Europejska Organizacja Badań Jądrowych jest europejską organizacją naukowo-badawczą, która prowadzi największe laboratorium fizyki cząstek elementarnych na świecie. Określenie CERN pochodzi od francuskiej nazwy: Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire.
Powstanie CERN
CERN został założony w 1954 roku. Swoją siedzibę ma na przedmieściach Genewy na granicy francusko-szwajcarskiej. Do CERN należą 23 państwa. Spoza państw europejskich do CERN należy jako pełnoprawny członek tylko Izrael. CERN jest członkiem Zgromadzenia Ogólnego ONZ jako obserwator.
W roku 2019 w CERN zatrudnionych było ponad 2,5 tysiąca pracowników naukowych i technicznych. W laboratorium gościło niemal 12,5 tysiąca badaczy z całego świata. W ostatnich latach CERN generuje rokrocznie około 49 petabajtów danych.
Pierwsze rozmowy na temat powołania instytucji, jaką dziś jest CERN rozpoczęły się na początku lat 50. XX wieku. Powołano wówczas Europejską Radę Badań Jądrowych (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire – CERN). Zadaniem Rady była budowa laboratorium. Pracowała ona na Uniwersytecie w Kopenhadze pod kierunkiem Nielsa Bohra, zanim przeniosła się do swojej obecnej siedziby w Genewie.
Niedługo później nazwę zmieniono na Europejską Organizację Badań Jądrowych (Organization Européenne pour la Recherche Nucléaire), ale skrót CERN uznano za lepszy niż OERN i do dzisiaj stosuje się właśnie ten pierwszy.
Umowę ratyfikującą CERN podpisano 29 września 1954 roku. Państwami-założycielami było 12 krajów Europy Zachodniej. Były to: Belgia, Dania, Francja, Republika Federalna Niemiec, Grecja, Włochy, Holandia, Norwegia, Szwecja, Szwajcaria, Wielka Brytania i Jugosławia. Dzisiaj do CERN należą 23 państwa (w tym Polska). Składki budżetowe państw członkowskich są obliczane na podstawie ich PKB
Pierwszym prezesem CERN był sir Benjamin Lockspeise, a pierwszym dyrektorem generalnym został Felix Bloch.
Laboratorium pierwotnie zajmowało się badaniem jądra atomu. Wkrótce zostało wykorzystane do badań w fizyce wyższych energii. W CERN naukowcy zajmują się głównie badaniem oddziaływań między cząstkami subatomowymi. Z tego względu CERN jest powszechnie nazywane europejskim laboratorium fizyki cząstek (Laboratoire européen pour la physique des particules), co lepiej opisuje prowadzone tam badania.
Odkrycia CERN
W CERN dokonano kilku ważnych osiągnięć. Było to m.in.: odkrycie prądów neutralnych w komorze pęcherzykowej Gargamelle (1973 rok), odkrycie bozonów W i Z (1983 rok), stworzenie atomów antywodoru (1995 rok), odkrycie plazmy kwarkowo-gluonowej (2000 rok), wyizolowanie 38 atomów antywodoru (2010 rok).
W 1984 roku Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki otrzymali Carlo Rubbia i Simon van der Meer z CERN za badania, które doprowadziły do odkrycia bozonów W i Z. W roku 1992 Nobla z tej samej dziedziny otrzymał kolejny naukowiec z CERN, Georges Charpak „za wynalezienie i opracowanie detektorów cząstek, w szczególności wieloprzewodowej komory proporcjonalnej”, a w 2013 roku Nobla dostali François Englert i Peter Higgis za teoretyczny opis mechanizmu Higgsa w rok po odkryciu bozonu Higgsa w eksperymentach CERN.
Naukowcy z CERN mieli także spory wkład w rozwój sieci internetowej. W 1991 roku powstała pierwsza strona WWW CERN, najpierw jako narzędzie ułatwiające komunikację pomiędzy badaczami. Dwa lata później była już bezpłatnie dostępna dla każdego.
