MAGYARORSZÁG, CERN ÉS A RÉSZECSKEFIZIKA JÖVÕJE

Vesztergombi György
KFKI, RMKI

Motto helyett ajánlás:

Simonyi Károlynak¹ és Koestler Artúrnak,² akiknek
az inspiráló könyvei nélkül ez az elõadás nem jöhetett
volna így létre.

A Magyar Tudományos Akadémia elnökének közismert kijelentése szerint: A huszadik század a FIZIKA százada VOLT.

A tõlem származó kiemelések azt az ebbõl levonható induktív következtetést célozzák kiemelni, hogy ezután NEM a fizika SZÁZADA következik: A részecskefizikusok ezt az állítást valóban hajlandók elismerni azzal a kiegészítéssel, hogy ezzel szemben azt remélik, hogy: A harmadik évezred a fizika ÉVEZREDE lehet.

A jelen elõadás célja annak bizonyítása, hogy valóban az LESZ, és az emberiségnek nem századokban, hanem inkább évezredekben érdemes gondolkodnia.

Fin de siede

Simonyi Károly idézi Szerb Antaltól:

"...az irodalomtörténet által átvilágítható korok közt nem volt egy sem, amikor oly határozottan érezték volna, hogy a végén vannak valaminek, mint a 19. század utolsó évtizedeiben. "

Közismert, hogy mennyire határozottan igaz volt ez az állítás a fizika esetén, és hogy az "élet", illetve a fizika milyen csattanós választ adott a 20. században a Cassandrák borúlátó jóslataira. Mielõtt azonban a helyzet jelenlegi speciális körülményeinek részletesebb taglalásába belemennénk, elõször szeretnék egy közelebbi, saját élményen alapuló hasonlatot elmondani.

Tegyük fel azt a legtudománytalanabb költõi kérdést:

Akkor már megvolt az atom- és hidrogénbomba; tökéletes, 10 jegy pontossággal mûködõ elméletünk volt: a kvantumelektrodinamika (QED), amellyel képesek voltunk megmagyarázni a megfigyelhetõ legfinomabb jelenségeket is a mikrovilágban, gondoljunk csak a Lamb-féle vonaleltolódásra. Emellett remek kis elméleteink voltak az elemi részecskék és az atommag leírására. A körülbelül tucatnyi elemi részecskét pedig még egyenként fejben lehetett tartani.

Az elsõ megrázkódtatás ebben a "szép régi világban", akkor következett be, amikor az új gyorsítók (BEVALAC, Dubna, Brookhaven, CERN) átlépték a rezonancia-keltési küszöböt, és néhány év leforgása alatt az elemi részecskék száma robbanásszerûen 200-300-ra növekedett és az eleminek nevezett részecskék világából átléptünk a kvark-lepton univerzumba.

Mégis, amikor 1967-ben megkaptam a fizikusi diplomámat, a kvark-vihar elsõ hullámának elvonulása után tanácstalanul néztünk egymásra, mivel nekünk már semmi új felfedeznivaló nem maradt.

Mekkora tévedés volt!!!

Az elmúlt 30 év alatt több új felfedezés történt a részecskefizikában és a kapcsolt tudományágakban (asztrofizika, kozmológia), mint az elõzõ korokban együttvéve. Hogy csak néhány legfontosabb felfedezést említsek a teljesség igénye nélkül:

1. 1974-ig csak 3 kvarkot és 4 leptont ismertünk, ma 6 kvarkról és 6 leptonról tudunk, amelyek 3 generációba sorolhatók. Egyre inkább megszilárdul a hitünk a kvark-lepton szimmetriában. A kölcsönhatásokat közvetítõ mérték-bozonok közül korábban csak a foton volt ismeretes, melyhez mára még újabb 11 (W⁺, W^-, Z és 8 gluon) csatlakozott.
2. A parton-modell kísérleti igazolása jelentõségében csak a Rutherford-kísérlethez hasonlítható. A Rutherford-kísérlet megmutatta, hogy az atom közepén egy picinyke (akkor még pontszerûnek tekinthetõ) atommag helyezkedik el. A mélyen rugalmatlan elektronszórással 1970-re sikerült bizonyítani, hogy bár a proton nem pontszerû, de belsejében pontszerû szórócentrumok (úgynevezett partonok) vannak, amelyeket a rezonanciák rendszerezésére bevezetett kvarkokkal lehetett azonosítani.
3. A Weinberg-Salam elmélet és annak kísérleti igazolása jelentõségében az elektromágneses és optikai jelenségeket egyesítõ Maxwell-egyenletekhez mérhetõ.
4. A kvantum-színdinamika (QCD) végre az erõs kölcsönhatásokra is érvényes elméletet tudott nyújtani, amelynek egzakt megoldása - sajnos - még nem sikerült, de olyan fantasztikus új jelenségeket lehet vele megalapozni, mint a kvarkok bebörtönzése vagy a "futó" csatolási állandó stb.
5. Kiderült, hogy nemcsak a tükrözési (P) és a töltési (anyag-antianyag) szimmetria (C) sérül külön-külön, hanem a kombinált CP is. Ennek direkt következménye, hogy akkor az idõ megfordíthatósági szimmetriának, T-nek is sérülnie kell.
6. stb....

Sorolhatnám még soká az utóbbi 30 évben kikristályosodott STANDARD MODELL további sikereit, de ezzel is csak azt tudnánk bizonyítani, hogy most már TÉNYLEG VÉGE. A Standard Modell mindent tud, ha valamit ebben ki tudunk számolni és a kísérleti eredmény nem egyezik meg a számolt értékkel, akkor biztos a kísérlet rossz.

Tehát mégis igaz, hogy a 20. századdal a fizika fejlõdése is lezárul?

1. ábra. "Felhõk a 19. századi fizika egén"

Ezen a ponton érdemes egy kis direkt összehasonlítást tenni 1900 és 2000 között.

Az 1900-as helyzetet kristálytisztán foglalja össze Simonyi, ahogy az az 1. ábrán látható. A klasszikus fizika néhány lényegtelen ponton (a fajhõ, a feketetest sugárzása és a fénysebesség állandósága) ugyan ellentmondásosnak tûnik, de ez nem ingatja meg Michelsont abban, hogy kijelentse:

"A fizika fontosabb alaptörvényeit és tényeit már mind felfedezték. A jelen pillanatban az alapok olyan erõsek, hogy az a lehetõség, hogy új felfedezések valaha is kiszorítsák õket, rendkívül távolinak látszik... A jövõ felfedezései az eredményeket legfeljebb a hatodik tizedesjegyben befolyásolhatják. "

2. ábra. Elvarratlan szálak a 20. századi fizikában.

A 2. ábra a jelen helyzetet jellemzi. A 20. század "hatodik tizedes jegyeiként" felfedezett kvantummechanika, speciális és általános relativitás elmélete most már a Standard Modell keretében 10-20 tizedesjegyre szorítja le a jövõ felfedezések tartományát. Van ugyan még néhány elvarratlan szál, mint a Higgs-bozon vagy a kvark gluon-plazma (QGP) léte, de ezek megtalálása csak idõ és pénz kérdése, mint azt a következõkben majd részletesen tárgyaljuk.

Most is akad azonban néhány bárányfelhõ az egyébként teljes derûben pompázó égbolton, mint a Nap-neutrínók, sötét anyag, Bell-egyenlõtlenség és a kvantummechanikai méréselmélet örök kérdése: hogyan történik a hullámcsomag redukciója, vagy a gravitáció kvantálása.

A múlt tapasztalatai alapján joggal feltételezzük, hogy képzavarral szólva ezek a felhõcskék valójában egy vagy több hatalmas jéghegy csúcsai. Több úton folyik a kutatás ezen jéghegyek mibenléte után, de a legelegánsabb, sõt legvadabb elméletek sem vezettek eddig kísérletileg értékelhetõ eredményekre.

Hogy a helyzet mennyire érett egy jelentõsebb áttörésre, azt a következõ fejezetben néhány történeti analógiával szeretném megvilágítani.

Az alvajárók zsenialitása - a zsenik együgyûsége

A történelmi analógiákkal érdemes a klasszikus mechanika megalapozásának kezdeteihez visszanyúlni. Képzeljük el magunkat az "alvajárók" Kopernikusz, Galilei és Kepler helyébe, amikor a mechanika legegyszerûbb elemei is csak kaotikus formában jelentek meg. Nem volt világos a különbség az erõ, az energia, a teljesítmény között. Galilei és Kopernikusz úgy tekintette, hogy az egyenletes körmozgáshoz nincs szükség erõre, sõt az a

legtökéletesebb, legegyszerûbb mozgásfajta és így a csillagok mozgását erre kell visszavezetni. Galilei még akkor is ezt vallotta, amikor Kepler már bebizonyította, hogy a Mars ellipszis pályán mozog!

1. táblázat

A 1. táblázatban látható, hogy mind a klasszikus, mind a kvantummechanika esetén 2 fázis különböztethetõ meg. Az alvajárók álmukban ösztönösen "tudatalatt" rátapintanak az új tudomány fogalmilag döntõ áttörést jelentõ fõaspektusára, (miközben jó néhány sületlenséget is összehordanak,) amelyet aztán a kellõ matematikával és kísérleti, technikai pontossággal felvértezett, most már ébren álmodó utódok meg tudnak magyarázni egy alapvetõen új elmélet keretében. Kopernikusz zseniálisan megérezte, hogy a Nap helyzete centrális, de mivel a pályák leírására neki a körpályákkal több epiciklusra volt szükség, mint Ptolemaiosnak, ezért munkájának nem lehetett gyakorlati jelentõsége, sõt a bevezetését kivéve könyvét el sem olvasták.

Kepler kezében lényegében már minden összejött, de még mindig sok mellékes töltelék anyaggal keverve. Ahogy azt Koestler nyomán mondhatjuk: Newtonnak kellett ahhoz eljönni, hogy a hatalmas meddõhányóban észrevegye a 3 alaptörvény gyémántjait, ugyanis igazából elõször Newton ismerte fel és definiálta jelentõségükhöz mérten a Kepler-törvényeket.

