Прочетен: 2664 Коментари: 3 Гласове:
Последна промяна: 10.09.2008 11:41
Румен Ценов Какво е CERN*. CERN е междуправителствена европейска организация за ядрени изследвания. Рождената й дата е 29 септември 1954 г., когато влиза в сила Конвенция между 12 европейски държави за нейното създаването. Миналата година организацията отпразнува 50-ия си рожден ден, по който повод е и настоящата статия. Името на организацията – Европейска организация за ядрени изследвания, е избрано в началото на 50-те години, когато ядрената физика е включвала в себе си и физиката на елементарните частици, които изграждат атомните ядра. Много скоро изследванията в CERN се съсредоточават именно върху тези частици, техните взаимодействия при все по-високи енергии на стълкновения и раждащите се при това други частици. Поради това CERN може да бъде наречен и Европейска лаборатория по физика на елементарните частици. В организацията в момента членуват 20 европейски държави: Австрия, Белгия, България, Великобритания, Германия, Гърция, Дания, Испания, Италия, Норвегия, Полша, Португалия, Словакия, Унгария, Финландия, Франция, Холандия, Чехия, Швеция и Швейцария. Наблюдатели са Европейската комисия, ЮНЕСКО, САЩ, Япония, Русия, Индия, Турция и Израел.Основна цел на организацията е изучаването с чисто научни цели на фундаменталните закони на природата. Организацията не се занимава с приложни ядренофизични изследвания с цел създаване на ядрени оръжия или други подобни. Резултатите от всички изследвания се публикуват свободно в открития научен печат и са достъпни за всекиго.
Важна мисия на CERN е да насърчава и подпомага международното научно сътрудничество, обмена на учени и специалисти, да улеснява контактите между тях.
Персоналът на CERN е около 2700 души, а бюджетът на организацията за 2004 г. е 980,14 млн. швейцарски франка (около 600 млн. евро), който се набира от членски вноски на страните-участнички, пропорционален на националния им доход. Около 6500 са учените от цял свят, регистрирани като потребители в CERN, т.е. изследователи, използващи инфраструктурата на организацията за активни научни изследвания.
История на CERN |
| На 10 юли 1955 г. Феликс Блох, първият генерален директор на CERN, полага първия камък на новата европейска лаборатория, наблюдаван от Макс Птипиер, президент на Щвейцарската конфедерация. |
Идеята за създаване на европейски регионален център за фундаментални изследвания в областта на фундаменталната ядрена физика възниква в средите на европейските и американските физици в края на 40-те години на 20-ти век. Масовото заминаване след Втората световна война на много физици от бедна и разорена Европа в САЩ, където по това време има значително по-модерно оборудване за физически изследвания, буди в тях тревога за бъдещето на науката на Стария континет. Създаването с обединените усилия на няколко държави на голям европейски център за изследвания в тази област би спряло тази тенденция и би направило Европа конкурентноспособна на САЩ в чисто научните ядрени изследвания.
С течение на времето европейското обществено мнение осъзнава необходимостта от финансирането на свободни, необвързани с бърза възвръщаемост изследвания, които в крайна сметка са движещата сила на прогреса. Почвата е подготвена и изказването в тази насока на един от създателите на квантовата механика Луи де’Бройл на Европейската конференция по въпросите на културата в края на 1949 г. в Лозана, получава нужното внимание. В него се предлага създаването в Европа на регионални изследователски центрове за ядрени изследвания, снабдени със съвременно оборудване. Конференцията приема положителна резолюция по въпроса и е създадена международна работна група, която да положи основите на европейското сътрудничество в областта на фундаменталните ядрени изследвания.
