50 ÉVES A CERN - ÜNNEPI ÜLÉS AZ AKADÉMIÁN

Az alábbiakban röviden összefoglalom az MTA ünnepi CERN-ülésén, 2004. szeptember 22-én elhangzott előadásokat. A NIIFI jóvoltából videofelvétel készült az egész ülésről, amely a világháló http://vod.niif.hu/cern/

lapján megnézhető, ugyanott az előadások fóliái is megtekinthetők. Az ünnepi ülés első részén részt vett Carlo Rubbia Nobel-díjas professzor, akinek kedvéért a bevezető előadások angolul hangzottak el.

Az ülést Horváth Zalán akadémikus, az MTA Fizikai Osztályának elnöke nyitotta meg rövid bevezetővel.

Magyar kutatók már jóval Magyarország 1992-es csatlakozása előtt dolgoztak a CERN-ben, de csatlakozásunk új távlatokat nyitott számunkra, amellyel élünk is. Különös öröm, hogy Carlo Rubbia mellett, aki a csatlakozás idején a CERN főigazgatója volt, a hallgatóság soraiban üdvözölheti Pungor Ernő akadémikust is, aki magyar részről a csatlakozási tárgyalásokat vezette. A CERN-nek ma már 25 ország teljes jogú tagja, de rajtuk kívül valamennyi kontinens országai részt vesznek a CERN munkájában.

Keviczky László akadémikus, az MTA alelnöke A nagy tudomány szerepe a magyar társadalomban című előadásában elsősorban arra keresett választ, mit nyújt ma a CEKN a kutatási szférán kívül.

A CERN legfontosabb szerepe alapításakor a békés egymás mellett élés és együttműködés üzenete volt a világháború után és a hidegháború alatt. Mérnökként kijelentheti, hogy a CERN nemcsak a tudomány temploma, hanem vezető technológiai központ; az Akadémia alelnökeként viszont azt kell hangsúlyoznia, hogy a jelenleginél sokkal komolyabb népszerűsítésre van szükségünk a fizikai kutatások, benne a nagyenergiájú fizika és magyar CERN-részvétel terén. Magyarország CERN-tagsága sokba kerül ugyan, de az az összeg nem is annyira kiugró, ha ahhoz viszonyítjuk, mennyit költünk egyébként is kutatásra, és mit nyer az ország a CERN-tagsággal. Kevesen tudják, hogy Magyarország csatlakozási tárgyalásai még a rendszerváltás előtt, a 80-as években indultak meg, Carlo Rubbia első budapesti látogatásával.

Carlo Rubbia professzor A CERN alapítása, fejlődése és eredményei című, rendkívül érdekes és színes előadásában szabadon beszélt, fóliasegédlet nélkül.

A CERN alapításának és működésének mindig volt a tudományos mellett politikai jelentősége is. A tudományos együttműködés sokkal egyszerűbb, mint a politikai: a kutatók közös nyelvet beszélnek és közös a céljuk, ezért a tudományos együttműködés mindig előtte jár a politikainak. A CERN alapításának hármas jelentősége volt: 1) a háború utáni újjáépítés idején a korábban háborúzó európai országok összefogását segítette; 2) az európai kultúra egységét szimbolizálta; és 3) az első jele volt annak, hogy a nagy tudomány túlnövi egy-egy ország határait. A CERN volt az első nemzetközi kutatóintézet, de azóta több hasonló intézmény jött létre az űrkutatás, a csillagászat, az anyagtudomány és a biológia területén, és több nemzeti kutatóintézet nemzetközi szerepet kapott. Ötven éven keresztül folyt verseny Európa és az Egyesült Államok között, egymást követték a nagyobb és nagyobb teljesítményű gyorsítók a CERN-ben és az USA nemzeti laboratóriumaiban; most a CERN az LHC megépítésével megnyerni látszik ezt a versenyfutást. A CERN kutatói kezdetben főként detektorépítéssel foglalkoztak: Georges Charpak Nobel-díjat kapott a sokszálas kamrákért, de kevesen tudják, hogy az első kalorimétert Herwig Schopper, a CERN későbbi főigazgatója építette.

