Ηλεκτρονικο Περιοδικο των Εκπαιδευτηριων Ι. ΤΣΙΑΜΟΥΛΗ

CERN

Ειρήνη Μωρίκη, Εβελίνα Γκίκα, Χρήστος Τσέλιος

Το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών γνωστό με το όνομα CERN από τα αρχικά των γαλλικών λέξεων Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, ή European Council for Nuclear Research βρίσκεται δυτικά της Γενεύης, στα σύνορα Γαλλίας – Ελβετίας και αποτελεί το μεγαλύτερο πειραματικό κέντρο ερευνών σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο.

Η ιδέα για τη δημιουργία ενός Ευρωπαϊκού εργαστηρίου ατομικής φυσικής ξεκίνησε μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο το 1949 από επιστήμονες όπως οι Raoul Dautry, Pierre Auger και Lew Kowarski στη Γαλλία, Edoardo Amaldi στην Ιταλία και Niels Bohr στη Δανία με σκοπό τη διευρωπαϊκή ένωση και συνεργασία των επιστημόνων σε θέματα που αφορούσαν τη μελέτη των συστατικών του σύμπαντος και τον τρόπο λειτουργίας του. Οι βάσεις για τη δημιουργία του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου για την Ατομική Ενέργεια τέθηκαν τον Δεκέμβριο του 1951 σε μία σύσκεψη της UNESCO στο Παρίσι. Το Βέλγιο, η Δανία, η Γαλλία, η Ομοσπονδιακή Δημοκρατία της Γερμανίας, η Ελλάδα, η Ιταλία, η Ολλανδία, η Νορβηγία, η Σουηδία, η Ελβετία, το Ηνωμένο Βασίλειο, και η Γιουγκοσλαβία (αποχώρησε το 1961), αποτέλεσαν τα 12 πρώτα ιδρυτικά μέλη του.

Το CERN άρχισε να λειτουργεί πριν από 60 χρόνια, στις 29 Σεπτεμβρίου του 1954.

Σήμερα στην ομάδα έρευνας του CERN ανήκουν επιστήμονες και από άλλες χώρες όπως οι ΗΠΑ, η Ινδία, το Ισραήλ, η Ρωσία, η Ιαπωνία, η Τουρκία και η UNESCO. Συνολικά τα μέλη είναι 21 ενώ η Ρουμανία και η Σερβία είναι υποψήφιες χώρες για να ενταχθούν στην ομάδα έρευνας του CERN.

Το μισό της κοινότητας της σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο δουλεύει σε πειράματα που οργανώνονται από το CERN. Στο CERN απασχολούνται περισσότεροι από 10.000 επιστήμονες από 100 διαφορετικές εθνικότητες. Χρησιμοποιώντας τα μεγαλύτερα και πλέον πολύπλοκα επιστημονικά όργανα για τη μελέτη των βασικών συστατικών της ύλης, τα στοιχειώδη σωματίδια και τις συγκρούσεις μεταξύ τους, οι φυσικοί αποκαλύπτουν τους νόμους της φύσεως.

Βασικό αντικείμενο ερευνών είναι τα στοιχειώδη σωματίδια, οι δομικοί λίθοι που απαρτίζουν την ύλη, όπως και οι δυνάμεις που τα διέπουν. Δηλαδή έργο του CERN είναι η καθαρή επιστήμη και η διερεύνηση των πλέον θεμελιωδών ερωτημάτων για τη Φύση όπως:

  •      Τι είναι η ύλη;
  •      Από πού προέρχεται;
  •      Πως συγκρατείται για να σχηματίσει άστρα, πλανήτες και ανθρώπινα όντα;

Η έρευνα που γίνεται στο CERN χαρακτηρίζεται ως Έρευνα Μεγάλων Στόχων (BigScience), εξαιτίας της ανάγκης συμβολής πολλών κρατών για τη διεξαγωγή των ερευνών.

Στο CERN όλα αυτά τα χρόνια παράγεται γνώση υψηλού επιπέδου για περίπλοκα δίκτυα επικοινωνιών και την υψηλότερη δυνατή τεχνολογία υπολογιστικών συστημάτων, η οποία οδήγησε το CERN, το 1989, στην εφεύρεση του World Wide Web (www) από τον Βρετανό επιστήμονα Tim Berners-Lee, ως μία τεχνολογία, η οποία, ικανοποιούσε τις αυξανόμενες επικοινωνιακές ανάγκες υπολογιστικών συστημάτων της ερευνητικής κοινότητας.

1

Επίσης, τα πεδία που ωφελήθηκαν από τις τεχνολογικές προόδους της έρευνας της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων συμπεριλαμβάνουν τις:

  1. Μεθόδους ιατρικών απεικονίσεων
  2. Ποζιτρονική τομογραφία
  3. Κατασκευή ηλεκτρονικών υπολογιστικών κυκλωμάτων
  4. Ανίχνευση παράνομης μεταφοράς διαφόρων υλικών.

