Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Carlo Rubbia
CERN, Genf
Mostani látogatásom Magyarországra jelentős eredmény a Magyar Tudományos Akadémia és a CERN kapcsolatai szempontjából. Mindannyian reméljük, hogy ez nem egy történet vége, hanem csak a kezdete. Sok európai ország vesz részt a CERN munkájában, nem a múltja, hanem a jövője miatt. A jövő az, amin nekünk munkálkodnunk kell, és remélem, a jelenlevők közül későbbi pályafutásuk során sokan tudnak majd élni azokkal a lehetőségekkel, melyek kiépítésén most dolgozunk.
Arról szeretnék önöknek beszélni, milyen az a fizika, amit ma művelünk. Az 1. ábrán látható a fizikai gondolkodás evolúciója. Három nagyobb terület figyelhető meg. Mindenekelőtt van a klasszikus fizika, mely soha nem szűnt meg vezérelvként szolgálni számunkra. Idetartozik a newtoni elmélettől az einsteini általános relativitáselméletig fejlődött gravitáció
elmélet, valamint az elektrodinamika. Ez aztán továbbfejlődött az ábrán látható második, napjainkban igen aktívan fejlődő területté, ahol a gravitációs hatás elhanyagolható a többi hatás mellett. Ilyenek például a kvantumelektrodinamika és a Yang-Mills elméletekből továbbfejlődött két fontos terület, az elektrogyenge modell, amely a kvantumelektrodinamikát és a gyenge kölcsönhatás elméletét egyesíti, valamint az erős kölcsönhatást leíró kvantumszíndinamika. Ez utóbbinak az a kiindulása, hogy a részecskéket ellátjuk egy "szín" nevű tulajdonsággal, az erős kölcsönhatás töltésével. Ez az elmélet nagyon hasonlít az elektrodinamikára, csak az "elektro" szót kell kicserélni "szín"-re. Ezek az elméletek nem is olyan modernek, mivel olyan alapvető dolgokból indulnak ki, mint a szimmetriaelvek - nincs tehát ebből a szempontból alapvető különbség köztük, és például az elektrodinamika vagy a gravitációelmélet között.
Ejtsünk pár szót az idetartozó elméletek közül a legnagyobb várakozással kísért hipotézisről, a Nagyszabású Egyesítésről, ami próbálkozás az erős és az elektrogyenge kölcsönhatások elméletének egységesítésére. Napjainkra kissé alábbhagyott a vele kapcsolatos optimizmus, mivel a mai gyorsítókkal meg sem lehet közelíteni az elmélet következtetéseinek ellenőrzéséhez szükséges határokat. Meg kell tehát állapítanunk, hogy a Nagy Egyesítés nem a ma feladata, nem is a holnapé, hanem talán a holnaputáné. Elméleteink sikerei után már-már elfelejtettük, hogy az élet bonyolult, de íme, a természet a fejünkre koppintott.
A mai fizika útját bemutató eszmefuttatásomat hadd fejezzem be egy utolsó megjegyzéssel. A 20as években, ahogy egyre kisebb tartományokig hatoltak be a fizikusok az anyag mélységeibe, rá kellett jönniük; hogy fel kell adni sok mindent, amit korábban sikeresen használtak. Milyen mélyre hatoltunk be mára? A legnagyobb gépekkel, amelyek ma a CERN-ben dolgoznak, 10-19 cm-ig látunk be. Ez azt jelenti, hogy ugyanakkora a távolság az 1 cm-től az atomi méretekig, mint az atomi méretektől addig, ahol most tartunk. És felénél járunk annak az útnak, amely a nagy Egyesítés világához visz. Bárki azt mondaná, hogy lehetetlen eljutni oda, de mindenki tudja, hogy semmi sem lehetetlen, csak idő kérdése. Szeretnék még szólni a Világegyetem mélyét-kutató csillagászat és a részecskefizika között létező szoros kapcsolatról. Ahogy egyre messzebb tekintünk vissza az Univerzum történetébe, egyszer csak eljutunk egy időpontig, melynél korábbról soha nem lehet információt szerezni a csillagászat segítségével. Ennek az a magyarázata, hogy az Univerzumot csak akkor tudjuk megfigyelni, ha az már átlátszóvá vált a sugárzás számára. Tehát bármi, ami ezelőtt történt, a nagy csillagászati teleszkópokkal nem figyelhető meg. A szükséges hiányzó adatokat a részecskék ütközéseinek vizsgálatából szerezhetjük meg.