Rubbia ezután a Standard Modell diadalútját ecsetelte. Nevével ellentétben nem egyszerű modell, de valódi, renormálható térelmélet, igen kevés alapvető részecskével és mértékelméletileg származtatott kölcsönhatásokkal. A Higgs-bozon kivételével minden alkatrésze megvan és tisztázott. A Higgs-bozon tömegének végessége megköveteli a Standard Modell kiterjesztését. Ezt a szuperszimmetria elmélete megoldja, megoldást kínálva emellett több más alapvető problémára is, például a Világegyetem sötét anyagának rejtélyére. Az újkor két legnagyobb felfedezése Kopernikusz és Darwin nevéhez fűződik. Kopernikusz arra jött rá, hogy Földünk nem a Világegyetem központja, csak kis pont az Univerzumban, Darwin pedig, hogy az Ember csak egy fejlődési folyamat terméke, nem az Élet középpontja. A legújabb kor legnagyobb felfedezése a miénkkel párhuzamosan létező szuperszimmetrikus világ: látható anyagunk nem dominál a Világegyetemben, annak nem is igazán jelentős összetevője.

A tudományos kutatás mindig is nemzetközi volt, magyar kutatók, főként fizikusok, sokan dolgoztak külföldön, főként az Egyesült Államokban, és még a leghidegebb hidegháború idején is élénk kutatócsere folyt a vasfüggönyön keresztül. Érdekes módon a CERN-be abban az időben Magyarországról Dubnán keresztül vezetett a legrövidebb út, a magyar részecskefizikusok Budapestről Dubnán át jutottak Genfbe. Azóta a CERN európaiból világintézmény lett: kutatót a legnagyobb számban az USA és Oroszország delegálja, de sok kutató érkezik Japánból és Kínából is.

Carlo Rubbia itt megemlítette, hogy ő olasz, és tudatában van a rengeteg hasonlóságnak Magyarország és Olaszország között, a nemzeti lobogóink színein túlmenően. A CERN előtt országaink részecskefizikusai mind emigránsként kezdték pályafutásukat, de ma már nincs erre szükség, hiszen a CERN-be hazamegyünk. Felsorolt néhány kiemelkedő magyar tudóst, akik a kutatás minden területén otthon voltak: elméletben és kísérletben, részecske-, reaktor- és szilárdtestfizikában, név szerint említve Neumann Jánost, Wigner Jenőt, Szilárd Leót, Teller Edét és Bay Zoltánt, az alkalmazott fizika területéről Kármán Tódort, Hevesy Györgyöt és Gábor Dénest. A kortársaink közül hozzátette még Marx Györgyöt és Kuti Gyulát, valamint jó barátját, Telegdi Bálintot. Az előadást egy anekdotával zárta. Állítólag Fermi mondta, hogy az általa ismert magyarok részben zseniálisak, részben rendkívül zseniálisak, de mindig igencsak eredetiek voltak, ám néha nem árt ragaszkodni a tradíciókhoz.

Zimányi József akadémikus Magyarország csatlakozása a CERN-hez címmel korabeli fényképekkel illusztrált, színes összefoglalót adott a csatlakozás körülményeiről és az akkor kezdett munkáról.

Belépésünk időpontja 1992. június 26. volt, azon a napon írta alá Carlo Rubbia CERN-főigazgató és Pungor Ernő tudományügyi tárca nélküli miniszter a csatlakozási okiratot, amelyet azután Göncz Árpád köztársasági elnök véglegesített. A csatlakozási szándék már sokkal korábban megvolt: még Berend T. Iván és Kosáry Domokos is tárgyaltak egy esetleges csatlakozásról, de az akkor elmaradt. Végül a magyar zászlót Pungor Ernő és Carlo Rubbia húzták fel a CERN főbejáratánál. A CERN tagállamai az intézet fenntartásához nemzeti jövedelmük arányában járulnak hozzá: ez csatlakozásunk idején a CERN csaknem 1 milliárd CHF-es költségvetésének 0,4%-a volt, ma már a forint erősödése és a magyar GDP növekedése miatt 0,7%.