На 7 юни 1950 г. ЮНЕСКО провежда генерална конференция във Флоренция. Там професор Изидор Раби (САЩ) изказва подобно мнение - че е дошло времето за създаване на регионални центрове за съвместни научни изследвания. Със съдействието на проф. Пол Оже следваща конференция на тази тема е проведена в Европейския културен център в Женева. Италия, Франция и Белгия отделят общо 10 000 $, ЮНЕСКО добавя още средства и това дава възможност да се създаде бюро за планиране на създаването на такъв център и да се избере група от консултанти от 8 европейски държави. Групата се събира за пръв път през май 1951 г. и предлага като дългосрочен проект създаването на най-мощния технологически възможен по онова време ускорител на частици, а като средно срочен – построяването на по-скромен ускорител, чрез който европейските физици ще могат да започнат изследвания по ядрена физика и физика на елементарните частици. Като необходима административна стъпка е предложено създаването на временна организация, която да подготви конструктивните проекти и да предложи необходимия бюджет.
Гореспоменатата група изиграва важна роля в обмена на мнения между правителствата, преди те да се съгласят да участват в създаването на Европейски научен център. Формира се мнението, че с бюджет от около 250 000 $ временната организация би могла да извърши проектирането на ускорителите за 12-18 месеца.
Представители на европейските правителства се срещат още два пъти под егидата на ЮНЕСКО. Поканени са всички европейски правителства, включително и тези от Източна Европа. Отзоват се 12 държави, чиито представители се срещат в края на 1951 г. в Париж и в началото на 1952 г. в Женева. На срещата в Женева на 15.02.1952 г. е подписано съглашение за създаването на временна организация под името Европейски комитет за ядрени изследвания (Conceil Europeйn pour la Recherche Nuclйaire, CERN). Първи членове на CERN стават Белгия, Гърция, Дания, Италия, Норвегия, Федерална република Германия, Франция, Холандия, Швейцария, Швеция и Югославия. За времето на съществуване на временната организация Великобритания е само наблюдател, въпреки че проявява значителен интерес към работата й.
Първата сесия на Комитета на CERN е през май 1952 г. в Париж. Италианският физик Едуардо Амалди е избран за генерален секретар, назначени са директори на четирите групи: за проектирането на протонен синхротрон, на синхроцииклотрон и за организирането на самата лаборатория и теоретичния й отдел.
 |
| Снимка от въздуха на територията на CERN край Женева. Планината Юра се вижда в далечината. Големият кръг е тунелът на ускорителя LEP (с дължина 27 км) , в който асега се монтира ускорителя LHC. Малкият кръг е тунелът на ускорителя SPS (с дължина 7 км). Кръстчетата отбелязват френско-швейцарската граница. |
На третата си сесия през октомври 1952 г. Комитетът на CERN решава бъдещата Европейска лаборатория да бъде в Женева. Първоначално се разглеждат и други кандидатури - на Париж, Копенхаген, Амхем (Холандия). Женева е избрана заради географското си положение в центъра на Европа, интернационалния характер на града и – не на последно място, предложението на швейцарското правителство да отстъпи на новата организация 40 хектара земя в района на предградието Меран за изграждането на лабораторията. Доклади с проектите за построяването на двата ускорителя, необходимите капитални вложения и текущи разходи са представени на Комитета през април 1953 г. Тези доклади маркират прехода към създаването на постоянна организация.
Конвенцията за създаване на постоянна организация е подписана в Париж на 1 юли 1953 г. Великобритания, която до тогава е наблюдател, първа ратифицира конвенцията на 30 декември 1953 г. След като договорения минимум от 7 държави ратифицират конвенцията, което се случва на 29 септември 1954 г., CERN започва официалното си съществуване под името Европейска организация за ядрени изследвания, като абревиатурата CERN се запазва. Последна от дванайсетте държави-основателки Италия ратифицира документа на 24 декември 1955 г. През 1959 и 1961 г. към CERN се присъединяват Австрия и Испания. Последната напуска през 1969 г. и пак се присъединява през 1983 г. През 1961 г. Югославия напуска организацията. През 1985 г. се присъединява Португалия, през 1991 г – Финландия и Полша, през 1992 г. – Унгария, през 1993 г. – Чехия и Словакия и през 1999 г. – България, закръглявайки броя на участничките на 20.
