Fizikus hallgatóink a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriumában
Általános iskolai és gimnáziumi tanulmányainkból emlékezhetünk, hogy a kémia alapja az elemek periódusos rendszere. Hány proton van az egyes elemek atommagjaiban – ez dönti el helyét ebben a táblázatban. Az már kevéssé ismert, hogy a fizikában is egy hasonló táblázat tartalmazza az atomokat felépítő és az erőhatásokat közvetítő részecskéket.
Ez a részecskefizika Standard Modellje, amelynek alapján összefoglalható, hogyan épülnek fel az atomok és milyen fizikai erők, kölcsönhatás működtetik világunkat. (jobbra: A Standard Modellben szereplő elemi részecskék)
Erős kölcsönhatás
Ha kicsit bogarásszuk ezt a táblázatot, csodálkozva vehetjük észre, hogy sem a protont, sem a neutront nem találjuk benne – pedig azokra talán még emlékszünk tanulmányainkból. Igen, azok “túl nagyok” ehhez a felosztáshoz, és maguk is a Standard Modellben megjelenített kvarkokból állnak. És persze azon is sokan eltöprengtünk a fizikaórán, hogy annak ellenére, hogy a pozitív töltésű protonok elektromosan taszítják egymást, hogyan marad mégis egyben az atommag?
Így jutunk el az erős kölcsönhatás fogalmához – magyarázza Veres Gábor, az ELTE TTK Atomfizikai Tanszékének professzora. Ez az atommagot alkotó részecskék kvarkjai között lép fel, és a gluon nevű “közvetítő részecskével” írható le, nagyon hasonlóan ahhoz, ahogy a fényt a foton nevű (és a Standard Modellben szintén helyet kapó), az elektromágneses erőt közvetítő részecskével modellezhetjük.
A Föld legnagyobb részecskegyorsítója
Ez az erőhatás, amely csak az atommagon belüli, nagyon kis távolságokon lép fel, tényleg nagyon erős; ha meg akarjuk ismerni a tulajdonságait, ahhoz nem elég ütköztetni a részecskéket vagy az atommagokat, hanem ezt nagyon nagy energiával kell megtennünk.
Erre szolgál a CERN, az európai atommag- és részecskefizikai kutatás legnagyobb laboratóriuma által működtetett óriási részecskegyorsító, amely ma Földünkön a legnagyobb energiájú ilyen ütközéseket képes megvalósítani – és észlelni az ezekben keletkező részecskék nyomait, tulajdonságait és viselkedését.
Amikor addig soha nem használt energiával végzünk ütköztetési kísérleteket, mindig izgalmas, hogy felfedezzük-e új részecske nyomát,
amelyet már megjósolt a Standard Modell, de még nem bizonyítottuk a létezését, vagy akár olyanét, amelyet nem is feltételeztünk eddig, vagy amelyeket a Standard Modellen túlmutató elméleti modellek jósolnak.
A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet részlete a CERN-ben
Megtérülnek-e az ebbe a kutatásba fektetett pénzösszegek, nem lesz-e “kidobott idő” az, amit a kutatók és a kutatásba bekapcsolódó hallgatók erre fordítanak?
Mégis mi a haszna az ilyesminek?
Az ebben a szép, hogy bár nem látjuk még pontosan, hogy hol, de biztosan nagy hatása lesz az eredményeknek világunkra – válaszolja Veres Gábor professzor. Amikor Chadwick 1932-ben felfedezte a neutront, pontosabban kísérletekkel igazolta, hogy valóban van ilyen részecske, ahogy azt már feltételezték, az laikus szemmel akár öncélú érdekességnek tűnhetett. Bő 20 évvel később pedig megjelent az első atomerőmű, ma pedig az emberiség energiaszükségletének komoly részét ezekben állítjuk elő, amiről nem is álmodhatnánk a neutron és tulajdonságainak ismerete nélkül.
Ma még nem is sejtjük az új ismereteink hosszútávú lehetséges alkalmazásainak változatosságát, viszont máris sok mindenben könnyítik meg a mindennapi életünket a CERN-ben életre kelt és alkalmazott technológiák, mint például a mindenki által használt World Wide Web.
