Elméleti fizikusok szerint a világegyetem tele lehet olyan dolgokkal, amelyek nemrészecskékből állnak. Howard Georgi, a Harvard Egyetem kutatójának elmélete szerint ezeket a dolgokat az úgynevezett nem-részecskék építik föl. Georgi szerint a feltételezett nem-részecskék szemünk, műszereink számára érzékelhetetlenek, kimutathatatlanok. Ugyanakkor nagyobb energiákon – például a most induló nagy hadronütköztetőben (LHC) – érzékelhetővé válnak.

A részecskefizika alapja minden olyan tudásnak, amely a körülöttünk lévő, látható vagy nem látható „anyag” vagy „dolog” mibenlétét képes felderíteni. A világegyetemben nem túl régen megismert, csillagokat is elnyelő fekete lyukak természete is rejtély. Vizsgálatuk akkor lenne elképzelhető, ha megfogadnák két világhírű szakértő tanácsát, amit a témával foglalkozó kutatóknak üzentek: „Csináljunk fekete lyukakat”. Természetesen nem a világűrben lévő, hatalmas képződményekre gondoltak, hanem apró, az LHC-részecskegyorsítóban születő fekete lyukakra.

A furcsa „nyelőautomaták” keletkezésének feltétele, hogy a tér ne háromdimenziós, hanem sokdimenziós legyen. Arra azonban, hogy utóbbi lehetséges, nincs bizonyíték. Így egyszerre két legyet ütnének egy csapásra, ha létrejönnének az ütköztetőben a parányi fekete lyukak, mert amellett, hogy ez jelentős előrelépés lenne a részecskekutatásban, egyúttal azt is feltételezné, hogy bizonyos feltételek mellett a tér sokdimenziós is lehet. Hol épült föl a nemsokára üzembe helyezhető, a világ legnagyobb energiájú részecskegyorsítója, a nagy hadronütköztető?

A CERN, a nukleáris kutatások európai tanácsának alapkövét 1955-ben rakták le. Európai fizikusok már az 1940-es években felismerték, hogy több ország összefogására van szükség, ha a magfizikai kutatásokban versenyben akarnak maradni az Egyesült Államokkal. Az elképzelést nyilvánosan az 1929. évi fizikai Nobel-díjas francia Louis de Broglie fogalmazta meg először 1949-ben Lausanneban.

Az ENSZ és az UNESCO felkarolta a kezdeményezést, 1952 tavaszán tizenegy ország közös döntésével egy ideiglenes bizottság alakult, a nukleáris kutatások európai tanácsa, francia nevén Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN). Svájc fölajánlott egy a Genf melletti területet a laboratórium számára, amelyet 1952-ben el is fogadtak. A következő évben 13 ország – Belgium, Dánia, Franciaország, NSZK, Görögország, Olaszország, Hollandia, Norvégia, Svédország, Svájc, az Egyesült Királyság és Jugoszlávia – írta alá az alapító okmányt. Magyarország 1992-ben lett a CERN teljes jogú tagja, de komoly tudományos kapcsolatok már jóval korábban is voltak.

A Genf melletti laboratórium bővítését lépésről lépésre végezték, ahogy a részecskefizika fejlődése megkívánta. 1959-ben ez volt a világ legnagyobb részecskegyorsítója. Hatalmas detektorrendszerek épültek, és az irdatlan anyagmennyiség kezelésére kiépült egy számítógépközpont is. Később, 1965-ben fogadták el a találkozónyalábos tárológyűrű (ISR) részecskegyorsító tervét. Az építéshez átlépték a svájci–francia határt, így ténylegesen is nemzetközivé vált az intézmény. A következő óriásgyorsító a szuper-proton-szinkrotron (SPS) 1976-ban kezdett működni. Gyűrűjének kerülete 6 kilométer, a föld alatti alagútban ezer mágnes gondoskodik a nyalábok körpályán tartásáról.

1980-ban átépítették ezt is találkozónyalábos gyorsítóvá, amelyben protonok és antiprotonok ütköztek. Itt végezték el azt a történelmi kísérletet (1983), amelynek során felfedezték az úgynevezett elektrogyenge kölcsönhatást közvetítő részecskét, a W- és Z-részecskéket.

Kérdezhetnék, hogy miért van szükség ezekre a gigantikus, drága szerkezetekre? Részben, hogy szemügyre vehessék a kutatók az atomi és annál kisebb világot, másrészt, hogy különböző részecskefajtákat hozzanak létre, és azokat tanulmányozhassák. A XX. században fedezték fel, hogy az atom különböző részekből áll, sőt, az alkotórészek egy része is összetett. 1911-ben Ernest Rutherford jóvoltából megszületett az atom máig érvényes modellje, a Rutherford-féle atommodell. Később újabb és újabb részecskéket fedeztek föl, lassan százra nőtt a számuk. Gondot okozott a részecskék kettős természete, mígnem évszázados vitákat lezárva Albert Einstein 1905-ben kimondta, hogy a fénynek hullám- és részecsketulajdonságai egyaránt vannak, és a két tulajdonság elválaszthatatlan. 1920-ban bebizonyosodott, hogy az elektronok és a protonok (az atomi részecskék) is rendelkeznek ezzel a kettős tulajdonsággal, majd ez igaznak bizonyult valamennyi részecskére. Tehát a részecske kettős tulajdonságú, a hullámtermészet éppoly fontos, mint az anyagi. Minél rövidebb a hullámhossz, annál kisebb részek tanulmányozhatóak; ezen alapul a részecskegyorsítók működésének lényege.