Kevésbé romantikus formában, de a történet a kvantummechanika születésekor is hasonlóképpen játszódik le. Planck fénykvantumait szinte akarata ellenére definiálja. A Bohr-Rutherford modell pedig klasszikus mozgásokra alapított, de belsõ ellentmondásokat tartalmazó modell segítségével villámcsapás-szerûen hozta a megértés közelébe a spektrumok titkait. Vegyük észre, hogy az eddig még névtelen "új" mechanika esetén pontosan a Bohr-modell szintjén vagyunk.

Megvan az alapelemek periódusos rendszere: 3 kvarkból és 3 leptonból álló 3 család formájában. A "megengedett és tiltott pályák" fogalmának a színtelen elemi részecske kombinációk felelnek meg, azaz leptonok csak egyedül, továbbá csak kvark-antikvark párok, vagy kvark-triplettek lehetségesek. A családok alapján a tömegek színképszerûen rendszerezhetõk. De igazán nem tudjuk, hogy miért nincs szabad kvark, miért törtszámú a kvarkok töltése, honnan erednek a hatalmas tömegkülönbségek stb.

Ezekre a kérdésekre az SM-tõl nem is várhatjuk a választ, hiszen az egy esetlegesen összehordott elemekbõl létrehozott téglarakásnak tûnik, amelyben 29 "szabad" paraméter van. A mélyebb megértést hozó zseniket éppen bizonyos "EGY-ÜGYÛSÉG" jellemzi. Az egy-ügyûséget itt két értelemben használjuk. Mivel a zsenik a dolgok egyszerûsítésére törekszenek, ezért lehetõleg egyetlen alapelembõl próbálják a sokféleséget. megmagyarázni, vagyis a korábban egymástól függetlennek tekintett jelenségeket egyetlen közös gyökérbõl (egy "ügybõl") származtatják.

1. Galilei, Newton: a földi és égi testek mozgását ugyanazon az elvek, irányítják. Sõt Newton annyira "együgyû", hogy a gravitációs erõ leírásához elegendõ egyetlen univerzális paramétert bevezetni. Ilyen szempontból az "egy-ügyûséget" második értelemben az egy (vagy kevés) paraméterûség szinonímájának is tekinthetjük.
2. Faraday, Maxwell: egyesíti az elektromos, a mágneses és fény jelenségeket, lényegében egyetlen paramétert, a fénysebességet, a c-t használva.
3. Planck, Heisenberg, Schrödinger a világ kvantáltságát egyetlen paraméterben, a .h-ban tudja összesûríteni.
4. Csak a teljesség kedvéért említem Einstein heroikus küzdelmét az egységes térelmélet ügyében.

Az "egy-ügyûség" rögeszméje azonban önmagában nem elég. Mind a klasszikus, mind a kvantummechanika esetén a mélyebb megértésre csak újabb matematika bevezetésével lehetett eljutni. Gondoljunk a differenciál és integrálszámítás felfedezésére és bevezetésére, vagy a Hilbert-tér, hullámfüggvény és operátorok szerepére. Az általános relativitás nem létezhetne a görbült terek matematikája nélkül.

Felmerül a kérdés vajon megvan-e már az "új" mechanikához szükséges új matematika, vagy azt is a fizikusoknak maguknak kell kitalálni. Ha így van, akkor a történelmi tapasztalatok alapján valóban évezredes léptékû problémákról lehet szó. Ugyanis a differenciánál és integrálszámítás csírái már a görög-római korban is felmerültek, de Newton és Leibnitz csak majd 2 ezer év után oldotta meg a problémát.

A sikerre természetesen nincs garancia, de valóban forradalmian új matematikai lépéseknek tekinthetõk a húr-, illetve membrán-elméleti próbálkozások, amelyek a Theory of Everything (TOE) megalkotását tûzik ki célul 10-11 dimenziós térben. Vagyis az egy-ügyûség igénye a mai fizikusokból sem veszett ki. Itt az újdonság és nehézség abban van, hogy akkor mégis miért csak a 3 + 1 dimenziós téridõt érzékeljük, hogyan göngyölõdnek be a többlet dimenziók a megfigyelhetetlenség határa alá.

Az új matematika felé azonban másfelõl is közelíthetünk. A világ atomos (diszkrét) vagy folytonos (kontinuum) jellege Démokritosz óta vita tárgya. A kvantummechanikai áttörés egyik fontos eleme volt a tézis (részecske) és antitézis (hullám) természeteknek a kettõs részecske-hullám természetbe való szintetizálása.

A Planck-tömeghez rendelhetõ hossz felveti az elemi térbeli hossz létezésének lehetõségét. Ha a tér valamiféle "szemcsés" szerkezetû, akkor a naiv elképzelés szerint ezek a szemcsék valahogy sorba állíthatók és megszámozhatók, vagyis egy diszkrét világban az ember a teret megszámlálhatóan végtelen elembõl állónak képzelné el. Viszont a görögök óta azt valós számokkal kifejezhetõ kontinuumként fogjuk fel. Azt lehet érezni, hogy az egyszerû leszámlálás bizonyos nehézségekbe ütközne. Kérdés, hogy a diszkrétség és a kontinuumság között van-e harmadik lehetõség.

Ez a probléma, vagyis hogy a megszámlálható és a kontinuum között van-e más számosság, a halmaz-elmélet kutatóit kezdetektõl fogva izgatja, amelyet a kontinuum-hipotézisként világosan meg is fogalmaztak. Viszonylag régen, körülbelül 20-30 éve derült ki, hogy a kontinuum-hipotézis a halmazelméletnek egy olyan axiómája, mint a párhuzamossági axióma a geometriában, vagyis lehetséges olyan rendszer, ahol nem igaz a kontinuum-hipotézis, tehát van számosság az Aleph és a C között. Mivel a bizonyítást nem ismerem, ezért nem tudom, hogy az mennyire konstruktív. De tegyük fel, hogy létezik olyan halmaz-elméleti modell, ahol van ilyen közbensõ számosságú halmaz.

Ugyanúgy, ahogy Einstein görbült tere nem követi az euklideszi geometriát, elképzelhetõ lenne az az eset is, hogy a mi világunkban nem igaz a kontinuum-hipotézis és a mi téridõnk éppen ilyen közbensõ számosságú halmaznak felel meg. Ha ez valóban így lenne, akkor ebbõl a szintézisbõl könnyen adódna, hogy idõnként diszkrétnek máskor kontinuumnak tûnne inkább.

3. ábra. A haladás ékje

Ebben a pillanatban lehetetlen megmondani, hogy ez az út vezet-e valamerre, de talán érdemes lenne a matematikusok figyelmét felhívni erre a lehetõségre.

Mélyfúrás

A részecskefizika jövõbeli szerepét illetõen a kérdést érdemes egy másik aspektusból is megközelíteni. Közismert metafora, hogy a tudományos haladás úgy fogható fel, mint egy ék, amely az ismeretlen szûzföldjébe hasít bele egyre mélyebben (3. ábra), azaz a haladás ékje egyrészt függõleges irányban halad mind mélyebbre, másrészt vízszintesen egyre jobban szélesíti a rést. Az elõbbi az alapkutatások által szolgáltatott egyre fundamentálisabb alapelemekre vonatkozó tudást reprezentálja, még az utóbbi az így megismert alapelemek egyre komplexebb szerkezeteit vizsgálva az alkalmazott kutatások körét bõvíti. Ebben az értelemben a részecskefizika mindenképpen az ék csúcsában helyezkedik el, hiszen a világ legelemibb építõköveit kutatja. Ehhez a kutatáshoz persze a segédtudományok és a technológia csúcsteljesítményeire van szüksége. A CERN-ben végzett kutatómunkához szükséges gyorsítók és detektorok két területen jelentenek minden mást meghaladó kihívást. Egyrészt az alacsony hõmérsékletek fizikájában, hiszen az új gyorsítóban 27 km hosszan kell 1,8 K-es hideget létrehozni. Ennek jelentõsségét akkor érthetjük meg, ha figyelembe vesszük, hogy a világûrt ehhez képest MELEG, 3 K-es sugárzás tölti meg. Magyarország ebben a problematikában csak érintõlegesen érdekelt, ezért a továbbiakban ezzel a témával nem foglalkozunk. Számunkra annál érdekesebb viszont az informatikai aspektus, ezért ennek a késõbbiekben jelentõs teret szentelünk.

4. ábra. Az "elemi" részecskék históriája

Visszatérve az általános megfontolásokra érdemes feltenni a kérdést, hogy történelmileg mit jelentett az "ék" csúcsában az anyag legalapvetõbb struktúráinak a keresése, vagyis hogyan változott az elemirész fogalma az évezredek folyamán. A 4. ábrán látható a részecskék történelme.

Az elsõ európai és kínai feljegyzések szerint körülbelül Kr.e. 600 táján merült fel az az igény, hogy a világban tapasztalható sokféleségét néhány alapvetõ elemre vezessék vissza. Ezt 4 elemben: Föld, Levegõ, Tûz, és Víz formájában vélték megtalálni. Az elkövetkezõ több mint 2000 év során lassan kialakult a kémiai elemek fogalma és számuk közel 100-ra növekedett (5. ábra). Az 1900-as évek elsõ harmadában kiderült, hogy az egyes kémiai elemek atomokból állnak, amelyek elektronból és protonokból (+ neutronokból, ahogy azt késõbb pontosították) tevõdnek össze. És természetessé vált, hogy az atomon túli részecskéket elemi részecskéknek nevezzük, amelyek száma a kezdeti kettõrõl alig 60 év alatt több százra emelkedett. Mivel ennyi még elemi részbõl is sok, a hatvanas évek közepén tíznél kevesebbre: 3 kvarkra és 4 leptonra sikerült redukálni az alapvetõ építõkövek számát, amivel a megértésnek egy újabb, mélyebb szintjét értük el. A 70-es években azonban a kvarkok-leptonok száma is rohamos növekedésnek indult. Így jelenleg már ezen a szub-szinten is összesen 61 elemi részecskénk van (2. táblázat) és az elmélet még ennek is a közeli jövõben való megduplázását jósolja (SUSY-részecskék).

