WiZ3 034

Co nadaje cząstkom masę? Czy czasoprzestrzeń

ma więcej wymiarów niż cztery?

Czy przy dużych energiach następuje unifikacja oddziaływań i czy obejmuje ona grawitację? Na takie pytania odpowiemy dzięki akceleratorowi LHC, w którego budowie znaczący udział mieli polscy naukowcy.

5J MICHAŁ TURAŁA

0    zagadnieniach

technicznych związanych z LHC

1    znaczeniu tego

akceleratora dla rozwoju fizyki pisaliśmy w „WiŹ” 4/2008.

fizyka „ _LHC

W pod Genewą rusza Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider - LHC), a z nim seria eksperymentów, które prawdopodobnie pozwolą rozwikłać wiele zagadek mikro- i ma-kroświata. Zapewne najciekawsze będzie i tak odkrycie zjawisk, których się nikt nie spodziewa, a które poszerzą nasze rozumienie świata. Satysfakcja Polaków może być tym większa, że przy konstruowaniu najpotężniejszego akceleratora świata odegraliśmy istotną rolę.

CERN znaczną część swojego budżetu przeznacza na budowę i obsługę akceleratorów. Pełnoprawnym członkiem CERN-u staliśmy się w 1991 roku, czyli wtedy, gdy pojawiły się wstępne koncepcje nowego akceleratora o energiach około 20 TeV (20 000 000 000 000 eV), który miał powstać w pierścieniowym, mającym obwód aż 27 km tunelu wcześniejszego zderzacza LEP (Large Electron-ło zbudowanie magnesów o indukcji 12 T (tesli), potrzebnych do utrzymania obu wiązek protonów (każda o energii 10 TeV) w tunelu. Badania nad nimi koncentrowały się w dziale Magnet Technology (MT) CERN, przekształconym z czasem w Engineering Support and Technology (EST). Okazało się jednak, że masowa produkcja tak dużych i silnych magnesów nie była wówczas możliwa, trzeba więc było obniżyć energię wiązek do 7 TeV.

Narzędzie samodestrukcji

Pierwsze kontakty z działem MT nawiązały grupy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN i Politechniki Krakowskiej, koordynowane przez profesorów Tomira Coghena i Michała Życzkowskiego. Równolegle podjęto próby zaangażowania polskiego przemysłu w prace dla CERN-u, czego pierwszym, udanym rezultatem był prototyp zbiornika

......"WIEDZA I ŻYCIE PAŹOZIERNIK 2008

32

prożmowego dla magnesów LHC, wykonany przez Rarako w 1993 roku. Znalazł on eksponowane miejsce w pierwszym działającym w CERN-ie sektorze LHC.

Gdy do CERN-u zaczęły napływać dostawy kolejnych elementów akceleratora - samych magnesów jest tam około 10 tys.! - problemem stało się sprawdzanie wszystkich urządzeń i ich połączeń. W latach 2003-2008 do prac nad magnesami nadprzewodzącymi, liniami kriogenicznymi oraz jakością połączeń próżniowych i elektrycznych włączono m.in. kilkudziesięciu fizyków, inżynierów i techników z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN i Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (zespołami kierowali Andrzej Kotarba, Jan Kulka i Zenon Sułek) oraz Politechniki Wrocławskiej (pod nadzorem prof. Macieja Chorowskiego). Bez polskich inżynierów nie byłoby LHC - mówił na spotkaniu roboczym w Krakowie jesienią 2007 roku kierownik projektu dr Lyndon Evans.

LHC to największy przyrząd badawczy świata, o wy- W eksperymencie jątkowych parametrach pracy. Próżnia jest tu większa niż    CMS większość

na Księżycu, temperatura niższa niż w kosmosie, protony rur do transportu pędzą z prędkościami nawet 0,999999991 prędkości świa-    gazów i chłodzenia

tła i zderzają się miliard razy na sekundę, a w każdym zde- wykonało rżeniu gęstości energii są podobne do tych, które wystę- przedsiębiorstwo powały tuż po Wielkim Wybuchu. Łączna energia wszyst-    ZEC Service

kich protonów w tunelu odpowiada energii 400-tonowego    z Wrocławia (zdjęcie),

pociągu pędzącego z prędkością 150 km/h. Nic dziwnego,    Z kolei elementy

że LHC jest urządzeniem, które musi być kontrolowane spektrometru ze szczególną dokładnością, aby nie uległo samodestruk- ATLAS, w tym cji i nie uszkodziło detektorów.    kalorymetr o wadze

18001, spoczywają

Ekstremalne dane    na podporach

Przed 15-18 laty wiele problemów wydawało się nie do roz-    wykonanych w firmie

wiązania. Było na przykład wiadomo, że większość detek- Budimex-Dromex. torów cząstek wykazuje efekt starzenia się - wartości sygnałów po zarejestrowaniu pewnej liczby cząstek ulegają degradacji, a elektronika układów odczytu po napromieniowaniu przestaje działać bądź zmienia swe charakterystyki, czego doświadczyli konstruktorzy satelitów kosmicznych. Warunki radiacyjne w otoczeniu punktu zderzenia wiązek w LHC są dużo gorsze od panujących w kosmosie, a dawki promieniowania jonizującego i neutronów - śmiertelne dla ludzi (naukowcy mogą podejść do spektrometru dopiero wtedy, gdy zaniknie wzbudzone promieniowanie, dlatego po naświetleniach musi on przejść kilkutygodniową „kwarantannę”). Innym problemem były superkomputery, wówczas ogromne, skomplikowane i kosztowne (cena słynnych komputerów Cray szła w miliony dolarów) oraz łącza internetowe, których dzierżawa kosztowała majątek. Nawet tak bogate laboratorium jak CERN mogło sobie pozwolić raptem na jeden komputer Cray-2 i sieć internetową o przepustowości zaledwie około 20 Mb/s.

Na początku lat 90. powołano Komitet ds. Badania i Rozwoju Detektorów (DRDC - Detector Reasearch and Development Committee; w latach 1990-1994 autor był członkiem i przewodniczącym tej rady), którego zadaniami były ocena, wspomaganie i promowanie projektów badawczych ukierunkowanych na rozwój detektorów, elektroniki i technik informatycznych potrzebnych do eksperymentów w LHC. W ciągu kilku lat komitet ten zaakceptował i ocenił około 50 różnych projektów, z których większość uzyskała finansowanie z CERN-u. Zespoły z Krakowa i Warszawy brały udział w projektach (RD5, RD6, RD11, RD20 i RD28), które koncentrowały się na badaniach przenikania mionów przez materię, rozwoju precyzyjnych i szybkich detektorów do pomiarów torów cząstek oraz opracowaniu koncepcji, algorytmów i urządzeń do wstępnej a

CERN DLA WSZYSTKICH

Do CERN-u można wybrać się samemu i na własne oczy zobaczyć giganty współczesnej fizyki, jakimi są akcelerator i urządzenia poszczególnych eksperymentów LHC. CERN zaprasza chętnych regularnie, ze szczegółami wizyt można się zapoznać na stronie http://outreach.web.cern.ch/outreach/. Podczas dnia otwartego 4 kwietnia 2008 roku przez CERN przewinęło się 55 tys. zwiedzających (Genewa liczy zaledwie około 250 tys. mieszkańców).

PAŹDZIERNIK 2008 WIEDZA I ŻYCIE"......

33