A részecskegyorsítók működési elvei egyszerűek, felépítésük viszont igen bonyolult. Gyorsítani csak elektromos töltéssel rendelkező részecskét lehet. Mindenekelőtt kell egy forrás, amelyből ezeket a részecskéket nyerik, például elektronokat és protonokat. Abban a csőben, amelyben az utóbbi nyalábokat mozgatják, légüres teret kell létrehozni, nehogy a nyalábok idő előtt ütközzenek a levegő részecskéivel. A részecskék pályán tartásához mágneses teret alkalmaznak, az „kormányoz”. Kétféle pályán gyorsítják a részecskéket: vagy egyenes vonal mentén (lineáris gyorsító), vagy körpályán (ciklikus gyorsító), az utóbbi lehet spirális pályás, vagy állandó köríves pályás. A genfi CERN nagy hadronütköztetője (LHC) hatalmas nemzetközi összefogással létesült. Építése az emberiség legnagyobb technikai teljesítménye a Nemzetközi Űrállomás mellett. Egy 27 kilométer kerületű föld alatti alagútban építették meg. Detektorai több tízméteresek, a gyorsítóban sok tonnányi vas és finom szerkezetek egyaránt megtalálhatóak. Ott van a világ legnagyobb szupervezető mágnese is. A berendezés szegmenseinek hűtése terv szerint halad, körülbelül augusztus végére az egész rendszerben elérik az 1,9 kelvint (ez mínusz 271 Celsius-foknak felel meg, kicsit magasabb, mint az abszolút nulla fok).

Még mielőtt az LHC építését elkezdték volna, még két rekord valósult meg a CERN-ben. Megszületett egy speciális gyorsító, amely 1982 és 1996 között mintegy százbillió antiprotont gyártott különböző kísérletekhez. Így lett a CERN a világ egyik legnagyobb antiprotongyára. Nagy szenzáció volt az is, amikor 1995-ben először sikerült antirészecskékből atomot felépíteni: egy antiprotonból és egy pozitronból megszületett az első antihidrogén-atom. Sikerült olyan atomokat is létrehozni, amelyek egyszerre tartalmaznak részecskéket és antirészecskéket. Az anyag és az antianyag részletes kutatása többek között arra is választ adhat, hogy miként maradhatott meg egyáltalán az anyag a világegyetem hajnalán.

A legutolsó rekordjavító gyorsító az LHC születésének lett „áldozata”. A nagy, elektron-pozitron gyűrű (LEP) 27 kilométer hosszú és 150 méterre fekszik a föld alatt. Az egyik fontos eredmény, amit a LEP-pel elértek, az a bizonyosság, hogy csak három kvark-leptoncsalád létezik a természetben. Emellett az 1983-ban felfedezett W- és Z-részecskéket nagyüzemi méretekben hozták létre, így tisztázták az elektrogyenge elmélet részleteit is.

A LEP leállítására 2000-ben került sor, miután eldöntötték, hogy annak a helyére építik föl a nagy hadronütköztetőt. A „leszerelés” több kutatóban hiányérzetet keltett, mert éppen az utolsó hónapokban vélték megtalálni a Higgs-bozont. A modern részecskefizikának van ugyanis egy alapvető hiányossága; nem tud számot adni a részecskék tömegéről. Higgs angol fizikus megalkotta ennek az elméletét, és a Higgs-részecskéket már évtizedek óta eredménytelenül keresik a kísérletekben. Pálinkás József fizikus, az MTA jelenlegi elnöke 1990-ben kapcsolódott be a LEP-en folyó kutatásokba, éppen a Higgs-részecskék megfigyelésére irányuló kísérletbe. Így ez a felfedezés is az LHC-re marad. Nem kerülhetjük el azokat az aggodalmakat, amelyek az új gyorsítóval kapcsolatban jelentkeznek. Ezek oka, hogy nem szokványos fizikai viszonyok létrehozását tervezik. A környezetvédők tudni szeretnék, hogy a mesterségesen létrehozott részecskék és az anyag mesterségesen létrehozott új állapota nem fenyegeti-e a környezetet.

A tudomány határát súroló elképzelésekben felmerült fekete lyukak, mindent elnyelő vákuumbuborékok, az anyag lebomlását okozó mágneses monopólusok megjelenése, sőt még időutazás is. A biztonságot több ország kutatóinak jelentése garantálja, emellett ismert, hogy az univerzumban minden egyes másodpercben tízmilliószor millió „LHC-kísérlet” zajlik le, látható következmények nélkül. A magyar fizikusok régóta részesei a kutatásoknak. Még a dubnai Egyesített Atomkutató Intézet közvetítésével (1970-ben) kapcsolódtak be a CERN munkájába. Az utóbbi években két, a modern fizika frontvonalában álló kísérletben vettek részt többen is. Mindkét kísérletben az anyag ősi állapotát kutatják, közvetlenül az ősrobbanást követően.

Az LHC megépítése óriási technikai teljesítmény. Könnyen elképzelhető azonban, hogy a tudósok a kutatott részecskék mögött egy másik, még bonyolultabb világra bukkannak, amihez új elméletek, új gyorsítók kellenek. A világegyetem nagyon szigorúan őrzi titkát, megfejtése a világunk végét jelentheti.

(hankó)