5. ábra. Mengyelejev eredeti rendszere

Tehát újra megismétlõdni látszik a régi nóta: a Matrjozska baba hasában van egy újabb Matrjozska baba, amelynek a hasában... stb. Önként felvetõdik a kérdés, hogy az elkövetkezõ III. évezredben még hány ilyen "elemi" szintet fogunk felfedezni, hiszen az elõzõ két évezredben már három szinten átjutottunk és a negyedik szint feltárása minden valószínûség szerint elkerülhetetlennek látszik. Vajon ez lesz az utolsó?

2. táblázat

Halászat a zavarosban

Az elõzõekbõl kiderülhetett, hogy a következõ évezredben valószínûleg lesz mit felfedezni. Az azonban nem biztos, hogy képesek leszünk-e felnõni a feladat nagyságához. Hogy más területrõl említsek egy lehetséges példát: elvileg nagyon érdekes lenne a Tejúton kívüli más galaxisokba ellátogatva személyesen kutatni értelmes lények után, de ez a mai tudásunk szerint technikailag gyakorlatilag lehetetlennek tûnik. Ebben a fejezetben a mérhetõség határainak bizonyos elvi kérdéseit vizsgáljuk, a konkrét gyakorlati problémákat pedig a következõ fejezetben vetjük fel.

A mérési folyamat döntõ eleme, hogy képesek legyünk megkülönböztetni a JEL-et a ZAJ-tól. Ilyen értelemben a kutatómunka halászatot jelent a zavarosban. A zaj egyrészt eltakarja, hogy van-e ott egyáltalán valami, másrészt a szerencsére vagyunk utalva, hogy az a valami a horgunkra akasztható-e.

A fizika fejlõdése egyben annak a mûvészetnek a fejlõdése is, hogy az egyre zavarosabb vizekbõl egyre különösebb természetû lényeket fogjunk ki. Illusztrációként álljon itt néhány nevezetes példa, hogyan harcoltak a kiváló fizikusok ezzel az antagonisztikus ellenséggel:

1. KEPLER azért tudta felfedezni a Mars ellipszis-pályáját, mert egyrészt Tycho de Brahe nyolc percnél pontosabban tudott mérni, másrészt azért mert a Föld pályájának lényegesen kisebb az excentricitása, ezért a referencia pont mérési hibája ("zaja") elhanyagolható volt:
   JEL / ZAJ > 1.
2. GALILEI azért tudta bebizonyítani a szabadesés törvényét, mert a lejtõ alkalmazásával annyira lassú egyenesvonalú egyenletesen gyorsuló mozgást sikerült létrehoznia, hogy a vízcsorgatásos idõmérõ pontossági határa alá tudta vinni a mérési hibát:
   JEL / ZAJ > 1

   (Mellesleg Galilei az igazi (függõleges) szabadesés gyorsulására vissza-extrapolálva, a g számértékét körülbelül egy kettes faktorral elszúrta. Ez azonban semmit sem von le érdemeibõl, hiszen a döntõ elméleti eredmény bizonyításához szerencsére elegendõ volt a relatív mérési pontosság az egyébként zseniálisan egyszerû ötleten alapuló kísérletben.)

3. RUTHERFORD-nak legalább annyi alfa-részecskét kellett szóratnia, hogy statisztikailag szignifikáns mennyiségû szóródjon nagyszögekbe:
   JEL / ZAJ < 0,01.
4. Egyetlen darab OMEGA-MÍNUSZ részecske megtalálására százezer buborékkamra felvételt kellett átnézni, hogy igazoljuk a KVARK-modellt:
   JEL / ZAJ < 0,00001.
5. A 2005-ben induló CERN LHC gyorsítón egy év alatt 10 darab HIGGS-BOZON fog keletkezni, amely a

   H --> Z Z--> µ⁺ µ^- µ⁺ µ^- bomlás révén összesen 40 müont generál, miközben:
   100 részecske/esemény x 10⁹ esemény/s x 10⁵ s/nap x
   x 100 nap/év = 10¹⁸ részecske/év, azaz 10¹⁸ részecske halad át a detektoron, vagyis a

   JEL / ZAJ < 10^-16 (= 0,000 000 000 000 000 1).

Mégis igaza lesz Michelsonnak, hogy 1900 után valóban a sok tizedesjegyek fizikája következik? Persze ez csak formálisan néz így ki, hiszen ahogy egyetlen Omega-mínusz (6. ábra) úgy egyetlen Higgs is önmagában a megismerés egy újabb lépcsõfokát jelenti.

6. ábra. Az ohm^- felfedezése: az eredeti felvétel és annak értelmezése.

Világosan látható tehát a tendencia: minél mélyebbre ásunk, a verem fala egyre meredekebbé és omlékonyabbá válik. Elõrehaladás közben a figyelem zömét ezen zavaró tényezõk elhárítására kell fordítani. Érdekes módon a Higgs-bozon felfedezésénél nem az elegendõ energiájú gyorsító megépítése jelenti a fõ gondot, hanem az, hogy hogyan tudjuk elcsípni az adathalmaz mélyén rejtõzködõ prédát. Azt a feladatot, hogy körülbelül 1016 esemény közül kell kiválasztanunk a 10 érdekeset, egyszerû emberi eszközökkel nem lehet elvégezni. Itt jön be a számítógép és informatika nagy szerepe. Valószínûleg addig a mélységig leszünk képesek az anyag egyre mélyebb szerkezeti szintjeinek feltárására, amíg nõ a számítógépek teljesítménye. Szerencsére ezen a téren nagyon biztatóak a kilátások.

A jövõ évezred gyorsítói

A részecskefizikusok mikroszkópja a parányi szerkezetek felkutatására a részecskegyorsító, mivel a fénymikroszkóp csak olyan részletet képes feloldani a tárgylemezen, amely nem kisebb az alkalmazott fény hullámhosszánál, ezért azzal még a nagy méretû 10^-10 m-es atomok sem figyelhetõk meg direkt módon. A részecskegyorsítóval, amely tulajdonképpen elektron vagy proton anyaghullámmal mûködõ mikroszkóp, egyre finomabb és finomabb részleteket kell feloldani, ezért a hullámhosszát arányosan csökkenteni kell, ezt a nyaláb energiájának növelésével érhetjük el. Vagyis a csúcsmikroszkópnak csúcsenergiával kell rendelkeznie.

A CERN-ben most épül a világ messze legnagyobb energiájú gyorsítója a Large Hadron Collider (LHC). Ez két alapvetõ üzemmódban fog dolgozni. 7 TeV-es protonok 7 TeV-es protonokkal vagy 630 TeV-es ólomionok fognak 630 TeV-es ólomionokkal ütközni, vagyis a nehézion ütközések csúcsenergiája 1260 TeV = 1,26 PetaelektronVolt lesz. Tehát belépünk a PeV energia tartományba!! Ez ekvivalens kozmikus részecske energiában E_p ~10²¹ eV-nak felel meg, amilyen energiájú részecske a Világegyetemben alig-alig fordul elõ. Mostanában találtak néhányat, amelyek léte újabb problémát jelenthet a Standard Modellnek, mert a háttérsugárzás fotonjain szóródva, már rég le kellett volna lassulniuk.

Az LHC 2005-re fog elkészülni, de már az egész világon lázas elõkészületek folynak a gyorsítók újabb nemzedékének tervezésére. Amerikában igen elõre haladott állapotban van a 100 TeV-es protonenergia tartományban mûködõ Future Large Hadron Collider (FLHC) koncepciójának kidolgozása, amelynek a kerülete 600 km lenne (Magyarország területére éppen, hogy elférne). Ez teljesen új módszerrel, szennyvízcsatorna-építõ robotok segítségével készülne a föld alatt úgy, hogy a gyorsítók szokásos "metróalagútja" egy nagyobb csatorna méretûre csökkenne.

A FLHC-nél valószínûleg elõbb készül el az 5 TeV-es elektron ütköztetõ, ennek tervezése jelenleg párhuzamosan több helyen folyik (USA, Japán, Európa), de valószínûleg végül csak az egyik fog megvalósulni. A verseny egyelõre teljesen nyílt, a technológia tökéletességén kívül valószínûleg politikai szempontok fogják a döntõ szerepet játszani.

A harmadik komolyan tanulmányozott lehetõség a MÜON ÜTKÖZTETÕ. Képzeljük el a kihívás nagyságát, ha tudjuk azt, hogy a müon nyugalmi állapotban csak körülbelül egy-két milliomod másodpercig él. Persze ha sikerül 1 TeV-re gyorsítani, akkor relativisztikus effektus miatt a földi megfigyelõ számára már 104-szeresére nõ az élettartama, így már tízezer kilométert is képes megtenni a gyorsító köralagútjában.

Földi körülmények között elsõsorban a Föld véges mérete jelent határt, de ha kimegyünk a világûrbe, akkor a határ a csillagos égen is túl van. Nagyon érdekes lenne például, ha elõvennénk a világegyetem leghatalmasabb "elemi részecskéit", a neutroncsillagokat, amelyek egyetlen óriás atommagot képeznek. Ha lenne két ilyen neutroncsillagunk, és azokat fénysebességgel ütköztetnénk, akkor lenne csak nagy a durranás. Bár ennek az ütközésnek mesterséges elõidézése valóban science fictionnak hangzik, pedig a világegyetemben azért ez nem is olyan ritka jelenség, mert elég gyakran elõfordul, hogy a bináris csillagok mindkét tagja eljut a neutroncsillag fázisba, amelyek a gyors egymás körüli keringés miatt egyre veszítenek energiájukból és egymásba zuhannak. De mennyivel más lenne a helyzet, ha ez elõre tervezett módon kontrollált körülmények között következne be!