Obecnie wiele działań podejmowanych przez CERN koncentruje się wokół Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Prace wokół niego prowadzone są przez liczne zespoły z całego świata. Jego budowa pochłonęła 6 miliardów franków szwajcarskich.
Tunel, gdzie znajduje się Wielki Zderzacz Hadronów mieści się 100 metrów pod ziemią w rejonie pomiędzy lotniskiem w Genewie a pobliskimi górami Jura. Ma on 27 kilometrów w obwodzie. Jego większa część znajduje się po stronie francuskiej, a mniejsza część w granicy Szwajcarii.
Do czego służy Wielki Zderzacz Hadronów?
„W akceleratorze dochodzi do zderzeń dwóch poruszających się w przeciwne strony wiązek cząstek – protonów lub jąder ołowiu. Wielki Zderzacz Hadronów nie jest konstrukcją samodzielną. Aby działał, potrzebny jest cały kompleks akceleratorów, stopniowo rozpędzających cząstki jądrowe do coraz większych energii.
Wszystko zaczyna się od wodoru, którego atomy składają się z jednego protonu i jednego elektronu. Atomy te raz na kilka godzin są pobierane z niewielkiej butli i jonizowane, czyli „odzierane” z elektronów. Tak otrzymane protony są kierowane do akceleratora liniowego Linac 2, gdzie rozpędza się je mniej więcej do 30% prędkości światła. Następnie trafiają do akceleratora PS Booster i tu ich energia kinetyczna wzrasta niemal 30-krotnie. Z Boostera protony są przekazywane do Synchrotronu Protonowego PS, a potem do Supersynchrotronu Protonowego SPS, na każdym etapie zwiększając energię ok. 20 razy. Niecałe pięć minut po opuszczeniu butli protony trafiają wreszcie do wnętrza tunelu Wielkiego Zderzacza Hadronów. Każdego dnia w LHC rozpędza się zaledwie kilka nanogramów (10-9 g) wodoru. Oznacza to, że gram tego pierwiastka wystarczyłby mniej więcej na milion lat pracy akceleratora.
Docelowo protony będą rozpędzane w LHC do prędkości ok. 0,999999991 prędkości światła i w każdej sekundzie okrążą tunel ponad jedenaście tysięcy razy. Aby zmusić cząstki o tak dużych energiach do ruchu w kolistym tunelu, trzeba zakrzywiać ich tory za pomocą pola magnetycznego wytwarzanego przez ponad 1200 potężnych elektromagnesów. Prąd płynący przez uzwojenia magnesów ma natężenie kilkunastu tysięcy amperów – jak w niewielkim wyładowaniu atmosferycznym.
Protony we wnętrzu akceleratora krążą w paczkach po ok. 100 miliardów. Energia jednej paczki może odpowiadać energii eksplozji nawet 80 kg trotylu. W tunelu akceleratora, w siedmiometrowych odstępach, jednocześnie może krążyć ponad 2800 takich paczek. W ostatecznej konfiguracji akceleratora obie protonowe wiązki będą miały energię pociągu o masie 800 t, pędzącego z prędkością 150 km/h. Kontrolowanie tak dużej energii przez tak złożone urządzenie jest unikatowym w skali świata wyzwaniem naukowym i technicznym.
Podczas zderzania wiązek energia kinetyczna pierwotnych cząstek (protonów lub jąder ołowiu) przekształca się w nowe, w większości nietrwałe cząstki. Zadaniem detektorów jest identyfikacja cząstek powstających w zderzeniach, pomiar ich położenia w przestrzeni, ładunku elektrycznego, prędkości, masy i energii”. (forsal.pl)
Czytaj też:
Jan Szczepanik. Genialny wynalazca-samouk. Życie i wynalazkiCzytaj też:
„Ponury żniwiarz znad Sommy”. Ta broń zrewolucjonizowała wojnę