Csatlakozásunk közvetlen oka hármas volt: 1) politikai, mert segítette későbbi EU-csatlakozásunkat, 2) tudományos, a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriumához, és végül 3) fejlesztésorientált, mint élenjáró technológiai centrumhoz. A CERN tanácsára igyekeztünk koncentrálni a magyar kutatási erőfeszítéseket, és két új magyar CERN-csoportot indítottunk (a meglevő L3-csoport mellett, HD). A Szuper-protonszinkrotron (SPS) NA49 jelű nehézion-kísérletéhez mindjárt az elején csatlakozott egy jelentős magyar csoport, és a detektorrendszer építésében is részt vállalt (erről Siklér Ferenc beszélt), amíg a Nagy Elektron-Pozitron Ütköztető OPAL-kísérlete már jó ideje működött, ott az új magyar csoport már főként Fizikai analízissel járult hozzá a tevékenységhez. A két kísérlet magas impaktú publikációkat eredményezett: a SPIRES adatbázis szerint az NA49 100, az OPAL magyar részvétellel 250 közleményt publikált, cikkenként 10-20 független hivatkozással.

A csatlakozás azonnal kijuttatta a magyar fizikusokat az Internetre: a Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet közvetlen telefonvonalat bérelt a CERN-hez, amelyen keresztül évekkel korábban elérte a nemzetközi számítógép-hálózatot, mint ahogy magyar hálózat kiépült. A CERN fejlesztette ki a világhálót is, de nem szabadalmaztathatta, mert azt az alapítólevele tiltja: technikai fejlesztéseit is ingyen kell a világ rendelkezésére bocsátania.

A modern nagy gyorsítók annyira drágák, hogy ma már csak egy-egy épül belőlük, a nehézion-fizika területén, például, a legnagyobb gyorsító a CERN-i SPS volt, ahol az NA49 működött, attól most a brookhaveni Relativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) vette át a stafétabotot (magyarok a PHENIX-kísérletében dolgoznak), majd 2007-től vagy 2008-tól kezdve megindul az LHC, ahol magyar nehézion-fizikusok az ALICE-kísérletben érdekeltek. Az LHC emberfeletti adatmennyiségét egyetlen intézmény már nem tudja feldolgozni, a CERN ezért kifejlesztette az LHC Computing Grid (LCG) rendszert, amelyhez az RMKI hetedik intézményként csatlakozott BUDAPEST néven egy 50 processzoros állomással; az LCG-nek azóta több mint 70 tagintézete van, és az RMKI Grid-állomása is duplájára nőtt.

Nagy Elemér Korai CERN-együttműködéseink a kísérleti részecskefizika területén - Az EMC- és L3-kísérletek címmel foglalta össze az első magyar CERN-csoportok munkáját.

A 70-es években a CERN meghatározó szerephez jutott a részecskefizikában: megépült az ISR-gyorsító, az első nagyenergiás ütközőnyaláb, és az itt nyert tapasztalatok alapján később az első proton-antiproton ütköztető, amely lehetővé tette a gyenge bozonok felfedezését (Carlo Rubbia és Simon van der Meer Nobel-díja, 1984), és Georges Charpak megépítette az első sokszálas proporcionális kamrát (Nobel-díj, 1992). A CERN felé kaput számunkra az 1964-es Dubna-CERN egyezmény nyitott, ebben Fenyves Ervin játszott komoly szerepet. Az egyezmény lehetővé tette, hogy magyarok tudományos látogatóként a CERN-be mehessenek Dubnából.