Ezek után gondolom elhihetõ, hogy a III. évezred felé élõ részecskefizikusoknak sem lesz unalmas az életük, ha ilyen csemegéken rágódhatnak majd.

Magyar kísérlet # 1:
A vákuum anyaga (Higgsology)

A 20. század dicshimnuszát zengve kissé meglepõnek tûnik az állítás, de igaz, hogy az eltelt 100 év alatt (tudniillik 1898 óta) igazából nem sikerült semmiféle alapvetõen új anyagfajtát felfedezni. Ugyanis a ma ismert alap építõkövek elsõ reprezentánsai már "több" mint százévesek:

• a fotont () az elsõ mérték-bozont W. R. Röntgen (1895)
• az elsõ hadront, a He-atommagot () H. A. Becquerell (1896)
• az elsõ leptont, az elektront () J. J. Thomson (1897)

fedezte fel. Azóta nem csináltunk mást, mint újabb és újabb variációkat kreáltunk ezen régi témákra.

Most azonban az új nagy gyorsítóval egy új energiatartomány a TeV-es régió nyílik meg számunkra. Az 2005ben meginduló LHC gyorsító építésében a CERN tagságán keresztül Magyarország is aktív részt vesz. Itt építjük a Compact Muon Solenoid (CMS) detektort, amelynek fõ célja ennek a kardinálisan új anyagfajtának a felfedezése lesz az LHC-n. Ez annyira újszerû valami, hogy külön e célból egy új részecskekategóriát kellett felállítani, a SKALÁR BOZON-ok osztályát. Annak ellenére, hogy olyan irtózatosan nehéz megtalálni - hiszen ez az a részecske, amely tucatnyi darabjának elõállításához 10¹⁶ kölcsönhatást kell átvizsgálni, ahogy azt a jel/zaj viszonyok kérdésének tárgyalásánál megmagyaráztuk -, ez a világegyetem leggyakrabban elõforduló alkotórésze:

Higgs-bozon = a VÁKUUM anyaga

De hogyan lehet a VÁKUUM-nak anyaga?

7. ábra. Modell a "fizikai vákuumra": cseverészõ fizikusok egy szobában (a fizikai "üresség" természetesen nem a fejek tartalmára értendõ).
	8.a ábra. Belép a Nobel-díjas fizikus.		8.b ábra. Mozgásában gátolva áthalad a szobán.
	9.a ábra. Egy fontos hírt jelentenek be a bejárati ajtónál, de csak a közeliek hallják.		9.b ábra. A hír szájról-szájra terjed mintegy "hullámcsomagot" képezve.

Hogy erre a kérdésre feleletet adhassunk pár szóval elemezni kell, hogy mi is az a VÁKUUM. Különbséget kell tenni ugyanis a "fizikai vákuum" és a semmi (= nihil) között. Ennek a kijelentésnek az értelmét a következõ absztrakciós gondolatmenettel érthetjük meg. Tegyük fel, hogy kimegyünk a világûrbe, minden csillagtól, galaxistól távol és ott körül kerítünk egy kockát. Ennek az "üres" kockának a belsejében még mindig marad néhány neutrínó és a 3 K-es hõmérsékleti sugárzásnak megfelelõ számú foton. Ha képzeletben ezeket is eltávolítjuk, akkor még mindig ott marad valami. Ez a valami a "fizikai vákuum". De ha ez a vákuum mindenütt ott van, akkor miért nem érzékeljük? Erre önmagunkat ismételve sommásan úgy lehet válaszolni, azért mert mindenütt ott van. Úgy érezzük magunkat, mintha egy halnak kellene megmagyarázni, hogy mi a víz. Mi ugyanis a vizet "kívülrõl" is látjuk, ezért a környezetbõl könnyen absztrahálhatjuk a fogalmát, ami "belülrõl" nem tûnik ki. A két dimenziós gömbfelületen élõ lények sem "látják", hogyan néz ki a gömb a 3 dimenzióban, ugyanúgy, ahogy mi sem nagyon tudjuk elképzelni azt, hogy néz ki egy 3 dimenziós gömb a 4 dimenzióban. Egyébként a vákuum anyagának kimutatására egy kissé több, mint 100 évvel ezelõtt igen kétségbeesett kísérlet történt, de azt akkor még "éter"-nek hívták, ami akkor azonban ellenállt Michelson minden zsenialitásának. A "mi éterünk" éppen abban tér el a klasszikustól, hogy ez relativisztikus, azaz Lorentz-invariáns, vagyis Michelson igazából nem az "éter" nemlétezését bizonyította be, hanem azt, hogy az nem Galilei-invariáns.

A tovább akadékoskodók megkérdezhetik: Na jó, és ha létezik ez a relativisztikus éter, akkor mi van? MINDEN!! Ugyanis éppen a vákuum anyagát alkotó részecskék, a Higgsek öltöztetik fel tömeggel a csupasz elemi részecskéket, amelyeket az így kapott nyugalmi tömeg miatt képesek vagyunk megállítani és szemügyre venni. Ha nem lenne Higgs-bozon, akkor a Standard Modell szerint minden részecskének mindig fénysebességgel kellene mozognia.

Tehát nem babra megy itt a játék!!

A következõ kérdés: Hogyan tud a Higgs-bozon tömeget generálni a többi részecskének?

Mellõzve a matematikai formulákat, ezt egy újabb analógia segítségével próbálhatjuk megérteni. Képzeljük el, hogy a "fizikai vákuum" egy szoba, amely tele van egymással cseverészõ fizikusokkal, ahol a fizikusok reprezentálják a Higgs tér kvantumait (7. ábra). Egyszer csak belép egy tekintélyes Nobel-díjas fizikus, aki éppen az újabb Nobel-díjas kísérletén gondolkodik, amirõl mindenki hallani szeretne. Ahogy áthalad a szobán, többek érdeklõdését felkeltve, az ott levõk próbálkoznak egy-egy pillanatra szót váltani vele. Ez természetesen lelassítja az Õ mozgását, hiszen a rátapadók csoportját is magával kell hurcolnia, vagyis mozgásában gátolttá válik és ez az a haladási ellenállás, amely tömegként jut kifejezésre (8.a és b. ábra)

10. ábra. a) A Compact Muon Solenoid (CMS) detektor; b) A Very Forward Calorimeter (VFCAL)

További bonyolító kérdés: Hogyan tud a Higgs-részecske tömeget generálni önmagának?

Itt is az elõzõ fizikai vákuum hasonlatból kell kiindulni. De most nem lép be senki a szobába, hanem valaki az ajtóhoz közelállók tudomására hoz egy fontos hírt, amelyet a szemközti ajtónál állókhoz kell eljuttatni. Ahogy ennek a hírnek az elterjesztésére az egymáshoz közelállók összehajolnak, hogy az általános zsivajban pontosan megértsék egymást és megint egy bizonyos csoportosulás jön létre, amely fokozatosan halad elõre a kért irányba (9.a és b ábra).

Összehasonlítás kedvéért érdemes megjegyezni, hogy a részecskék általában kis tömeget (körülbelül 1 GeV/c2 körül) öltenek magukba, míg a Higgs-bozon várható tömege több száz GeV. Ezt persze a fenti analógia alapján nehéz lenne kikövetkeztetni.

A Higgset kutató kísérlet elvi rajza a (10.a ábrán) látható, amelynek méretei lélegzet elállítóak. Magassága körülbelül 15 méter, hossza 22 méter, a teljes súlya 14 500 tonna. Valóban akkora mint egy 5 emeletes ház. Mindez dugig van tömve detektorokkal és elektronikával. A szupravezetõ mágnessel létrehozott 4 Tesla erõsségû mágneses tér rekord nagyságú térfogatot tölt ki. A kísérletben résztvevõ fizikusok száma 1500 fölött van.

Milyen szerepet játszhat egy picike (25 fõs!) magyar csapat egy ilyen hatalmas vállalkozásban?

Jelszavunk: kicsi a bors, de erõs!

Arról sem szabad elfeledkezni, hogy olyan súllyal nem érdemes erõlködni, amelyet eleve nem bírok felemelni. A hengeres, hordó alakú "Barrel-detektor" fedõlapjának közepén az ütközõ protonnyalábok ki és bevezetésénél található a két Very Forward Calorimeter (VFCAL). Ezen a "kicsi" 3 méter átmérõjû VFCAL-on ugyanannyi részecskét kell detektálni, mint a 14,6 méteres hatalmas Barrelben. Mi magyarok erre koncentráljuk erõnket, ahol egy lényegesen kisebb kollaboráción belül már mi is lényeges szerepet játszhatunk. Persze ez a kisebb rész-kollaboráció nem törekedhet a részecskék olyan részletes tanulmányozására, mint a Barrel-t építõk, mivel itt csak a globális információt nyújtó kalorimetrikus információt nyerhetünk, ezért persze ez olcsóbb és kisebb. Ugyanakkor nem nélkülözi ez a feladat sem a rendkívüli technológiai kihívást, hiszen ezen a helyen fajlagosan sokkal nagyobb energia koncentrálódik. A detektoroknak rendkívül nagy sugárterhelést kell kiállniuk és az elektromos jeleket rendkívül gyorsan fel kell dolgozni és továbbítani, hiszen átlagosan minden nanomásodpercben történik egy új ütközés. Erre a célra (10.b ábra) quartz-fibre Cserenkov-technológiát alkalmazunk, amely a maga nemében ilyen méretekben teljésen újdonságnak számít. Már az elsõ kísérleti lépéseket is elvégeztük. 1998 májusában sikeresen megkezdtük a VFCAL detektorok 1,5 tonnás prototípusának próbaméréseit. Ez azonban a teljes VFCAL-nak csak körülbelül 1 %­a, vagyis van még rengeteg teendõ 2005-ig a kísérlet megkezdéséig.