На 1 октомври 1954 г. персоналът на CERN е от 114 души. В същия месец Комитетът на CERN избира за генерален директор на организацията Нобеловия лауреат Феликс Блох, професор в Станфордския университет. По това време Комитетът се структурира в сегашния си вид – управляван от председател и двама заместник-председатели и три Съвета - Съвет на Комитета, Съвет по научната политика и Съвет по финансите.
Няколко исторически жалона
1957 – Първият ускорител на CERN – синхроциклотрон за ускоряване на протони до енергия 600 MeV встъпва в действие.
1959 – Встъпва в действие следващият ускорител, протонен синхротрон с енергия 28 GeV, най-високоенергетичният ускорител по това време.
1963 - На новопостроената 2-метрова мехурчеста камера за пръв път са регистрирани неутринни взаимодействия.
1965 - CERN разширява своята територия и върху съседна Франция, за да започне строителството на първия в света ускорител с насрещни протонни снопове, ISR (Intersecting Storage Rings).
1967 – Встъпва в действие изотопният сепаратор ISOLDE (Isotope Separator On-line) за изучаване на късоживеещи атомни ядра.
1968 – Физикът от CERN Джордж Шарпак изобретява пропорционалната камера, с което дава силен тласък за развитието на електронните технологии за регистриране на частици. За това си изобретение получава Нобеловата премия по физика за 1992 г.
1971 – Одобрено е строителството на нов ускорител, SPS (Super Proton Synchrotron) и нова експериментална площадка на френска територия.
1973 – С помощта на мехурчестата камера Gargamelle са наблюдавани за пръв път взаимодействия на неутрина , протичащи без изменение на електрическия заряд на лептоните – т.нар. взаимодействия чрез неутрални слаби токове. Това е едно от първите солидни експериментални доказателства за валидността на теорията за обединение на електромагнитните и слабите взаимодействия, позната днес като модел на Глешоу, Уайнбърг и Салам.
1976 – Влиза в действие SPS. Първоначално планираната енергия от 300 GeV е увеличена до 500 GeV през 1978 г.
1978 – Експерименти по ускорителна техника в CERN показват, че изказаната от Симон Ван дер Меер през 1968 г. идея за стохастично “охлаждане” на снопове частици, работи. Открит е пътя за създаването на протон-антипротонни насрещни снопове чрез предварително акумулиране и стохастично охлаждане на антипротоните.
1981 – Наблюдавани са първите протон-антипротонни взаимодействия на модифицирания като ускорител с насрещни снопове SPS с енергия 270 GeV на сноп.
1983 – За пръв път са наблюдавани преносителите на слабото взаимодействие: заредените W+- и W--бозони и неутралния Z0 –бозон.
Същата година започва строителството на най-големия в света електрон-позитронен ускорител с насрещни снопове (Large Electron Positron collider, LEP) с енергия на сноповете по 50 GeV.
1989 - LEP е пуснат в действие.
1990 – Тим-Бернес Ли, заедно с Роберт Галио, работещи в CERN по това време, изпробват компютърна информационна система с разпределени ресурси, базирана на т.нар. “хипертекст” – това, което днес е известно като WWW (World-Wide-Web).
1994 – Четирите експеримента на LEP – ALEPH, DELPHI, L3 и OPAL наблюдават повече от 10 милиона Z0 – бозона и измерват с висока точност характеристиките им. Същата година Съветът на Комитета одобрява строителството на LHC (Large Hadron Collider) .
1995 – Международна колаборация под ръководството на Валтер Олерт успява да синтезира за пръв път няколко атома антиводород – свързано състояние на антипротон и позитрон.
1996 – Енергията на LEP е увеличена с около 50%, така че да може да се наблюдава раждане на двойки W-бозони.
