W Świerku ruszyła szkoła CERN

W Naro­do­wym Cen­trum Badań Jądro­wych (NCBJ) ruszyła Zaawan­so­wana Szkoła Fizyki Akce­le­ra­to­ro­wej CERN. Bli­sko 100 osób z całego świata zgłę­bia w Pol­sce wie­dzę z obszaru sze­roko poję­tej fizyki i tech­niki akce­le­ra­to­rów.

Od 27 wrze­śnia do 9 paździer­nika Naro­dowe Cen­trum Badań Jądro­wych gości naukow­ców z całego świata, któ­rzy biorą udział w CAS (The CERN Acce­le­rator School) – Zaawan­so­wa­nej Szkole Fizyki Akce­le­ra­to­ro­wej.

„Jest nam nie­zmier­nie miło, że Pol­ska została wspó­łor­ga­ni­za­to­rem tej edy­cji CERN Acce­le­ra­tor School” – pod­kre­śla prof. dr hab. Grze­gorz Wrochna, dyrek­tor NCBJ – „dzięki pro­wa­dzo­nym eks­pe­ry­men­tom w naj­więk­szym ośrodku naukowo-badaw­czym na świe­cie roz­wi­jamy i udo­sko­na­lamy tech­niki przy­spie­sza­nia czą­stek. Doświad­cze­nia te, któ­rymi wła­śnie wymie­niamy się w Świerku, służą nam w codzien­nym życiu nie tylko w nauce, ochro­nie gra­nic czy prze­my­śle. Nie­zwy­kle istot­nymi są zasto­so­wa­nia w ochro­nie ludz­kiego zdro­wia. To akce­le­ra­tory medyczne pozwa­lają nam dziś m.in. na coraz sku­tecz­niej­szą tera­pię onko­lo­giczną”.

Głównym celem Zaawansowanej Szkoły Fizyki Akceleratorowej CERN jest wzajemna wymiana doświadczeń i przekazywanie wiedzy młodszemu pokoleniu studentów, doktorantów, fizyków i inżynierów. Wykładowcami są wybitni specjaliści z dziedziny fizyki akceleratorowej z najbardziej cenionych ośrodków naukowych z całego świata. W Świerku uczestnicy będą poznawać zagadnienia związane z pomiarami w obszarze wysokich częstotliwości (RF), pomiarami i diagnostyką wiązki jak i projektowaniem i optymalizacją optyki wiązki.

„Uczestnicy Zaawansowanej Szkoły Akceleratorowej będą mieli zajęcia m.in. w unikalnym laboratorium pomiarowym. Tu przeprowadzimy cykl eksperymentów z wykorzystaniem rzeczywistej wiązki akceleratora” – tłumaczy dr hab. inż. Sławomir Wronka, Kierownik Zakładu Fizyki i Techniki Akceleracji Cząstek, NCBJ – „pokażemy nie tylko nasze doświadczenia, ale również zaprezentujemy nasze prace wykonywane m.in. dla poszczególnych eksperymentów CERN”.

Szkoła Akceleratorowa CERN to inicjatywa zapoczątkowana w Genewie w 1983 roku. Odbywa się dwa razy w roku (w wersji podstawowej i zaawansowanej) i gromadzi przedstawicieli tego obszaru fizyki z całego świata. Jej celem jest zainteresowanie środowiska naukowego tematyką akceleratorów, promowanie prac badawczych na arenie międzynarodowej oraz zapewnienie studentom bezpośredniego kontaktu z czołowymi naukowcami z dziedziny akceleratorów z czołowych ośrodków badawczych.