A részecskefizikából származó orvosi diagnosztikai és terápiás berendezéseket pedig még felsorolni is nehéz lenne.
A genfi repülőtér fűtéséhez olyan vákuumtechnológiával készült napkollektorokat használnak, amelyet a CERN részecskenyalábjaihoz is használunk. Humanitárius, régészeti és biztonságtechnikai alkalmazásai is vannak a CERN-ben is alkalmazott módszereknek.
A CERN alapításnak 60. évfordulójára készült emlékmű
Hallgatóink a fizikai kutatások élvonalában
Az ELTE TTK nagy hangsúlyt fektet arra, hogy érdeklődő hallgatói is bekapcsolódjanak a kutatásokba. Veres Gábor professzor, aki idejének egy részét a svájci részecskegyorsítónál tölti, rendszeresen viszi magával a legjobb hallgatóit, hogy vegyenek részt a kísérletek fáradságos, de sok szakmai tapasztalatot adó előkészítésében és az eredményre várás izgalmaiban is. Ez pedig valódi szakmai fejlődést és egyedi tudományos izgalmat jelent és nem utolsósorban a későbbi önéletrajzokban is jól mutat. Innen egyenes út vezet a legnagyobb EU-s pályázatokba, az ifjú fizikus együtt dolgozhat a részecskefizika nagyágyúival, már hallgatóként bekapcsolódhat az európai fizikai kutatások élvonalába.
Veres Gábor kísérleti részecskefizikus, az ELTE TTK Atomfizikai Tanszékének egyetemi tanára, a Magyar Tudományos Akadémia doktora. Fő kutatási területe az erős kölcsönhatás extrém körülmények közötti vizsgálata, nehézionfizika, és a Standard Modell egyes területeinek tanulmányozása (pl. exkluzív részecske-keltés, töltéscsere, részecskesugarak tulajdonságai). 2016-ban megkapta az MTA Akadémiai Díját. Volt Magyary Zoltán Posztdoktori Öszdöndíjas és Bolyai János Kutatási Ösztöndíjas. A Pro Scientia Aranyérem birtokosa, az MTA közgyűlési képviselője, a Plenary European Committee for Future Accelerators magyar képviselője, az ELTE TTK Fizikai Intézet Laboratóriumi Munkaközösségének vezetője és Intézeti Tanácsának tagja, az MTA Részecskefizikai Bizottságának tagja és az ELTE TTK Fizika Doktori Iskolában a Doktori Bizottsag tagja, Balassagyarmat díszpolgára. Doktori tanulmányai alatt kutatásait a genfi Európai Részecskefizikai Kutatóintézetben végezte. 2002 és 2004 között a Massachusetts Institute of Technology (Cambridge, MA USA) Magfizikai Laboratóriumában, illetve a Brookhaven-i Nemzeti Laboratóriumban dolgozott posztdoktorként, majd 2009 és 2016 között a CERN-ben kutatási ösztöndíjasként (Research Fellow) illetve kutatófizikusként (Research Staff). PhD fokozatát és habilitációját az ELTÉ-n szerezte meg. Jelenleg az ELTE Asztro- és Részecskefizika Felsőoktatási Kiválósági Program és az MTA-ELTE Lendület CMS Részecske- és Magfizikai Kutatócsoport aktív tagja, a CMS Együttműködés hadronikus fizikával foglalkozó csoportjának szakmai koordinátora. Több mint 1412 tudományos közlemény szerzője vagy társszerzője, ezekre több mint 62 ezer hivatkozás érkezett, Hirsch-indexe 116. 2017-ben az ELTE legmagasabb Hirsch-indexszel rendelkező oktatója, valamint a 2005 és 2015 közötti pubikációkra legtöbb hivatkozást kapott oktatója volt.Borítókép: Veres Gábor professzor és tanítványa, Fehérkuti Anna, az ELTE TTK fizika alapszakos hallgatója a 14 ezer tonnás CMS (Compact Muon Solenoid) detektornál, 90 méterrel a felszín alatt.