70 lat CERN. O Wielkim Wybuchu na wyjątkowej wystawie multimedialnej w Krakowie

CERN, czyli Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek, to największy ośrodek badawczy fizyki cząstek na świecie. W tym roku placówka obchodzi 70-lecie powstania. Właśnie z tej okazji w Krakowie można oglądać wyjątkową wystawę multimedialną poświęconą laboratorium CERN, która przenosi zwiedzających w fascynujący świat fizyki cząstek elementarnych. Na interaktywnych stanowiskach można oglądać filmy i animacje prezentujące historię Wszechświata, najmniejsze cegiełki budujące wszystko, co nas otacza, i największe na świecie eksperymenty fizyki cząstek.

Na odwiedzających czekają trzy kapsuły. Znajdują się w nich m.in.: strefa Big Bang (z ang. Wielki Wybuch), strefa cząstek, w której jest pokazana budowa materii, a także obszar badawczy CERN ukazujący, w jaki sposób bada się cząstki w wielkim zderzaczu hadronów.

Odwiedzających wystawę na pewno zachwycą animacje, filmy i media interaktywne, które przedstawiają cuda nauki i technologii. Jedną z atrakcji jest gabinet fizyki teoretycznej. To jednak nie wszystko. Organizatorzy nie zapomnieli również o najmłodszych. Specjalnie dla nich przygotowany został dla nich kącik edukacyjny.

Multimedialną wystawę „Accelerating Science” można oglądać w hali sportowej Akademii Górniczo-Hutniczej przy ul. Piastowskiej 26a. Jest ona bezpłatnie dostępna dla zwiedzających do 26 maja, w godzinach 10–18 (szczegółowe informacje na stronie IFJ PAN).

Zaplanowano również wydarzenia towarzyszące wystawie. Oto one:

• piątek 17 maja: wykład otwarty prof. dr hab. Iwony Grabowskiej-Bołd (AGH) zatytułowany „Całkiem Elementarne Rozważania Naukowe (CERN) w Juwenalia – o wyzwaniach i urokach nauki w CERN” – godz. 17, Kampus AGH, budynek D10, Aula B, ul. Reymonta 19a;
• poniedziałek 20 maja: wykład otwarty dr. Jakuba Mościckiego (CERN) pt. „Scientific Data Management and Storage in the Exabyte Era at CERN – godz. 17, Kampus AGH, budynek D10, Aula A, ul. Reymonta 19a;
• piątek 26 maja: wykład otwarty dr hab. Agnieszki Obłąkowskiej-Muchy (AGH) pt. „Antymateria, jak jej szukać?” – godz. 17, Kampus AGH, budynek D10, Aula B, ul. Reymonta 19a.

Z Krakowa wystawa „Accelerating Science” przeniesie się do Warszawy, a następnie gościć będzie w Gdańsku, Poznaniu i Wrocławiu.

Dodajmy, że wystawie CERN towarzyszy również szczególna ekspozycja: „Polska w CERN”. Dzięki niej można się zapoznać z wkładem polskich naukowców, wynalazców i przedsiębiorców w rozwój i sukces Europejskiej Rady Badań Jądrowych. Jak wygląda ich współpraca z CERN?

Polscy naukowcy byli obecni w CERN już od końca lat 50. ubiegłego stulecia, a w 1964 roku Polska, jako jedyny kraj tzw. bloku wschodniego, uzyskała status członka obserwatora w Radzie CERN. W 1991 r. stała się 16. członkiem tej organizacji i od tamtej pory jesteśmy pełnoprawnym współgospodarzem największego na świecie laboratorium badań podstawowych w dziedzinie fizyki.

Przypomnijmy, CERN w krótkim czasie po powstaniu stał się światowym liderem w dziedzinie badań podstawowych, odnosząc spektakularne sukcesy tak na polu naukowym, jak i jako centrum doskonałości, kształcenia kadr naukowo-technicznych oraz transferu technologii, ale również jako wzorzec prowadzenia badań naukowych dla pokoju, z poszanowaniem różnorodności narodowej oraz odmienności kultur i religii.

Pośród licznych przełomów, jakie dokonały się w CERN, warto wspomnieć choćby odkrycie słynnej cząstki Higgsa w 2012 roku, a także opracowanie i nieodpłatne udostępnienie ludzkości protokołu www, bez którego już nie wyobrażamy sobie współczesnego świata.

Obecni w CERN praktycznie od samego początku, bo od chwili jego założenia w 1954 r., byli naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej. Od ponad 20 lat biorą oni natomiast udział w pracach realizowanych w ramach Wielkich Eksperymentów LHC (ang. Large Hadron Collider) i w innych projektach związanych z badaniami fundamentalnymi prowadzonymi w CERN.