1.1

Από επιστημονικής απόψεως, οι πιο σημαντικές τεχνολογικές και επιστημονικές γνώσεις που προέρχονται από τις δραστηριότητες του CERN εντοπίζονται σε:

  1. Ιδιότητες των υλικών σε αέρια, υγρή ή στερεά μορφή
  2. Αλληλεπιδράσεις τους με ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας
  3. Υπεραγώγιμα υλικά που δημιουργούν υψηλά μαγνητικά πεδία
  4. Υπερ-ρευστά που χρειάζονται για την λειτουργία των επιταχυντών
  5. Πηγές πολύ ισχυρής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τη φυσική της επιφάνειας των μετάλλων
  6. Τεχνολογία κενού
  7. Τεχνολογίες δικτύων και υπολογιστικών συστημάτων και εφαρμογών

Καταλαβαίνει κανείς ότι τα οφέλη από την έρευνα που διεξάγεται στο CERN επηρεάζουν πολλούς τομείς της επιστήμης πέραν της φυσικής αλλά και την καθημερινότητά μας (δίκτυα υπολογιστών, ιατρική, βιολογία,…)

1.2

Τα επιστημονικά όργανα που χρησιμοποιούνται στο CERN είναι οι επιταχυντές σωματιδίων και οι ανιχνευτές. Οι επιταχυντές δίνουν στα σωματίδια πολύ μεγάλες ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, και τα ωθούν να συγκρουστούν, είτε με σταθερούς στόχους, είτε μεταξύ τους. Οι ανιχνευτές παρατηρούν και καταγράφουν τα προϊόντα αυτών των συγκρούσεων.

Ο παλαιότερος επιταχυντής, ο οποίος λειτουργεί ακόμη στο CERN, είναι το συγχροτρόνιο πρωτονίων (PS), το οποίο μπήκε σε λειτουργία το 1959.

1.3

Ο επιταχυντής Super Proton Synchroton (SPS), διαθέτει υπόγεια σήραγγα 7 χιλιομέτρων που επιτρέπει στα πρωτόνια να επιταχύνονται στα 400 GeV, δηλαδή σε πολύ υψηλές ενέργειες. Το υπέρ σύγχροτρον πρωτονίων (SPS), το οποίο τροφοδοτείται με δέσμες σωματιδίων από το PS, λειτούργησε για πρώτη φορά το 1976. Στην αρχή της δεκαετίας του 1980, το SPS έδινε δέσμες σωματιδίων για πειράματα, τα οποία οδήγησαν στην απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής στο CERN, για πρώτη φορά το 1984.

1.2

Ο μεγάλος επιταχυντής συγκρουόμενων δεσμών ηλεκτρονίων ποζιτρονίων (LEP) κατασκευάστηκε σε ένα κυκλικό υπόγειο τούνελ, περιφέρειας 27 χιλιομέτρων, και αποτέλεσε το σύμβολο έρευνας του CERN για την περίοδο 1989 – 2000. Όταν ολοκληρώθηκε η αποστολή του, ο επιταχυντής LEP αποσυναρμολογήθηκε για να δώσει χώρο σε μία πολύ πιο ισχυρή μηχανή, το μεγάλο επιταχυντή συγκρουομένων δεσμών αδρονίων (LHC), ο οποίος εγκαταστάθηκε στο ίδιο τούνελ, το καλοκαίρι του 2007 και ξεκίνησε να λειτουργεί τον Σεπτέμβριο του 2008.

Τα πειράματα στον επιταχυντή LHC γίνονται με γιγαντιαίους ανιχνευτές όπως οι ATLAS, CMS, ALICE, LHC-B, οι οποίοι κατασκευάστηκαν από 500 ινστιτούτα 80 χωρών με τη βοήθεια της βιομηχανίας.

1.4

Σήμερα ο LHC βρίσκεται εκτός λειτουργίας γιατί αναβαθμίζεται ώστε το 2015 να λειτουργήσει με ενέργειες διπλάσιες από αυτές που είχε φτάσει νωρίτερα αγγίζοντας τα 14 TeV, ενώ ένα ακόμη πρόγραμμα αναβάθμισης του LHC θα ακολουθήσει αργότερα (και θα ολοκληρωθεί το 2024), το οποίο θα δεκαπλασιάσει την ανιχνευτική ικανότητα του επιταχυντή. Παρ’ όλα αυτά όμως δύο μικρότεροι επιταχυντές θα τεθούν σε λειτουργία στο δεύτερο μισό του 2014 και ένα εντυπωσιακό πείραμα που αποσκοπεί στην πειραματική ανακάλυψη μιας σπάνιας διάσπασης θα κάνουν τη φετινή χρονιά πολύ ενδιαφέρουσα.