Magyar kísérlet # 2:
ALICE (Quark Liberation Movement)

Az LHC gyorsító valójában két gyorsítót rejt magában a 7 + 7 TeV-es pp mellett mûködtethetõ olyan üzemmódban is, hogy 3,12 TeV/nukleon energiájú nehézion nyalábokat ütköztessen. A nukleononkénti energia azért adódik a protonokhoz képest a felénél kisebbnek, mert a nehézion-atommagokban több a neutron, mint a proton, amelyek azonban nem gyorsíthatók, ezért a töltött protonok csak ballasztként cipelik õket magukkal a "hátukon".

11. ábra. a) Kétszemélyes (mezon) cellák; b) Három személyes (barion) cellák

De miért bonyolítjuk el az életet ilyen komplikált rendszerek ütköztetésével? Ennek megértéséhez be kell hatolniuk egy kissé mélyebben a kvark-világ rejtelmeibe, mert csak így válhat eléggé világossá, hogy mit nyerhetünk ennek a fantasztikus világnak a megismerésével. Ez annyiban titokzatos világ, hogy a szereplõk állandóan rejtve vannak, sem szabad kvarkot, sem szabad gluont nem találtunk. Azt mondjuk, hogy a kvarkok életfogytiglani börtönre vannak ítélve. A kvark-börtön két-, illetve háromszemélyes cellákból áll (11. ábra). A kétszemélyes cellákat kvark-antikvark párok foglalják el (mezonok), míg a hármasokban vagy 3 kvark vagy 3 antikvark van (barion vagy antibarion). A kvarkok közt gluonok közvetítik a kölcsönhatást, amelyek szintén örök rabságra vannak ítélve. A következõkben azt szeretnék megmutatni, hogy mégis hogyan és milyen értelemben lehet ezeket a részecskéket a szolgaságból kiszabadítani. A kvark felszabadítási mozgalom - Quark Liberation Movement - lényege úgy érthetõ meg, ha a összehasonlítjuk a kvarkok közt mûködõ kölcsönhatást az elektromos töltések kölcsönhatásával. Az elektronok az atomokban az

12. ábra. a) Az elektront fotonnal kilökhetjük az atomi elektronhéjról. b) Gluon-gluon kölcsönhatás; c) A gluon-húr a mágnesrúdhoz hasonlóan törik illetve szakad ketté.

elektronhéjból kiszabadíthatók ionizációval (12.a ábra), de vajon miért nem lehet egy mezonból vagy barionból egy-egy kvarkot kicsípni? A fotonok az elektromos töltések között közvetítik a Coulomb-kölcsönhatást, semleges atomok között nincs hatásuk. A gluonok a "kvarktöltések" között közvetítik az erõs kölcsönhatást, de ezek teljesen más jellegû "töltések" mint az elektromos.

Elektromos töltés csak kétféle lehet pozitív vagy negatív. Ha az össztöltés nulla, akkor nincs hatás.

Kvark-töltés viszont HÁROM-féle lehet és nem egyszerû számtani összeget képez a szuperpozíciójuk, hanem három különbözõt kell azonos arányban összetenni, hogy semleges kvark-töltést kapjunk. Ezen formai analógia alapján jelölik a kvark-töltéseket színekkel: G(reen), R(ed) és B(lue), mert közismert, hogy 3 alapszínt összetéve kaphatjuk a színtelen fehéret. A szín (color) analógia sem egészen teljes, mert igazából 6 szín van, ugyanis minden kvark-töltésnek azaz színnek van anti-színe, mely persze szín plusz anti-szín kombinációban is tud fehéret, azaz semleges színt produkálni. Ez a magyarázata annak, hogy miért vannak külön-külön 2, illetve 3 személyes cellák. A kvantumszíndinamika alaptörvénye ugyanis, hogy a természetben szabadon csak színtelen (azaz semleges kvark-töltésû) objektumok létezhetnek, ennek megfelelõen a mezonok egy-egy színes és antiszínes kvark-antikvark párból állnak, még a hadronok három szín egyenlõ arányú keverékével biztosítják a fehérséget, a színtelenséget.

Van még egy kardinális különbség a Coulomb-kölcsönhatáshoz képest; lényegében ezen múlik a kvarkvilág ilyen bizar viselkedése. A fotonoknak nincs töltésük ezzel szemben az erõs kölcsönhatást közvetítõ gluonblokknak van SAJÁT szín-töltésük, mégpedig elég hermaphrodita módon minden gluon egyszerre két szín-töltést hordoz. Ez a kétszínûség azt jelenti, hogy a gluonok egymást is vonzzák, hiszen kétszínû gluonokat egymás között is ki tudunk cserélni (12.b ábra) ez a gluon-gluon erõs és intenzív kölcsönhatás mintegy kifeszített húr a két kvark-töltést összekötõ vonalon koncentrálódik, anélkül, hogy az ereje a távolodás növekedésével csökkenne. Így a szeparációra csak az az egyetlen lehetõség, hogy egy ponton a húr elpattan szín-antiszín párt hordozó kvark-antikvark párra (12.c ábra), amely végeredményben színtelen részecskéket eredményez. Kicsit a mágnesrúdhoz hasonlít a jelenség, ha a mágneses dipólt eltörjük, akkor a törésponton új északi és déli pólusok jelennek meg, és a végén két új dipólt kapnak.

Az erõs kölcsönhatást matematikailag a kvantumszíndinamika (Quantum Chromo Dynamics) írja le, de a gluonok fentebb említett bonyolultsága miatt a téregyenleteket még nem sikerült megoldani. Csak közelítõ módszerekkel próbálunk a megfigyelt jelenségekre magyarázatot találni. Az eddigi szuperkomputerek is elégtelennek bizonyultak a feladat bonyolultságához képest. A helyzet annyira válságos, hogy a teljesítmény néhány nagyságrenddel való növelése alig visz közelebb a megoldáshoz. Minden valószínûség szerint hosszú menetelésre kell azon elméleti fizikusoknak felkészülni, akik ezen a pályán akarnak érvényesülni. Bár az egyenletekbõl egzaktul eddig nem sikerült bebizonyítani, hogy mennyire abszolút jellegû a kvark-bebörtönzés, az QCD-elmélet homályából mégis kicsillan valami halvány reménysugár. A rácson végzett diszkretizált modellszámítások szerint bizonyos körülmények között, különlegesen magas hõmérsékleten a kvark-anyag fázis átalakuláson mehet át, ahol az egyes kvark-cellák falai felolvadhatnak, az összes kvark és gluon egyetlen hatalmas buborékban kerülhet, amelyen belül aztán szabadon mozoghatnak. Ha helyesek az elméleti következtetések, akkor legalább egyszer létezhettek olyan körülmények, amikor az anyagnak ez az új típusa, az úgynevezett kvark-gluon-plazma (QGP) tényleg létezett. Ugyanis a NAGY BUMM elsõ pillanataiban, t < 10^-10 s idõtartományban az egész Univerzumnak ezen az állapoton keresztül kellett mennie. Vagyis a kérdés valóban világtörténelmi jelentõségû, e nélkül nem érthetjük meg a Nagy Bumm fizikáját.

De mit csinálhatunk ma ebben a forró témában 15 milliárd évvel késõbb? Bízhatunk a kísérleti részecskefizikusok találékonyságában, akik már bizonyítottak, hiszen sikerült nekik a csillagok tüzét (a fúziót) a Földre lehozni. Bár a siker eddig elég viszonylagos, mert a folyamat jobban mûködik a hidrogénbombában, mint a tokamakban, de ami késik, nem múlik. A QGP esetén a szükséges anyagsûrûségét és magas hõmérsékletet a nehézion gyorsítókban próbáljuk megvalósítani. Az ütközés során elõször fordított irányban játszódik le a Nagy Bumm. A kompressziót követõ expanzió pedig egy a laboratóriumban megvalósuló Mini Nagy Bummot eredményez.

A 13. ábrából érthetõ, hogy miért elõnyösebb, ha minél nagyobb atommagokat ütköztetünk, hiszen így nagyobb lehetõség van arra, hogy viszonylag nagy térfogatban törjük fel az egyes nukleonok (protonok és neutronok) burkát, így jelentõs mennyiségû kvark-gluonplazmát hozzunk létre, amelyben még a gyors lehûlést követõ hadronizáció elõtt sokszoros ütközések következtében termikus egyensúly alakulhat ki a kvarkok és gluonok között. Bár az egész folyamat igen rövid, körülbelül 10^-22 s alatt lejátszódik, megfigyelése mégis fundamentális jelentõségû lenne a kvarkok kiszabadításának megértése szempontjából.

13. ábra. Mini Nagy Bumm a nehézionok ütközésekor.

Arra az ellenvetésre, hogy miért nagy ügy az, ha a kvarkok egy kis börtönbõl egy nagyobba kerülnek, egy történelmi hasonlattal szeretnék reagálni. Közismert, hogy a II. világháború után, a hidegháború csúcsán, még a szocialista országok között sem lehetett turista utakat tenni. Micsoda különbség, hogy ma a világ bármely országába elutazhatunk, ha pénzünk és idõnk van! Pedig az országnyi börtönbõl csak egy kicsit nagyobb börtönbe, mármint a Föld egész területére kerültünk, és nagyon valószínû, hogy soha nem juthatunk el még a legközelebbi csillagig sem. Hogy ez a tiltás mennyire abszolút, az az emberiség szempontjából nincs eldöntve, hiszen ki tudja mivé fejlõdhet még a bolygóközi utazás eddigi technikája. A kvarkok esetén a gyakorlati lehetetlenség bizonyítottnak látszik azzal, hogy bár az utóbbi 30 év alatt mindent megpróbáltak, de mégsem sikerült szabad kvarkot találni. Elméleti téren azonban még nincs egzakt bizonyíték, tehát az elvi lehetõséget még nem lehet kizárni.