Magyar' csoport, az RMKI 8 kutatója, az Európai Müonkollaborációban (EMC) vett részt először CERN-kísérletben, a francia Annecy-i Részecskefizikai Laboratórium anyagi támogatásával. Célja a kvark-parton modell és a kvantum-színdinamika kísérleti ellenőrzése volt müonok mélyen rugalmatlan szórásával. A sztrímerkamrával rögzített események nagy részét a magyar csoport a KFKI-ban épített mérőberendezések segítségével értékelte ki. A kísérlet eredményeképpen megmutatták, hogy a meglökött partonok azonosak a kvarkokkal, és a kölcsönhatást jól írja le a kvantum-színdinamika. Sok egyéb érdekes eredmény mellett meglepő volt, hogy kiderült, a nukleon spinjét elsősorban nem a kvarkok hordozzák, és találtak egy máig megmagyarázatlan "EMC-effektust": a nukleonok belső szerkezete függ az atommagban levő nukleonok számától!

A Nagy Elektron-Pozitron Ütköztetőnél (LEP) létrehozott L3-kísérlet fő célja a Standard Modell precíz ellenőrzése és a még esetlegesen hiányzó részecskék kimutatása volt. Alapítója a c-kvark felfedezéséért Nobel-díjjal kitüntetett Samuel C.C. Ting volt. Az L3-detektor talán a legambiciózusabb volt a négy LEP-detektor közül, a magyar csoport elsősorban szoftverfejlesztéssel és adatértékeléssel járult a közös munkához. Mindjárt az elején sikerült megmutatni, hogy a három ismert lepton-kvark családnak nincs folytatása, bizonyították a gyenge bozonok öncsatolását, és rendkívül pontosan igazolták a Standard Mode11 valamennyi kvantitatív előrejelzését. A Higgs-bozont ugyan nem sikerült kimutatni, de nagy valószínűséggel behatárolták a tömegét 114 és 250 GeV közé. Habár a LEP energiája messze a top-kvark keltési energiája alatt volt, a rendkívüli mérési pontosság lehetővé tette a top-tömeg becslését a korrekciókból, amely igen jól egyezett a Fermilab TEVATRON-jánál évekkel később mért értékkel. Nyitva maradt a Higgs-bozon keresése, valamint az a kérdés, van-e élet a Standard Modellen túl is.

Jómagam Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata a CERN-ben címmel a CPT-invariancia ellenőrzéséről beszéltem az ASACUSA-kísérleten belül, és a töltött Higgs-bozonok kereséséről az OPAL-detektorral. Mindkét témát részletesen tárgyaltam nemrég a Fizikai Szemlében.

A szimmetriák vizsgálata a részecskefizika talán legfontosabb feladata. A CERN Antiproton-lassítója (AD) a CPT-invariancia, anyag-antianyag szimmetria kísérleti ellenőrzésére épült. Csoportunk több mint tíz éve foglalkozik antiproton-atomok spektroszkópiájával, amely lehetővé teszi az antiproton és a proton tömegének és töltésének pontosságú összehasonlítását. Ebben a témakörben 2 diplomamunka és egy PhD-dolgozat született.

Éppen 10 éve csatlakoztunk a LEP OPAL-együttműködéséhez, fő témánk a töltött Higgs-bozonok keresése és a kvantum-színdinamika ellenőrzése volt, az utóbbit Trócsányi Zoltán tárgyalta előadásában. A LEP 2000 végén leállt ugyan, de az adatokat még analizáljuk. A magyar OPAL-csoport 10 éve három diplomamunkát és két doktori fokozatot eredményezett, további két diplomamunka és két PhD-munka még folyamatban van. A LEP-kísérletek résztvevői az LHC-nál folytatják, főként a CMS-kísérletben.

Trócsányi Zoltán igencsak nehéz feladatot kapott: Magyarországi elméleti fizikusok a CERN-ben címmel össze kellett foglalnia, mit végeztek elméleti kollégáink a CERN-ben annak alapítása óta.

