voltam. 

Végezetül szeretnék köszönetet mondani az EÖTVÖS LORÁND FIZIKAI TÁRSULAT – nak, a CERN – nek és az ott dolgozó kutatóknak, valamint Dr. Sükösd Csaba és Dr. Jarosievitz Beáta szervezőknek, és valamennyi közreműködőnek, akik támogatták, segítették és szervezték utunkat a HTP2010 projektet.

Az általam készített képekből, válogatás található az alábbi linken http://picasaweb.google.hu/pal.fekete/HTP2010CERN02#

Pápa 2010-08-26

Fekete Pál Péter

okleveles fizikus, fizika és informatika szakos tanár 

A beszámoló 2010 szeptember 4-én hangzott el a fizika előadóban.

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.