Mellesleg jegyzem meg, hogy a neutroncsillagok belsejében szintén feltételezhetõ a QGP jelenléte, ahol az már igen csak makroszkopikus méreteket érhet el, csak éppen az számunkra nem hozzáférhetõ.

Ilyen körülmények között érthetõ, hogy milyen nagy a részecskefizikusok érdeklõdése a QGP létrehozásában. A CERN-ben az elsõ nagyobb szabású magyar kísérleti munka középpontjában is ez a kutatás áll az NA49 kísérlet keretében. 1994-ben került installálásra a Budapest-Fal, a 400 csatornás repülési idõ spektrométer, amely a hatalmas kísérleti berendezés mellett ugyan eltörpül, de markáns hozzájárulást jelent a kísérlet sikeres végrehajtásához. Ennek a segítségével lehet ugyanis a repülési idõk különbsége alapján az elektronokat, pionokat, kaonokat, protonokat és deuteronokat szétválasztani. A 14. ábra az NA49 detektornak a részecskeazonosítási képességét bizonyítja. Ezzel kapcsolatban érdemes megjegyezni, hogyan érvényesül az egyes személyek szerepe a Nagy Tudomány többszáz fõs kutatócsoportjaiban. Minden részecskére 2 paramétert kellett megadni: a TPC detektorban való ionizáció (dE/dx) és a TOF spektrométerben a repülési idõbõl számított m²-t. A m² pontos meghatározása Siklér Ferenc munkájának eredményességét dicséri, míg a dE/dx, pontos mérésének módszerét Veres Gábor fizikus hallgató találta meg nyári ösztöndíjasként, pedig elõzõleg tucatnyian dolgoztak a problémán 3 éven át.

14. ábra. Részecskeazonosítás CERN-ben a Budapest-Fallal.

Az eddigi mérési eredmények még nem adnak elég információt a QGP létezésére vonatkozóan. A nagy áttörés az LHC-n várható, ahol a magyar csoport aktívan részt vesz az ALICE kísérlet elõkészítésében.

CERNOLOGY

A korábbiakban összefoglaltam a jelen helyzetet, és a hosszú távú elképzeléseket. Most arra a témára szeretnék áttérni, hogy milyenek ennek a kutatásnak a szervezeti keretei és ez hogyan illeszkedik a hazai aktivitáshoz.

A CERN-t 1954-ben alapították Centre Européen pour la Recherche Nucléaire néven a tudományosan is romba dõlt Európában mintegy a Manhattan Program békés ikertestvéreként, hogy szigorúan nyilvános és békés alapkutatásokat végezzen a nukleáris fizika területén, ahol az Egyesült Államok az atomreaktorok, az atom- és hidrogénbomba, valamint a gyorsítóval végzett elemi részecske kutatások területén, behozhatatlannak tûnõ vezetésre tett szert. A CERN, megalakulásától fogva szimbóluma volt az európai népek összefogásának, hogy a földrész nyugati felének erõit egyesítve, legalábbis tudományos síkon a szuperhatalmakkal egyenlõ szintet érjen el. Valóban az 1960-as évekre a koncentrált anyagi és szellemi erõfeszítés eredményeként ezt a célt sikerült elérni. Sõt azóta messze túl is szárnyalták, mert az 1980-as évek közepére a CERN vitathatatlanul a világ legnagyobb méretû és presztizsû részecskefizikai intézetévé vált.

1989 után megnyitotta kapuit a középeurópai országok felé is. Nem véletlenül Csehszlovákia, Lengyelország és Magyarország volt az elsõ 3 (közben 4-gyé vált) állam amely bebocsátást nyert. (A közeljövõben még Szlovéniának vannak esélyei a viszonylag gyors csatlakozásra.) Tehát amikor Magyarország 1992-ben a CERN teljes jogú tagja lett, akkor az EU belépést, mintegy szimbolikusan megelõlegezve a magyar részecskefizikusok számára egy csapásra megvalósult az Európai Egyesült Államok legalábbis a tudomány ezen területén. A helyzet annyiban még kedvezõbb volt, hogy a jogokat már kezdettõl fogva teljes egészében élvezhettük, míg a kötelességek teljesítésében a fokozatos megterhelés elvét alkalmazva 10 éves átmeneti idõszakra könnyítést kaptunk. Így a teljes tagdíjat csak 2002-tõl kezdve kell majd befizetnünk. A CERN mai 19 tagja közül a 15 régi tag (Írország, Luxemburg versus Svájc, Norvégia cserével) azonos az EU tagországokkal, míg a 4 újat a visegrádiak alkotják.

Ebben a kontextusban a speciális magyar helyzet a következõképpen jellemezhetõ. Ahogy az ország, úgy a tudomány is válaszút elõtt áll: hogyan tovább a harmadik évezredbe vagy kissé pragmatikusabban, a 21. századba? Az 1989 után megindult bíztató irányú fejlõdés sok buktató és kitérõ után jutott el a mai állapotba, amikor egy új kezdet körvonalai látszanak kirajzolódni. A kérdés az, hogy tudunk-e élni a kínálkozó lehetõségekkel.

Magyarország kis ország, nem lehetünk mindenben egyszerre az élen. Meg kell találni a kitörési pontokat, amelyekre koncentrálva csúcseredményeket tudunk produkálni, hogy a világ élvonalába kerüljünk. Sport-hasonlattal élve, a tudományban és technikai fejlesztésben meg kell találni az "olimpiai sportágakat", amelyekben éremesélyesek lehetünk. A sportban a csúcsot az olimpiai bajnokság jelenti, a tudományban valószínûleg még ennél is nagyobb rangot jelent a Nobel-díj. Nehéz annál nemesebb tudományos célt elképzelni, mint azt a lehetõséget, hogy magyar technológiával, magyar mérnökök által épített mûszerekkel magyar fizikusok a siker reményével indulhassanak a jövõ Nobel-díjakért a világversenyben. A magyar részvétel a CERN-ben pontosan arra ad lehetõséget, - ahol körülbelül annyi befektetéssel, amennyibe itthon egy komolyabb kutatóintézet fenntartása, azaz alapellátása kerül mûszereknek és maguknak a kutatási programoknak a finanszírozása nélkül, - hogy teljes jogú felhasználói és résztulajdonosai lehetünk a világ legfejlettebb tudományos infrastruktúrájának, amely reális alapot nyújthat az ilyen elképzelésekhez.

A CERN a részecskefizikai fõprofil mellett rendkívül széles multidiszciplináris tevékenységet folytat, ezért Magyarország egész területérõl von hatókörébe kutatócsoportokat és egyes kutatókat. Így a vidék és Budapest általában egymástól elszigetelten mûködõ kutatói számára a CERN mintegy "olvasztótégelyként" hat, azaz a magasabb színvonalon való országos kutatási harmonizációt biztosítja. A szokványos hazai kutatóintézetektõl eltérõ szervezési formát igényel a szélesen vett nemzeti és nemzetközi vonatkozások figyelembe vétele, hogy a lehetõségeket effektíven kihasználhassuk.

A CERN a csúcskutatást, csak csúcstechnológiával képes megvalósítani, és a látszat ellenére itt döntõ részben a K + F-bõl az F, a fejlesztés folyik. Jól jelzi ezt a tényt, hogy a 2804 fõs személyzetbõl csupán 100 a kutató fizikus, az alkalmazott kutatók és mérnökök 863-an vannak, akiket 1001 technikus és 370 szak- és betanított segédmunkás támogat. Az adminisztrációt 470-en végzik. A világ 7000 fizikusa általában csak "vendég" a CERN-ben, mert zömmel otthon dolgozik.

Ezek az adatok két vonatkozásban is további kiegészítésre szorulnak. Egyrészt mit jelent az, hogy a CERN-ben "nincsenek" fizikusok? Másrészt milyen lehetõségeket rejt magában ez a nagy szabású technikai fejlesztésre való irányultság?

Hogy e két aspektus milyen viszonyban áll egymással azt legjobban egy ipari példával lehet illusztrálni. Széles Gábor nyilatkozta a Magyar Nemzetben (1998. június 6.): "a nyugat-európai autóiparban 2,2 millió ember dolgozik, s közülük csak kétszázezer összeszerelõ üzemben, a többi kétmillió pedig kis- és középvállalkozások formájában háttéripari, beszállítói munkát végez. Ez azt jelenti, hogy nálunk is a foglalkoztatott összeszerelõ létszám tízszeresének lehetne munkát, megbízást adni...'

Pontosan ez a helyzet a tudományban (legalábbis a részecskefizikában): a központban tényleg csak a központi feladatokat kell megoldani. Ami kisebb laboratóriumokban és kutatócsoportokban ettõl függetlenül elvégezhetõ, azt decentralizáltan helyben kell elvégezni. Viszont ez csak úgy érhetõ el, ha közben maximális kommunikációs lehetõségeket nyújtunk az együttmûködõ partnereknek. Nem véletlen, hogy ennek a kommunikációs rendszernek egyik fõ elemét a World Wide Webet a CERN-ben találták fel, hiszen a tudományos információáramlás komplexitása jóval meghaladja az iparban szükséges raktári készlet optimalizálási feladatot.