Wiodący udział we współpracy z CERN mają badacze z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH, którzy od połowy lat 80. ubiegłego wieku brali udział w wielkich eksperymentach na zderzaczu LEP (The Large Electron-Positron Collider) takich jak DELPHI oraz OPAL.

Aktualnie prowadzone eksperymenty, w których biorą udział naukowcy z AGH, to ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), LHCb (Large Hadron Collider beauty) oraz ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Analizy fizyczne dotyczą pionierskich pomiarów rzadkiego zjawiska rozpraszania foton–foton, rzadkiego rozpadu bozonu Higgsa na leptony i foton oraz poszukiwanie tzw. Nowej Fizyki, czyli efektów wychodzących poza opis dostępny przez Model Standardowy Cząstek i Oddziaływań.

Badania te mają duże znaczenie dla wyjaśnienia asymetrii materia – antymateria, która pozwoliła na pojawienie się ery materii po Wielkim Wybuchu. Naukowcy w bardzo praktyczny sposób próbują odpowiedzieć na pytanie, dlaczego właściwie istniejemy, skoro wierzymy, że tuż po Wielkim Wybuchu Wszechświat zawierał taką samą ilość materii i antymaterii.

Naukowcy i studenci z AGH uczestniczą też w pracach informatycznych wspierających eksperyment TOTEM (obecnie część eksperymentu CMS - Compact Muon Solenoid). Grupa z AGH zajmuje się rozwojem i zapewnianiem jakości oprogramowania do rekonstrukcji danych i symulacji odpowiedzi detektorów oraz różnymi aspektami przetwarzania równoległego do analizy dużych zbiorów danych.

Także naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego od wielu lat biorą aktywny udział w pracach realizowanych w ramach Wielkich Eksperymentów CERN na przyspieszaczu Super Proton Synchrotron (SPS) i zderzaczu Large Hadron Collider oraz mniejszych eksperymentach badających symetrie materii i antymaterii.

Prof. Piotr Salabura, aktualnie prodziekan ds. badań naukowych i rozwoju na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ, był członkiem komitetu LHC (Large Hadron Collider) odpowiedzialnego za ocenę działalności największych eksperymentów wysokich energii działających w CERN. Komitet składa się z ekspertów powoływanych przez dyrektora naukowego CERN na dwuletnie kadencje. Prof. Salabura pełnił swoją funkcję od 2019 roku przez pięć kolejnych lat.

Bliską współpracę z ośrodkiem CERN prowadzi także grupa teoretyczna na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ. Prof. Wiesław Płaczek i prof. Andrzej Siódmok, wraz ze współpracownikami z Wydziału FAIS UJ, konstruują „Wirtualne Zderzacze Cząstek”, zwane fachowo generatorami Monte Carlo.

Te skomplikowane programy numeryczne zderzają wirtualne protony, produkując setki, a nawet tysiące wirtualnych cząstek, a wyniki ich symulacji wyglądają zupełnie jak dane w LHC. Jest to obecnie jedyny sposób, by porównać teorie z eksperymentem. Dlatego we współczesnej fizyce wysokich energii właściwie wszystkie odkrycia, wraz z niedawnym odkryciem bozonu Higgsa, bazowały na takich Wirtualnych Zderzaczach Cząstek.

W 2022 roku Uniwersytet Jagielloński podpisał z CERN porozumienie o współpracy na przyszłym zderzaczu cząstek wysokich energii o nazwie FCC (od ang. Future Circular Colliders). Teoretycy z UJ już opracowują generatory Monte Carlo dla FCC, a także dla projektu Gamma Factory, czyli wysokowydajnego źródła promieni gamma bazującego na LHC, które umożliwiłoby nowe poszukiwania nieznanych dotąd oddziaływań, badań biomedycznych, symulacji układów gwiazd neutronowych, badania reakcji jądrowych czy produkcji wysokoenergetycznych cząstek, takich jak muony.

Nowy projekt współtworzony przez naukowców UJ otworzy zupełnie nowe pole do badań z zakresu fizyki, astronomii, chemii czy biologii, ale także umożliwi nowe zastosowania w medycynie, technice i materiałoznawstwie.

Naukowcy z UJ zaangażowani są również m.in. w eksperyment ATLAS, który zajmuje się badaniem dużej grupy zagadnień z dziedziny fizyki cząstek elementarnych, ale podstawowy cel to badanie oddziaływania podstawowych składników materii. Dzięki temu eksperymentowi próbujemy dowiedzieć się m.in., jak wyglądał początek Wszechświata, jakie będą jego dalsze losy, co się stało z antymaterią, co to jest „czarna materia”, jakie są podstawowe składniki materii oraz oddziaływania między nimi.