Univerzumunk tágul - ez megfellebbezhetetlen tény. Napjaink nagyenergiájú fizikája képes reprodukálni a Világegyetem születése táján uralkodott körülményeket. Ezen kísérletek alapján vonhatjuk le azt a következtetést, hogy az energiasűrűség és a hőmérséklet arányosak t-2-tel, illetve t-1/2-del, ahol t a Világegyetem keletkezése óta eltelt idő. Minél tovább tekintünk visszafelé az időben, ez annál magasabb energiákat jelent, és fordítva: minél magasabb energiákon kutatunk, annál mélyebbre vethetünk pillantást az Univerzum történetébe. Jelen pillanatban 100 GeV-nál tartunk, ez kb. 10-10 másodpercnek felel meg. Ez az energia a W- és Z-bozonok keletkezési energiája, ezért hívjuk ezt a korszakot W-Z korszaknak. Ez volt az az idő, amikor a W- és Z-bozonok szabadon alakulhattak át protonokká és neutronokká, jelentős részét képezve az őslevesnek.
Még mélyebbre visszatekintve az emberiség előtörténetébe, eljutunk addig a szakaszig, amikor a kvarkok voltak a domináns alkotórészek, és a rájuk vonatkozó szabályok határozták meg az ún. kvark-gluon plazma tulajdonságait: Van-e valami hasonlóság a kvantumelektrodinamikai és a kvantumszíndinamikai plazma közt, nevük hasonlóságán kívül? A jelentős különbség a kettő között abban rejlik, hogy míg a fotonok számára átlátszó a vákuum, és ezért láthatjuk egymást, addig a gluonok számára nem, így azok nem szabadulhatnak el.
5x10-13 másodperccel a kezdetek utánra tehető a szabad kvarkok eltűnése és a leptonkor beköszönte, amely azután kb. 1 másodpercen keresztül tartott, amikor is a legtöbb elektron és pozitron a párkeltés révén halálát lelte. Ez vezette át Univerzumunkat a fotonkorszakba. Ennél korábbról semmi információ nem juthatott el hozzánk, és ebből a korból is csak egy pici jel. Ezután, az első három perc során kialakultak a bennünket is felépítő elemek atomjai. Csak 300 000 évvel ezután tudott a sugárzás kiszabadulni az anyag börtönéből, és csupán innen kezdődhet a Világegyetem közvetlen megfigyelése.
Fel szeretném hívni a figyelmet arra, hogy mi nemcsak játszadozni akarunk azokkal a jópofa kis kvarkokkal és gluonokkal, hanem Univerzumunk alapvető tulajdonságait próbáljuk a lehető legközvetlenebb úton megérteni. Ehhez van szükségünk gyorsítókra, amelyek egy részecskefizikus számára ugyanazt jelentik, mint a teleszkóp egy asztrofizikusnak.
Az első, Lawrence által épített gyorsító akkor épült meg, amikor én születtem, az egész nem volt nagyobb 1 méternél. A CERN gyorsítójának átmérője 27 km. A stabilitás miatt 150 m-rel a föld színe alatt van, és a benne futó részecskék többször átszelik a francia svájci határt. Szépen szimbolizálja ez a mai részecskefizika nemzetközi jellegét. Egyetlen ország sem képes arra, hogy egy ilyen eszközt egyedül felépítsen.
Legeslegvégül hadd mutassak egy képet, melyet én modern Livingstone-térképnek nevezek (2. ábra). Hogy miért tartom én ezt a legfontosabbnak, miért ezzel fejezem be az előadásomat? Azért, mert ott tartunk, hogy az új kísérletek már nem a zseniális ötletekből, hanem a műszaki fejlődésből származnak. Ez az, ami napjainkban a gyorsítók fizikájának hajtóereje. Ez fogja meghatározni számunkra a jövőben, mennyire tudunk visszatekinteni a múltunkba, milyen mélységekbe tudunk leereszkedni a részecskék közé, azok belsejébe.
_______________________
Carlo Rubbia Nobel-díjas, a CERN (Európai Nukleáris Kutató Központ) főigazgatója ez év májusában Budapesten tárgyalt, átvéve a Magyar Tudományos Akadémia szándéknyilatkozatát Magyarország CERN-hez való csatlakozására vonatkozóan. A Magyar Fizikushallgatók Egyesületének szervezésében az Eötvös Egyetemen találkozott magyar egyetemi hallgatókkal is. Ott hangzott el ez az előadás. Fordította: Szappanos Gábor, ELTE fizikus hallgató