2000 – Експерименти, проведени в CERN, дават доказателства за съществуването на т.нар. кварк-глуонна плазма – ново състояние на веществото, 20 пъти по-плътно от ядрената материя.
През ноември същата година ускорителят LEP е спрян и започва демонтирането му, за да се освободи тунела за монтирането на пръстена от свръхпроводящи магнити на LHC. През 11-те години на работата на LEP са събрани множество доказателства за валидността на Стандартния модел на елементарните частици и фундаменталните взаимодействия и са измерени параметрите му с изключителна точност.
2001 – Получени са крайните резултати от измерването на параметрите на директното нарушаване на CP-симетрията – слаб ефект, който би могъл да обясни асиметрията между материя и антиматерия във Вселената.
2002 – Използвайки Антипротонния забавител на CERN, експериментът ATHЕNА успява да произведе при контролирани условия в големи количества антиводородни атоми с ниска енергия.
2004 – CERN празнува своята 50-годишнина.
Най-големите научни достижения на CERN
Нобелови награди:
Една от мечтите на основателите на CERN – да се прослави европейската фундаментална наука, се реализира през 1984 г., когато Карло Рубия и Симон Ван дер Меер получават Нобеловата награда по физика за “техния определящ принос в мащабен научен проект, довел до откриването на полевите кванти W+, W- и Z0, преносители на слабото взаимодействие”. Проектът включва преустройството на най-мощния тогава ускорител на CERN – SPS, в протон-антипротонен ускорител с насрещни снопове, построяването на детектори за регистрирането на продуктите от стълкновенията на протоните и антипротоните и наблюдаването на раждането на W+, W- и Z0-бозоните. С това се потвърждава валидността на теорията, която обединява електромагнитните и слабите взаимодействия в едно и е една от ключовите съставни части на Стандартния модел на частиците и взаимодействията, потвърден днес с голяма точност.
След по-малко от десетилетие Джордж Шарпак, работещ в CERN от 1959 г., получава Нобеловата награда за 1992 г. за “изобретяването и разработването на детектори на елементарни частици, в частност на многонишковата пропорционална камера, представляващо решителен пробив в техниката за изследване на най-фундаменталните съставящи на материята”. Камерите на Дж. Шарпак се използват широко не само във физиката на високите енергии, но също така в радиобиологически и медицински изседвания.
CERN “привлича” както Нобелови награди, така и Нобелови лауреати. Първият генерален директор на CERN, проф. Феликс Блох, е Нобелов лауреат за 1952 г. заедно с Едуард Милс Пърсел за “развитите от тях нови методи за прецизно измерване на ядрения магнетизъм и свързаните с тяхното използване открития”.
Наградата за 1976 г. е присъдена на ръководителя на експеримента L3 на LEP Самюел Тинг заедно с Бърт Рихтер за “пионерските им изследвания, довели до откриването на тежка елементарна частица от нов тип”. Става въпрос за откритата през 1974 г. т.нар. J/psi частица, която е свързано състояние на очаровани кварк и антикварк.
През 1988 г. Джак Щайнбъргър, работещ в CERN от края на 60-те години и ръководител на експеримента ALEPH на LEP, получава Нобеловата награда заедно с Леон Ледерман и Мел Шварц за “метода на неутринните снопове и демонстрирането на дублетната структура на лептоните чрез откриването на мюонното неутрино”. Откритието е направено през 1962 г. в Брукхейвънската ускорителна лаборатория в САЩ и потвърждава основен постулат от съвременната теория на лептоните, част от сегашния Стандартен модел.