Ugyanakkor ez a fejlõdés lényegében választ ad a Nagy Tudomány / Kis Tudomány dilemmára is. Hiszen az egyes kutatók a nagy rendszer egyes részletelemeinek fejlesztésében igen nagy szabadsággal rendelkeznek és már kisebb egyedi projektek is jelentõs hozzájárulást tehetnek, Ugyanis a nagy rendszerek attól nagyok, mert sok azonos elembõl épülnek fel. Az ötlet, a szellem a prototípusok kidolgozásához kell, amihez általában elég egy jó fizikus és mérnök, egy ügyeskezû technikussal megáldva, A részecskefizika utóbbi 30 évében ilyen kis csoportok technikai áttörései tették lehetõvé, hogy ma már részecskék ezreit tudjuk rögtön három dimenzióban detektálni és elektronikusan azonosítani. Ilyen jellegû tevékenységért kapott például Georges Charpak Nobeldíjat. Egyetemi kis laboratóriumok százaiban ma is folyik hasonló aktivitás. A CERN tagság arra ad lehetõséget, hogy ilyen kis magyar kutatócsoportok tucatjai legyenek képesek a kutatások fõáramába becsatlakozni. A bajnokok EURÓPA LIGÁJÁBAN is egyedi futballisták rúgják a gólokat, de micsoda különbség ott és nem a megyei harmad-osztályban futkosni a labda után. Ezért kell a mi kutatóinkat és mérnökeinket a tudományos technika elsõ osztályba bejuttatni.

Itt a lényeg azon van, hogy ismerjük az aktuális problémákat, amiket meg kell oldani, Az eredményes kutatásban általában nem a válasz nehéz, hanem a jó KÉRDÉS feltétele. A helyesen feltett kérdés már magában hordozza a válasz felét. Személyes tapasztalatból mondhatom, hogy a CERN nem az a hely, ahol az egyének elszürkülésétõl, a tömegbe való olvadásától kellene tartani. Nehezen lehetne találni még egy olyan pontot, mint a CERN COOP-Cafeteria, ahol annyi öntörvényû, magányos és kollektív "zseni" zsúfolódik össze ilyen kis helyen.

Ha megvan a nagy ötlet, akkor jön a nagyvolumenû kivitelezés, azaz a fentebb említett második szempont. Ez teszi lehetõvé annak a CERN jelszónak a megvalósulását:

A pénztártól való távozás után PÉNZT vissza is adhatunk!

Mivel a CERN-ben csak "összeszerelés" folyik, ezért a részegységeket a "piac"-ról szerzi he és a beszállítóknak svájci frankkal fizet. Általában a befizetett tagdíj 40 %-át lehet így visszaszerezni, de ügyesebb országok esetén ez elérheti, sõt meghaladhatja a teljes összeget is. Ez a lehetõség azon túlmenõen, hogy pénzt hoz a konyhára, még sokkal fontosabb egyéb elõnyökkel is jár. Eleve az a tény, hogy valaki képes ilyen magas igényeket kielégítõ piacra beszállítani, a többi piacon is rendkívül fontos referenciát jelent. A legfõbb elõny azonban abból adódik, hogy mivel a fejlesztések kezdeti szakaszában tudunk bekapcsolódni, ezért a technikai transzferben a forrásoktól kiindulva vehetünk részt, nem utólag kell egy adott technológiához felzárkózni. Magyar szemponthól ezen a téren az informatika nyújthatja a legnagyobb lehetõségeket, ezért ezzel a témával egy külön fejezetben foglalkozok.

A CERNOLOGY fejezet zárásakor érdemes egy kicsit általánosabb szemszögbõl is szemügyre venni a CERN (és a tudomány) viszonyát a társadalom egészéhez. Erre jó alkalmat biztosít a leköszönõ CERN vezérigazgatójának cikke (CERN Courier 1998. szeptember)

"Két évvel ezelõtt Nagy-Britanniában közvéleménykutatást végeztek a következõ témából (a százalékokat az egyes válaszok után zárójelben közöljük):

Az UK minden évben 55 millió fontot (közel 20 milliárd forintot!!) fizet be a CERN-be, amely egy Genfben székelõ európai intézet, ahol a tudósok a Természet alaptörvényeit és azt próbálják megérteni, hogy mik az anyag végsõ alapkövei. Mi a véleménye az adófizetõk pénzének ilyen formában való felhasználásáról? Úgy véli, hogy

• ilyen célokat nem szabad támogatni, mert közpénzt nem szabad a tudományra fordítani [5%];
• ezt a pénzt praktikusabb célokra (mint egészségügy vagy közlekedés), jobban el lehetne költeni [56 %];
• igen fontos, hogy közpénzekbõl támogassák azokat a kutatásokat, amelyek a tudomány fundamentális kérdéseire keresik a választ [22 %];
• több pénzt kellene költeni az ilyen kutatásokra [8 %];
• nem tudom / nem érdekel [8%];

Igen bátorítónak találom, hogy az embereknek egy olyan véletlenül kiválasztott mintájában, akik közül sokan valószínûleg a kérdés, féltevésekor hallottak elõször a CERN létezésérõl, 30 % vélekedik úgy, hogy érdemes közpénzeket áldozni a CERN-re, sõt egyesek még a jelenleginél többet is hajlandók lennének erre a célra fordítani. Továbbra, úgy gondolom, hogy sokan azok közül, akik azt mondták, hogy ezt a pénzt inkább az egészségügyre kellene fordítani, megváltoztatnák véleményüket, ha tudták volna, hogy a fejlett világban minden nyolcadik ember elõbb vagy utóbb olyan gyorsítóknál részesül rákellenes terápiában, amelyet a részecske és magfizikai kutatásokra fejlesztettek ki; ha a PET scan-re van szükségük akkor valószínû, hogy a scanner olyan BGO kristályokat fog tartalmazni, amelyet a CERN-ben az L3 kísérletek a LEP-nél fejlesztettek ki. (Sõt azt is érdemes lenne tudatosítani, hogy minden TV-ben egy 20-22 keV-es elektrongyorsító van. - a szerzõ kiegészítése)

Általában is az a tapasztalatom, .hogy az embereket érdeklik a részecskefizikai felfedezések és elfogadják azt, h. hogy az emberiségnek mint egésznek folytatni kell a természet legmélyebb titkainak feltárását... Ugyanakkor cáfolni kell azt a téves elképzelést, hogy részecskefizika egyre többe és többe kerül. Éppen az ellenkezõje az igaz. Miközben a CERN óriási fejlesztéseket hajtott végre, az inflációval korrigált CERN költségvetés az elmúlt 20 év alatt 20 %-kal csökkent. Ugyanakkor a GDP a CERN tagállamokban tipikusan 60 %-kal növekedett reál értékben. Vagyis ma relatíve körülbelül fele annyit költenek az európai polgárok a részecskefizikára, mint 20 évvel korábban.

A részecskefizika olcsóbbodását még szemléletesebben bizonyíthatjuk, ha összehasonlítunk néhány számot, amivel Alvaro Rujula szokta szemléltetni, hogy milyen jó üzlet gyorsítót építeni:

A világ legegyszerûbb részecskeforrása Prométheus óta a tûz, egy kis öngyújtó Svájcban 1 frankba kerül, ebbõl zömmel infravörös fotonok repülnek ki az atomok felgerjesztett elektronhéjáról, amelyek átlagenergiája 0,1 eV. A LEP gyorsítóval a 80-as évek közepe óta 10¹¹ eV energiájú Z bozonokat hoznak létre, ez a gyorsító 1 milliárd svájci frankba került. Tehát 1 eV energia létrehozása a LEP gyorsítón relatíve 10¹²/10⁹ = 1000-szer olcsóbb, mint az öngyújtóban. Az épülõ LHC-ben az energia az ólom-ólom ütközések esetén 1,3 x 10¹⁵ eV lesz, ennek ára 2,6 milliárd svájci frank, vagyis itt már az 1 eV-ra jutó beruházás 5 milliószor kisebb lesz. Tehát gyorsítót építeni relatívan igen jó üzlet! Ehhez hasonló árcsökkenés csak a mikrochip memóriák piacán figyelhetõ meg.

SCI-FI és CRISTAL

A "zavarosban halászás" közben már jeleztük, hogy milyen hihetetlenül rossz jel/zaj viszonyok között kell a részecskefizikai csúcskutatásokat folytatni. Ahhoz hogy belátható idõ alatt elegendõ hasznos információ gyûljön be, másodpercenként átlagban 1 milliárd proton-proton ütközés fog történni a gyorsítóban. Az ütközési pontot hatalmas, körülbelül 15 méter átmérõjû henger alakú detektor veszi körül. Ha ennek a középpontjában t = 0 idõpillanatban történik egy ütközés, akkor annak a jele 7,5 méter/c = 7,5 méter/3 x 10⁸ m/s = 2,5 x 10^-8 s alatt ér el a detektor széléig, de ezen idõ alatt 25 új ütközés következik. Vagyis addig, amíg az elsõ esemény jele átfut a detektoron, körülbelül 30 cm késéssel már nyomában vannak a következõ eseménybõl érkezõ jelek. A hatalmas, több mint 3000 m³-es berendezés több millió érzékelõ detektorelemmel van kitöltve. Ezek jeleit kell folyamatosan összegyûjteni, szûrni és tárolni. A rendszerben kulcsszerepet játszanak a point-point scientific-fibre összeköttetések. Ezeknek az üvegszálas "SCI-FI" összeköttetéseknek fejlesztéséhen úttörõ szerepet játszik a Rubin György vezette magyar mérnökcsapat. A legtöbb próbaberendezésben az általuk kifejlesztett S-LINK segítségével végzik az LHC kísérletek prototípus fejlesztõ méréseit. Az ALICE nehézion-detektor részére a DDL digitális adatátviteli rendszer kifejlesztése folyik. Az DDL elsõ élesben való alkalmazására az 1998 novemberében az NA49 kísérletbe kapcsolt próbamérésben kerül sor.

Ezzel a két fejlesztéssel az igen fontos eredményeket értünk el az adatgyûjtõ hálózat HARDWARE-jének fejlesztésében. Nem kevésbé fontos azonban annak vizsgálata sem, hogy milyen lehetõségek vannak a SOFTWARE területén is. A feladat itt is "asztronómiai" méreteket ölt egyrészt a szervezési feladat komplexitása, másrészt a monumentális adattömeg miatt.