Oficjalnie Polska stała się członkiem Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w 1991 roku. Dziś przy wszystkich projektach i eksperymentach przy LHC, wśród 8 tysięcy naukowców pracuje blisko 300 naszych ekspertów z takich instytucji jak Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Instytut Fizyki Jądrowej PAN i innych. Zajmowali oni lub wciąż pełnią bardzo odpowiedzialne funkcje. Obecnie Przewodniczącą Rady CERN jest prof. dr hab. Agnieszka Zalewska (IFJ PAN). W ubiegłych latach prof. dr hab. Ewa Rondio (NCBJ) była członkiem Biura Dyrekcji CERN, a prof. dr hab. Ryszard Sosnowski (NCBJ) – zastępcą przewodniczącego Rady CERN. Profesorowie Helena Białkowska (NCBJ) i Jan Nassalski (NCBJ) byli członkami tematycznych komitetów naukowych CERN, przy czym prof. Nassalski był także przedstawicielem polskich fizyków w Radzie CERN. Prof. Grzegorz Wrochna (NCBJ) był koordynatorem międzynarodowego zespołu budującego jeden z podukładów eksperymentalnych do detektora CMS. Prof. Krzysztof Meissner (UW) jest jednym z dwóch koordynatorów eksperymentu OSQAR. Prof. Michał Turała (AGH) był szefem departamentu Electronics and Computing for Physics Division.

Polscy naukowcy odpowiadają również za zaprojektowanie i budowę kluczowych elementów Wielkiego Zderzacza Hadronów. Przykładowo, Zakład Aparatury Jądrowej (ZdAJ), wchodzący w skład NCBJ, uczestniczył w modernizacji pierwszego stopnia przyspieszania cząstek w kompleksie akceleratorów zasilających LHC. W Świerku wykonywane były również specjalne komory przyspieszające protony i grupujące je w paczki. Warszawska Grupa eksperymentu CMS (UW, NCBJ, PW) zaprojektowała i wykonała modernizację elektroniki trygera mionowego, tego samego mechanizmu, który stworzyła dla LHC w 2009 roku. Polsce badacze z zespołu LHCb wykonali dużą część detektora składającego się z tzw. komór słomkowych umieszczonych w detektorze śladowym. Z kolei krajowi konstruktorzy z ALICE brali udział w budowie kalorymentru elektromagnetycznego PHOS (Photon Spectrometer) służącego do badania i rekonstrukcji własności mezonów pi zero oraz „samotnych” fotonów. Powstająca w Polsce infrastruktura obliczeniowa wykorzystywana jest w ramach „Worldwide LHC Computing Grid”, ogólnoświatowej sieci 160 centrów komputerowych. Przykładowo Centrum Informatyczne Świerk, obok AGH i ICM, udostępnia do przetwarzania zgromadzonych danych ok. 1100 rdzeni obliczeniowych, ponad 500 TB (terabajtów) przestrzeni dyskowej, a także specjalistyczne oprogramowanie naukowe i wydajną infrastrukturę sieciową – w pełni redundantne łącze światłowodowe o przepustowości 10 Gbit/s. Ma to szczególne znaczenie, ponieważ tylko jeden eksperyment pracujący przy LHC, CMS, generuje 100 Mb danych na sekundę.

Obecnie w CERN rozpoczęły się prace związane zbieraniem danych po ponownym uruchomieniu Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC). Aby uzyskać założone parametry urządzenia przez blisko dwa lata modernizacji wprowadzono w nim wiele ulepszeń oraz nowych rozwiązań technicznych. Przetestowano nadprzewodzące magnesy kontrolujące tor lotu cząstek i kilka z nich wymieniono, opracowano nowy system kriogeniczny utrzymujący magnesy w stanie nadprzewodzącym, zaprojektowano bezpieczniejszy system próżniowy, wprowadzono rozwiązania lepiej ogniskujące wiązki, podwyższające napięcia jak również układy elektroniczne odporne na promieniowanie. Prowadzone prace, ze względu na stopień skomplikowania, wymagały dużej dokładności, zaangażowania szeregu specjalistów z różnych dziedzin jak i czasu. Wśród nich aktywnie uczestniczyły również polskie grupy. Wartość całości prac szacuje się na 150 milionów franków szwajcarskich.

Cząstki już zderzają się w LHC z docelową energią (13 TeV) – największą energią jaką udało się kiedykolwiek uzyskać w historii. Zdarzenia te zachodzą co 25 nanosekund, dzięki czemu naukowcy uzyskają dwukrotnie większą liczbę danych do analiz. W wyniku zderzeń cząstek uwalniana jest ogromna energia i mogą powstawać cząstki, których właściwie nigdzie indziej nie ma szansy zaobserwować. Poznanie natury tych cząstek daje naukowcom wgląd m.in. w to, co działo się zaraz po Wielkim Wybuchu.