Az anyag óriási, mert a magyar elméleti fizikusok CERN-es tevékenysége mindig is igen jelentős volt. 1994 előtt fenomenológiával Kunszt Zoltán, Szegő Károly, Csikor Ferenc és Niedermayer Ferenc; térelmélettel Palla László, Forgács Péter, Patkós András és Vecsernyés Péter; rács-térelmélettel pedig Kuti Gyula, Hasenfratz Péter, Hasenfratz Anna és Kunszt Zoltán foglalkozott (az előadásból kimaradt az úttörő Montvay István, aki elsőként ment hazánkból a CERN elméleti osztályára, valamint Tóth Kálmán, aki ugyan a CERN-ből nem publikált, de sok elméleti számítást végzett az OPAL-együttműködés számára). 1994 után Fodor Zoltán (fenomenológia és rács-térelmélet), Hauer Tamás és Jakovácz Antal (térelmélet), Bíró Tamás (nehézion-fizika), valamint az előadó szerepelt CERN-i elméleti eredményekkel.

Trócsányi Zoltán ezután összefoglalta saját CERN-es tevékenységét, amely a kvantum-színdinamika elméleti és kísérleti ellenőrzésére irányult. Kidolgozták az első sugárzási korrekciók számításának általános elméletét. A módszerrel végzett számítások felhasználásával meghatározták az OPAL-detektor segítségével észlelt 4-jetes események alapján a kvantum-színdinamika három alapvető paraméterét, és az jól egyezett a korábbi mérésekkel, illetve az elmélet jóslatával. Az eredményekből egy elméleti és egy kísérleti PhD-dolgozat született a Debreceni Egyetemen.

Siklér Ferenc Nehézion fizika a CERN-ben címmel főleg az NA49-kísérlet magyar vonatkozásait ismertette.

A nehézion-fizika az ősrobbanás első másodpercében keletkezett kvark-gluon plazmát próbálja rekonstruálni nehéz ionok nagyenergiájú ütköztetésével. A CERN Szuper-protonszinkrotronja ólomnyalábot lőtt ólom-céltárgyba; az NA49-detektor az ütközésben keletkezett részecskéket észlelte. Ez volt a CERN történetében a legnagyobb abszolút és relatív magyar részvételű együttműködés. A berendezés repülésiidő-spektrométereit a KFKI RMKI-ban építették, a hozzátartó elektronikával és adatgyűjtő rendszerrel együtt; a munkában 10 magyar fizikus vett részt. A nagyszámú (több ezer) keletkezett részecske nagyon bonyolulttá teszi az adatok értelmezését. Az NA49 újítása: a nehéz mag - nehéz mag ütközést a nukleon - nehéz mag és nukleon-nukleon ütközésekkel kell összehasonlítani, hogy világosan azonosíthassák a nehézion-hatásokat. A vizsgálatok közben találtak egy új pentakvark-állapotot (négy kvarkból és egy antikvarkból álló részecske).

A CERN-i nehézion-fizika jövője a Nagy Hadronütköztetőhöz, az LHC-hez kapcsolódik. A magyar nehézionosok részben az ALICE-kísérletben (A Large Ion Collider Experiment), részben a CMS-kísérlet nehézion-programjához csatlakoztak. Az LHC indulásáig a brookhaveni Re1ativisztikus Nehézion-ütköztető (RHIC) PHENIX-együttműködésénél dolgoznak magyar nehézion-fizikusok.

Fodor Zoltán Fázisátmenetek a részecskefizikában című előadása zárta az ülést.

A víz fázisdiagramja az elektromos kölcsönhatás következménye, és azt levezetni a Coulomb-kölcsönhatásból igen nehéz feladat volna. Hasonlóval próbálkoznak a másik két kölcsönhatás, az erős és a gyenge esetére. Az előbbi arra ad választ, mi történik, ha a semmit - a vákuumot - melegítjük, vagy a valamit - az anyagot - összenyomjuk; az utóbbi pedig arra, miért van egyáltalán valami a Világegyetemben. Az elektromos kölcsönhatás jól számolható, mert az erőssége kicsi, az erősé viszont nagy, rácstérelméleti számításokra van szükség: pályaintegrálokéra, feltételezve, hogy a szomszédos pontok vannak egymásra lényeges hatással. Ehhez szuperszámítógépre van szükség.

