De mic am fost pasionat de tainele fizicii şi am încercat să caut răspunsuri la întrebările pe care le aveam: „De ce este cerul albastru ziua şi negru în toiul nopţii?”, „Este sau nu Universul infinit?”, „Suntem, oare, singuri în acest loc vast?”.
Multe întrebări au rămas fără răspuns, iar lor li s-au adăugat altele, şi mai interesante, în anii facultăţii. Am descoperit că Universul este în fiecare dintre noi şi că ştim, totuşi, atât de puţine despre tot ce ne înconjoară.
În timp ce exploram partea experimentală a fizicii, interesul meu s-a mutat, treptat, către aria detecţiei de particule, a accelerării şi detecţiei lor. Am avut, astfel, ocazia de a lucra la teza de licenţă cu echipa de cercetare ce reprezintă România în cadrul experimentului ATLAS de la Centrul European pentru Cercetări Nucleare (CERN) din Geneva. Timp de mai bine de un an de zile, am studiat detectorii cu gaz şi am realizat simulări ale unui nou tip de detector, numit detector MicroMegas, care este candidatul principal pentru următorul upgrade ce va avea loc la Marele Accelerator de Hadroni (Large Hadron Collider, LHC) în câţiva ani. Concret, la graniţa dintre Franţa şi Elveţia, într-un tunel aflat la mai bine de 100m de suprafaţă şi ce se întinde pe 27km în circumferinţă, se află cea mai complexă maşinărie de pe Terra. Este vorba despre un accelerator de particule denumit LHC, care este proiectat să ciocnească două fascicule ce se deplasează în sens opus unul faţă de celălalt în anumite puncte cheie, în care se află detectori (cei mai mari dintre ei sunt ATLAS, ALICE, LHCb şi CMS). Pentru a avea o idee despre dimensiuni: 46m lungime, 25m diametru, 7000tone. Fasciculul de particule ce se deplasează cu viteze de până la 99.99999999999973% din viteza luminii (care este viteza limită în Univers din cunoştinţele actuale) se ciocneşte cu un altul, care se deplasează din sens opus, în centrul detectorului ATLAS (vorbesc despre el în continuare, întrucât la el lucrez), producând un jet de particule noi, ce se deplasează din punctul de interacţie în toate direcţiile. Fiecare particulă are specificul ei, iar energia, impulsul şi urma fiecăreia sunt măsurate într-un sistem de detectori dispuşi radial din punctul de interacţie. Peste un miliard de astfel de interacţii au loc simultan în detectorul ATLAS în fiecare secundă. Dintre toate, doar un milion de coliziuni sunt selectate ca fiind de interes şi sunt stocate în centrele de date.
Acum că am dat, în mare, o idee despre numărul mare de interacţii, pot explica şi de ce este nevoie de un nou tip de detectori. În următorii ani, LHC se aşteaptă să atingă valori ale ratelor de interacţie de 10 ori mai mari decât limitele de design actuale. Pentru a face faţă valorilor mari ale radiaţiei şi pentru a putea reconstrui cu precizie parcursul particulelor rezultate, fiecare detector va primi un upgrade în funcţie de natura fiecăruia. Detectorul pe care l-am studiat urmăreşte cu precizie nişte particule exotice numite miuoni, particule care provin, în cea mai mare parte, din spaţiu, la o rată fenomenală. Prin corpul nostru, în fiecare minut, trec aproximativ 10000 de astfel de particule, dar nu interacţionează cu noi. Aici, la CERN, noi le generăm în ciocniri violente de particule.
O bună parte din muncă, la ATLAS, este făcută de grupuri mici de cercetători, la institutele de acasă. Componentele din detectori sunt dezvoltate, produse şi testate la institute, până să ajungă la CERN. Ultima etapă de testare este făcută în fasciculul puternic de aici, pentru a ne asigura că fac faţă valorilor mari de radiaţie la care sunt expuse. Întrucât LHC este momentan operaţional, NIMENI nu are voie în tunelul subteran, întrucât, la dozele de radiaţie de acolo, ar muri în câteva secunde, iar magneţii superconductori ar putea să îi smulgă o plombă direct prin craniu :). Totul este controlat de la suprafaţă. Cu toate acestea, pentru a atinge valorile mari ale vitezei, particulele sunt accelerate succesiv în diverse instalaţii şi pompate, pe rând, din instalaţie în instalaţie, până ajung în LHC. Penultima etapă a accelerării lor este în SPS, aici valorile vitezei atingând 99.9998% din viteza luminii. Testele preliminare montării detectorilor în LHC se fac aici, tuburi cu fascicule de protoni ajungând în diverse zone experimentale.
Pentru teză, am realizat o simulare a acestui tip de detector şi a comportării lui în diverse medii de radiaţie. Am venit aici pentru a vedea cum se comportă un prototip real şi cât de mult coincid datele extrase cu simularea. Domnul Călin Alexa, coordonatorul grupului ATLAS din România, a avut toată încrederea şi a considerat că pot ajuta, împreună cu alţi doi colegi, la realizarea montajului experimental, împreună cu o echipă din Grecia. Pentru asta, nu pot decât să îi fiu recunoscător, pentru că ştiu că a ajunge aici este destul de greu, mai ales din anii studenţiei. Odată ce montajul este realizat, o echipă de specialişti analizează locul şi putem, astfel, primi ok-ul final. Ei sunt cei care coordonează fasciculul comandat de noi prin tunel până la probă şi trebuie să se asigure că totul se desfăşoară în condiţii de siguranţă maximă. Pe o parte şi pe cealaltă a ţevii prin care curge fluxul de particule, sunt înălţaţi pereţi de beton de 8-10m grosime, pentru a împiedica cât mai mult din radiaţie să părăsească incinta. Din motive mai greu de explicat, deasupra experimentului este nevoie de astfel de blocuri de beton numai în locurile în care ţeava se curbează. Toată hala experimentală se închide la nivelul 0 (zona de jos unde este linia experimentală) prin nişte sisteme avansate de securitate. Din centrul de comandă, din afară, se controlează fluxul de particule şi se achiziţionează datele. Aici facem aşa numitele „schimburi”. Suntem puţini, aşa că facem cu rândul la monitorizare. Întrucât este destul de dificil să monitorizezi atâţia parametri, e nevoie de 4-5 persoane per tură. Lucrez şi ziua, şi noaptea la experiment. Iar între timp mai lucrăm la simulare :D. Este muncă titanică, dar satisfacţia este enormă şi îndur cu mândrie.
… dar mai multe aici :
http://press.cern/press-releases/2016/07/cern-welcomes-românia-its-twenty-second-member-state
http://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2016/30/News%20Articles/2201023?ln=en
Bogdan Mihail Blidaru