Насрещни сноповеВ типичен експеримент на ускорител сноп частици, ускорени до висока енергия ( в ускорителите на CERN тази енергия може да бъде от няколко GeV до няколко стотин GeV) се насочват към неподвижна мишена, която съдържа протони (водородни ядра) или ядра на по-тежки елементи. При такава постановка на експеримента голяма част от енергията на частиците от снопа отива за ускоряването на продуктите на взаимодействието (пълният импулс на системата трябва да се запази!), а не за създаване на нови частици, каквато е целта на експеримента. В началото на 50-те години физиците се досещат, че ако се насочат два снопа частици с еднаква енергия един срещу друг, то няма да се губи енергия, защото пълният импулс на системата в такъв случай ще е нула.
Физиците и инженерите в CERN предлагат да се използва току-що пуснатия в действие протонен синхротрон (PS) като инжектор на частици в система от два пресичащи се пръстена, в които се формират протонни снопове с енергия 28 GeV и след това се насочват един срещу друг. Този нов тип ускорител, получил името ISR (Intersecting Storage Rings), влиза в експлоатация в началото на 1971 г. Десет години по-късно, използвайки опита от строежа и експлоатацията на ISR, на базата на SPS е създаден първия в света протон-антипротонен ускорител с насрещни снопове, на който са открити преносителите на слабото взаимодействие - W и Z- бозоните.
 |
| Пълномащабен модел на тунела на новия ускорител LHC в CERN. Вижда се самят тунел и един от свръхпроводящите 10-метрови диполни магнити, които ще удържат протоните с енергия 7 TeV върху орбитата им с форма на окръжност с дължина 27 км. |
Черпейки опит от CERN, след още 10 години американските физици от Fermilab (американската Национална ускорителна лаборатория край Чикаго) създават най-мощния за сега ускорител с насрещни снопове, наречен Tevatron, на който в 1995 г. за пръв път е наблюдаван най-тежкият кварк, t-кваркът.
Междувременно в CERN е създаден най-мощният в света електрон-позитронен ускорител с насрещни снопове, LEP, и в момента се строи следващият ускорител на протони от този тип – LHC, където двата снопа протони ще се срещат с енергия от по 7 TeV всеки.
Откриването на слабите неутрални токове
Едно от следствията на развитата в края на 60-те години на 20 век теория на Глешоу, Уайнбърг и Салам за обединяването на електромагнитните и слабите взаимодействия е съществуването на т.нар. неутрални токове. Те биха се проявили при взаимодействия на неутрино с веществото, при които неутриното само се разсейва, без да се превръща в съответния зареден лептон, както е в познатите до тогава неутринни процеси. През 1972 г. при анализа на фотографии от огромната мехурчеста камера Gargamelle, облъчена с неутринен сноп в CERN, са намерени няколко събития, при които невидимото неутрино взаимодейства с електрон от атомите на течността на камерата и я напуска. Електронът получава достатъчно енергия, така че да остави следа в детектора и да бъде регистриран. Предположението е, че това са събития, причинени от “екзотичните” по онова време неутрални токове. Отначало тази интерпретация е посрещната с недоверие от физическата колегия, но след като анализът се извършва повторно с по-строги критерии за отбор и въпреки всичко такива събития се наблюдават, недоверието се разсейва и на следващата година CERN обявява откриването на неутралните токове. Това е първата стъпка в експерименталното потвърждение на теорията на Глешоу, Уайнбърг и Салам, което достига кулминацията си с откриването пак в CERN на W- и Z- бозоните.
Световната мрежа (World Wide Web)
Пез 1989 г Тим-Бернес Лий, учен от CERN, създава мрежата и оттогава тя експлозивно завладява света. Едва ли можем да си мислим сегашното комуникационно пространство без Интернет и мрежата!
Защо мрежата е създадена в CERN? Науката е колективно усилие. С най-голяма сила това важи за експериментите по физика на високите енергии. Стотици учени формират международни колаборации, за да проведат конкретен експеримент, който започва с построяването на детекторите, преминава през многомесечното им облъчване на снопа частици от ускорителя и след това продължава години с компютърния анализ на записаната информация за взаимодействията на частиците с детекторите.