Az Eötvös Egyetemen két különböző PC-alapú rendszert dolgoztak ki, a számítógépek térbeli elhelyezésével szimulálva a számítandó rácsot. Az első rendszerben a szomszédos gépeket erre a célra megépített kártyák kötötték össze, a másodikban ugyanezt gépenként 4 gyors (Gigabit) Ethernet-kártya biztosítja. Az utóbbiban felhasználták a számítógépes játékokhoz kifejlesztett térbeli forgatást és a filmletöltésekhez használt gyors kapcsolatot.

Azóta több helyen megvalósították ezt a Budapest-architektúrának nevezett rendszert, Wuppertalban van a kontinens legnagyobb nem katonai PC-alapú szuperszámítógépe, amely ilyen rendszerű.

A számítások eredményeképpen a gyenge kölcsönhatásra megállapították, hogy a Világegyetemben megfigyelt anyagtúlsúly a Standard Modellen belül csak a megfigyeléseknél könnyebb Higgs-bozonnal magyarázható meg, és ez túlmutat a Standard Modellen. Az erős kölcsönhatás esetében pedig a maganyag és a kvark-gluon plazma közötti fázisátmenet egy adott hőmérséklet és sűrűség esetén másodrendűvé válik, mely pontban a rendszer viselkedése leginkább a kritikus opaleszcenciához hasonlítható.

<>

Hozzáteszem, hogy az Akadémia ünnepi ülésén kívül számos előadásban megemlékeztek országszerte a CERN alapításának 50 évfordulójáról. Genf Kanton azzal fejezte ki a CERN iránti tiszteletét, hogy a nemzeti ünnepén, augusztus 1-jén, az esti tűzijátékban megjelenített egy szimulált LHC-eseményt, a Higgs-bozon hipotetikus bomlását két Z-bozonra.

A CERN október 16-án nyílt nappal ünnepelte fennállásának 50. évfordulóját. Egész nap kirándulóbuszok, városi különbuszok és természetesen rengeteg személyautó szállította a látogatók ezreit a CERN-be, amely 50 laboratóriumát nyitotta meg az érdeklődők előtt. A látogatóknak kutatók százai magyarázták a látnivalókat a legkülönbözőbb nyelveken, de persze főként franciául. A nyílt nap, véleményem szerint túlságosan is jól sikerült: a CERN becslése szerint mintegy 30000 látogató volt kíváncsi rá, és az érdekesebb laboratóriumok előtt órákat kellett sorban állni a bejutáshoz. Én hamar fel is adtam a dolgot, mondván, majd megkérek ismerősöket, hogy mutassák meg "békeidőben" a kísérletüket. Délután több száz sorbanállón kellett sűrű bocsánatkérések között átverekednünk magunkat, hogy a saját antiprotonos kísérletünkhöz bejuthassunk.

A 2004. október 19-i hivatalos CGNN-ünncpség részlvevői

Október 19-én volt a hivatalos ünnepség: a CERN-ben érdekelt országok (nem csak tagországok) képviselőinek jelenlétében felavatták a CERN új kiállítócsarnokát, A tudomány és újítás gömbjét (Globe of Science and Innovation). Beszédet mondott, többek között, Jacques Chirac, Franciaország elnöke, és I. János Károly, Spanyolország királya. Jelen volt a svájci államelnök, Hollandia és Japán oktatási minisztere is. Hazánkat Siegler András, a Magyar CERN-bizottság elnöke képviselte.

A CERN-ről sok, közérdeklődésre is számot tartó érdekesség olvasható a http://intranet.cern.ch/Public/ CERN-honlapon és az 50-éves évforduló programjában ( http://intranet.cern.ch/Chronological/2004/CERN50/).