A szervezési feladat monumentalitását egy látszólag egyszerû példán, a CRISTAL program esetén próbáljuk illusztrálni. Az ütközési zónát egy CRISTAL-gömb veszi körül, amely közel 100 000 ólom-wolfranát egykristályból áll. Ez a precíziós elektromágneses kaloriméter (ECAL) teszi lehetõvé, hogy megtaláljuk a Higgs-bozont, ha az a H --> bomlási módussal jelentkezik. Ennyi kristályt viszonylag rövid idõ (3-4 év) alatt egy helyen nem lehet legyártani, hiszen a világ kristálygyártó kapacitásának jelentõs részérõl van szó. Világegyüttmûködés keretében Kínában, Oroszországban és Nyugat-Európában legalább 4 különbözõ helyen történik a gyártás, a fotonérzékelõ elemek és elektronika 5 másik helyen kerül összeépítésre az egyes kristályokkal. Eközben kezdettõl fogva regisztrálni kell az egyedi kristályok és a hozzájuk csatolt elektronika egyedi kalibrációs tulajdonságait és azok idõbeli változását.

Az összerakási probléma ugyan hasonló az autóösszeszerelési esethez, de itt minõségileg új elemet jelent, hogy a kísérlet 25 évre tervezett élettartama alatt a kristály nöVESZTés befejezésének pillanatától kezdve bármelyik pillanatra (visszamenõleg is) pontos beszámolót kell adni az adott kristály állapotáról, hogy a gyártási folyamat éppen milyen fázisában van, vagy a kísérletben éppen melyik mérési pozícióba milyen üzemi körülmények között helyezkedik el. Azt a feladatot csak speciális software-engineering módszerekkel lehet megvalósítani, amelyeket összességükben WORKFLOW MANAGEMENT-nek neveznek. Ez a software képes egyrészt az adott állapotról jelentést adni, másrészt a következõ munkafázisokat optimálisan kijelölni. A technikus, ha befejez egy mûveletet, akkor azt lejelenti a rendszernek és a rendszer kiadja neki a következõ feladatot. A rendszer feladata azonban nem ér véget a kísérleti berendezés összeállításakor, hanem csak átalakul. Mivel az egyes kristályelemek a mérés során különbözõképpen viselkednek (egyes helyeken kisebb, máshol nagyobb a sugárterhelés, változik az aktuális hõmérséklet, öregszik az elektronika stb.), ezért az adatok feldolgozásakor, mindig az adott pillanatban érvényes kalibrációs konstansokat kell használni. Mivel mind a gyártás, mind a késõbbi adatkiértékelés disztributív módon sok-sok helyen szimultán megy végbe, ezért az egészet a világhálózaton univerzálisan hozzáférhetõvé kell tenni. Az RMKI és SZTAKI szakértõi erõteljesen dolgoznak ezen a témán, amelynek késõbb jelentõs gyakorlati alkalmazásai is lehetnek, hogy csak egyet említsek, például az életbiztosító szakmában. Ha egy nagy biztosítónak többezer, illetve milliós kötvényállománya van, akkor a legolcsóbban a legjobb biztosítási formát szeretné nyújtani. Az egyes kötvények megkötése és évtizedeken át a folyamatok követése például változó adószabályok esetén software szempontból nagyon hasonló feladat a kristályok gyártásához és utólagos számontartásához.

3. táblázat

Az LHC kísérletben várható monumentális adattömegrõl képet alkothatunk, ha figyelembe vesszük, hogy évente körülbelül 50 PetaByte, azaz 50x10¹⁵ Byte/év információ kerül begyûjtésre és tárolásra. 10 milliárd embert feltételezve ekkora adattárolóban a Föld minden lakosáról 5 x 10⁶ = 5 Mbyte információt lehetne tárolni olyan flexibilis módon, hogy automatikusan lehetne módosítani a szükségletek szerint és bárhonnan bármikor elérni. Ilyen szempontból az LHC adatfeldolgozási rendszere ideális próbaterep lehetne például egy VILÁGKORMÁNY adminisztrációs tevékenységének a modellezésére. Gondoljunk csak arra, hogy Magyarországon egy földhivatali bejegyzés ideje több évig tart, a GDP értékét is több mint egy év alatt lehet csak kiszámolni.

A személyiségi jogok (egyébként fontos problémájától) eltekintve, próbáljunk belenézni a KRISTÁLY-GÖMBbe, és egy kicsit sci-fi módra elgondolkodni az informatika a mai PC-k GigaByte-járól a milliószoros Peta tartományba térve át; hova vezethet ez a mennyiségi fejlõdés? Vagyis milyen esélyei vannak, hogy a mennyiség végülis minõségbe csap át? Az emberi agyban körülbelül 10 x 10⁹ agysejt van. Bár az említett LHC adatbázis ennek több milliószorosa, de persze annak zöme passzív memória-cella. Viszont figyelembe kell venni a másik fontos mennyiségi paramétert is, hogy az agyban az egyes neuronok közötti adatátviteli sebesség csak néhány 10-100 m/s és a datarate per csatorna kisebb mint 1 kbit/s, míg az üvegszálakon gigabitek özönlenek át másodpercenként. A már is létezõ mobil telefonok segítségével gyakorlatilag fénysebességgel leküzdhetõk a távolsági korlátok, míg az agyban alapvetõen csak néhány centiméteren belül játszódik le a gondolkodás folyamat.

Ilyen nagyságrendi különbségek, illetve lehetõségek valóban forradalmi változások csíráját rejtik magukban, amit én a következõ "fázisátalakulás" hasonlattal szeretnék érzékeltetni.

A fizikában akkor beszélünk fázisátalakulásról, ha a korrelációs hossz hirtelen végtelenné válik. Nem lenne elképzelhetõ valami ilyesminek a lejátszódása az intellektuális szférában is? Érdekes párhuzamokat figyelhetünk meg a biológiai (darwini) és a társadalmi (intellektuális) evolúció között (3. táblázat).

15. ábra. Einstein szerint: A Jóisten nem játszik dobókockákkal, Magánvélemény: Valóban így van, mert részecskegyorsítókkal játszik.

Az élet kialakulásakor elõször az egysejtû lények jelentek meg. Idõvel azonban kialakultak a többsejtû kolóniák, mert ha sok sejt pusztán térbelileg szoros egységben helyezkedett el, már akkor is határozott elõnybe kerültek az egysejtû ellenségeikkel szemben, hiszen így a belül levõ többség biztonsága jelentõsen megnövekedett. Ahogy stabilizálódtak ezek az alakzatok, úgy vált egyre elõnyösebbé, hogy az egyes sejtek specializálódjanak a kolónián belül. A specializáció csúcsformáját akkor érte el, amikor kialakult a központi idegrendszer. Kis beképzeltséggel azt is mondhatjuk, hogy a biológiai evolúció az agy és az ember megjelenésével be is fejezõdött és valami új az intellektuális evolúcióval kezdõdött el, amelynek fázisai azonban újra nagyon hasonlítanak a biológiaihoz.

A legújabb antropológiai kutatások szerint eredetileg teljes Európában a neandertáli embertípus volt az úr, de körülbelül 30-40 ezer évvel ezelõtt teljesen kiszorították õket a cromagnoniak, akik a mai. homo sapiens közvetlen elõdeinek tekinthetõk. Mi volt az a plusz amivel az utóbbiaknak fölénybe sikerült kerülniük? A népszerûsítõ archeológiai irodalom szerint ez a kultúra-alkotó képesség volt: elõbb a beszéd, majd az írás a kommunikáció olyan magas fokát valósította meg, amelyhez szükséges adottságok hiányoztak a neandertáliakból. Kialakultak a munkamegosztás fejlett formái, amely képessé tette õket bonyolult társadalmi rendszerek létrehozására. A jelen társadalom a többsejtû kolóniáknak felel meg, ahol igen magasfokú a munkamegosztás, de hiányzik a központi idegrendszer. Az új információtechnikai lehetõségek, amelyek egyes legfejlettebb elemei éppen a CERN-ben vannak kifejlesztés és kipróbálás alatt, talán ennek az emberek közötti szoros kapcsolatot biztosító idegrendszernek a kialakítását teszik lehetõvé.

16. ábra. A tudomány által okozott (és az egyébként felmerülõ) problémákat csak a tudomány, azaz az emberi szellem és jóakarat képes megoldani.

Így "ékes" példáját találjuk annak, hogy a haladás egyre mélyebbre hatoló ékje, a részecskefizika a tudástartományát szélesítve az informatikán keresztül a biológiával ötvözõdve az általános emberi fejlõdés hajtóerejévé válhat. (Zárójelben hadd villantsunk fel egy olyan sci-fi elképzelést, hogy gén- és egyéb manipulációkkal elvileg elképzelhetõ egy olyan GIGASZEM növesztése az emberek agyában, amely - mint a mobil telefon - közvetlenül érzékelni képes a megfelelõ frekvenciájú elektromágneses hullámokat és a Web Window-kat egyenest az agyba irányítja és onnan manipulálja.)

Ez a még "szebb", még "újabb" világ természetesen csak a valószínûségi értelemmel bíró kvantummechanika alapján valósítható meg. Ebben a valószínûségi mezõben a konkrétan létezõ élet minden valószínûség szerint csak egy "nulla-mértékû" halmazt képez. Óriási a felelõsségünk, hogy ezt a matematikailag "nulla-mértékû" esélyhalmazt életben tartsuk. Az élet és a tudomány által okozott problémákat (hiszen mindig vannak nem szándékolt káros mellékhatások) csak a tudomány képes újra és újra megoldani. Ha ez a hit megvan bennünk, akkor lesz értelme a harmadik és az utána következõ évezredeknek. Ebben a folyamatban Einstein mondását kiegészítve (15. ábra): lehet, hogy a Jóisten valóban nem kockákkal, hanem részecskegyorsítókkal játszik.

PS. Konklúzió helyett érdemes talán a 16. ábra tanácsát megszívlelni: Soha ne add fel!

________________________________________

¹ S.K.: A fizika kultúrtörténete

² K.A.: Sleepwalkers