През цялото това време членовете на колаборацията трябва да обменят информация по между си във вид на данни, компютърни кодове, текстове и какво ли не още. А често те се намират в институти, пръснати по целия свят. Но всички ползват някакъв компютър, на който обработват данните, клавиатурата и монитора са неотменен атрибут на работните им стаи. Оттук до идеята за свързването на тези компютри в мрежа и създаването на софтуер, който максимално да облекчи обмена на информация, е само една крачка. Както обикновено, намира се гений да направи тази крачка...
БъдещетоБъдещето на CERN е свързано главно с построяването на новия ускорител с насрещни снопове LHC (Large Hadron Collider). В LHC два снопа от протони, ускорени в пръстен от свръхпроводящи магнити с дължина 27 км до енергия 7 TeV всеки, ще взаимодействат един с друг и ще се получават около 800 милиона стълкновения в секунда при пълна енергия 14 TeV!
Четири огромни детектора - CMS, ATLAS, ALICE и LHCb ще регистрират продуктите на тези стълкновения и се надяват да открият много нови неща: дълго търсения Хигс бозон, който – съгласно Стандартния модел, е отговорен за съществуването на масите на частиците, множество суперсиметрични частици – партньори на досега известните частици, но имащи спин с половин единица различаващ се от тях, състояния на материята, съществували само няколко микросекунди след Големия взрив и т.н. Надяват се също да открият и неща, за които сега си нямаме представа- нали това е най-интересната част на науката!
Без съмнение LHC ще придвижи нашето разбиране за същността на фундаменталните полета и взаимодействия една (или няколко?) крачки напред, ще ни помогне да се доберем още по-близо до Големия взрив, който – съгласно съвременната космология, е началото на нашата Вселена, с една дума – ще обогати човечеството с нови знания!
Строителството на ускорителя е в пълен ход и учените и инженерите от CERN имат увереността, че през лятото на 2007 г. първите протони ще бъдат ускорени в него!
Едно малко отклонение. Разходите за строителството само на ускорителя са около 3 милиарда швейцарски франка (2 милиарда евро). Отделно четирите детектора струват повече от 1 милиард франка. Немислимо е за която и да е европейска страна сама да отдели такива средства за проект с чисто научно, фундаментално предназначение. Но обединени заедно това вече е възможно!
Въпреки че основните ресурси на CERN сега са съсредоточени в изграждането на LHC, значителни средства се заделят и за един проект, свързан с изучаване на свойствата на неутрината – проектът CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso). За сега са ни известни три типа неутрино – електронно, мюонно и тау-неутрино. В последните няколко години експерименти с неутринни снопове и наблюдаването на неутрина, които се раждат във високите слоеве на атмосферата или идват от Слънцето, показват, че тези три типа неутрино се смесват помежду си, осцилират. Това е възможно само, ако неутрината имат маси, макар и малки. За да се изследват по-детайлно това поведение на неутрината са необходими интензивни неутринни снопове, които да се насочат към детектори, отстоящи на стотици километри от източника. Няколко такива проекта се реализират в света, един от които е CNGS. Същността е следната: с помощта на ускорителя SPS се формира интензивен сноп неутрина, който се насочва към детектори, разположени на 732 км от CERN – в лаборатория, разположена в тунела под Апенинския връх Gran Sasso
http://translate.google.bg/translate?hl=bg&sl=en&u=http://www.cern.ch/&sa=X&oi=translate&resnum=1&ct=result&prev=/search%3Fq%3DCERN%26hl%3Dbg%26sa%3DG
http://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2001/www/jane/Zheljaska%20Raykova2.htm
http://www.youtube.com/watch?v=eFsbDtqGTtg
ТУК МОЖЕ ДА ВИДИТЕ ЕКСПЕРИМЕНТА НА ЖИВО.
LHC First Beam - 10th September 2008 - 9am CEST (GMT+2)
http://dl.groovygecko.net/anon.groovy/groovygecko/cern/index.asp