 

Γιατί οι φυσικοί ασχολούνται με τα σωματίδια;

Η απάντηση είναι απλή, επειδή από αυτά αποτελούμαστε. Όπως άλλωστε και τα πάντα στο σύμπαν. Σήμερα, γνωρίζουμε πως μόνο τέσσερα είδη δομικών λίθων χρειάζονται για τη δημιουργία της γνωστής ύλης. Πρόκειται για τα σωματίδια:

1.5

Άνω και κάτω κουάρκ:

Τα άνω (up, u) και κάτω (down, d) κουάρκ βρίσκονται στο εσωτερικό των πρωτονίων και των νετρονίων του ατομικού πυρήνα. Είναι δεμένα τόσο σφιχτά μεταξύ τους ώστε σε κανένα πείραμα δεν έχει καταστεί δυνατόν να απελευθερώσουμε μόνο ένα από αυτά.

Ηλεκτρόνια

Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον ατομικό πυρήνα και έτσι σχηματίζονται τα άτομα.Τα άτομα ενώνονται μεταξύ τους και συνθέτουν μόρια από τα οποία αποτελούνται άλλα σύνθετα αντικείμενα – για παράδειγμα ο άνθρωπος.

Νετρίνα Ηλεκτρονίου

Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνεύσουμε τα νετρίνα ηλεκτρονίου διότι αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη. Ένα νετρίνο ηλεκτρονίου μπορεί να διαπεράσει τη γη τόσο εύκολα σαν αυτή να μην υπήρχε καν.

 

Μποζόνιο του Χιγκς…

Το 1964, ο Βρετανός φυσικός Πίτερ Χιγκς είχε προεξοφλήσει την ύπαρξη του μποζονίου που φέρει το όνομά του, διατυπώνοντας μαζί με τους συναδέλφους του Ρόμπερτ Μπράουτ και Φρανσουά Ενγκλερτ, τη θεωρία του πεδίου Χιγκς, ενός πεδίου που διαπερνά το Σύμπαν δίνοντας μάζα στα στοιχειώδη σωματίδια.

1.6

Το Μποζόνιο του Χιγκς είναι ένα σωματίδιο του οποίου η ύπαρξη προβλέπεται από το καθιερωμένο μοντέλο και η αναζήτησή του είναι στις βασικές προτεραιότητες του μεγάλου επιταχυντή αδρονίων στο CERN. Το πεδίο που δημιουργεί το σωματίδιο είναι υπεύθυνο για την ύπαρξη μάζας χωρίς την οποία δεν θα υπήρχε βαρύτητα στο Σύμπαν. Το μποζόνιο του Χιγκς θεωρείται από τους φυσικούς ως το κλειδί της θεμελιώδους δομής της ύλης, το σωματίδιο που δίνει στην ύλη την μάζα της, σύμφωνα με τη θεωρία του «Καθιερωμένου Μοντέλου».

1.7

«Διαβήκαμε ένα νέο στάδιο στην κατανόηση της φύσης», δηλώνει σε ανακοίνωσή του ο γενικός διευθντής του CERN Ρολφ Χόγερ. «Η ανακάλυψη ενός σωματιδίου τα χαρακτηριστικά του οποίου είναι συμβατά με εκείνα του μποζονίου του Χιγκς… ανοίγει τον δρόμο για περισσότερο προωθημένες έρευνες, που χρειάζονται περισσότερα στατιστικά στοιχεία, και οι οποίες θα προσδιορίσουν τα χαρακτηριστικά του νέου σωματιδίου…Θα ανοίξει τον δρόμο και σε άλλα μυστήρια του Σύμπαντός μας», εξηγεί ο γενικός διευθυντής του CERN.

Λίγη ώρα πριν από την ανακοίνωση του Ρολφ Χόγερ, ο Τζο Ινκαντέλα εκπρόσωπος του προγράμματος του CERN ανακοίνωνε πολύ συγκινημένος κατά τη διάρκεια επιστημονικού σεμιναρίου που οργανώνεται από τον ευρωπαϊκό οργανισμό στη Γενεύη την πρόοδο των τελευταίων μηνών: «Εντοπίσαμε ένα νέο μποζόνιο, αλλά έχουμε ανάγκη από περισσότερα στοιχεία για να επαληθεύσουμε εάν πρόκειται για το μποζόνιο του Χιγκς», εξήγησε ενώπιον ακροατηρίου επιστημόνων.

Η Μωρίκη Ειρήνη, η Γκίκα Εβελίνα και οΤσέλιος Χρήστος είναι μαθητές της Β΄ Γυμνασίου των Εκπαιδευτηρίων Ι. ΤΣΙΑΜΟΥΛΗ.

1.8

 

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: