ביקור במאיץ החלקיקים
אבי בליזובסקי סייר במתקן אטלס, המהווה חלק חיוני מפרויקט ה-LHC (מאיץ ההדרונים הגדול) בליווי פרופ' שלומית טרם מבכירי המדענים הישראלים באתר
מתחילת חודש אוגוסט, אי אפשר יהיה להיכנס עוד למנהרה של CERN, שם הולכת ונשלמת בנייתו של מאיץ החלקיקים החזק בעולם. לכן, כשהזמינה אותי פרופ' שלומית טרם מהטכניון לבקר באתר, הייתה זו הזדמנות חד פעמית, לבקר במקום שעשוי להביא לנו בתוך חודשים ספורים תוצאות ראשונות של פיסיקה חדשה.
במשרד צנוע בבניין מספר 40, אחד המבנים המרכזיים של קמפוס CERN, יושבים ביחד שני פרופסורים, דוקטורנטים וסטודנטים, אלא שלא מדובר כאן בצירוף טריוויאלי. יש שם פרופסורית ישראלית – שלומית טרם מהפקולטה לפיסיקה בטכניון; פרופ' הירו יואסאקי מהמעבדה היפנית לחלקיקים (KEK); פוסט דוקטורנטית מהטכניון – סופיה ולקורסה, מרומא במקור; שגיא בן עמי דוקטורנט בטכניון; אוהד סילברט – דוקטורנט ממכון ויצמן; וארווה בנורה, סטודנטית מביר-זית המתגוררת בבית לחם שבאה לסמסטר קיץ.
מאיץ ההדרונים הגדול: כל המידע, כל דיווחים - פרויקט מיוחד של ynet מדע
אליהם מצטרף גם פרופ' גיורא מיקנברג ממכון ויצמן, שבעבר גם מילא תפקידים רשמיים בסרן. הנוכחות הזו מספרת על האופי של המקום, פרויקט בינלאומי, שישראל היא באופן רשמי משקיפה בו, אך באופן מעשי היא חברה מלאה. מהנדסים ישראלים שיתפו פעולה בזמן הבניה עם מהנדסים מהסוכנות לאנרגיה אטומית של פקיסטן, וציוד ישראלי מאפשר תקשורת אופטית מדויקת ומהירה בין המתקנים לבין חוות השרתים העצומה, חברות ישראליות אחרות השתתפו בחלקים שונים בבניית אטלס, אחד משני הניסויים החשובים שהוקמו בסרן ואשר תפקידו לאתר את החלקיקים הכבדים וקצרי החיים שייווצרו במהלך התנגשויות פרוטונים (גרעיני מימן) במנהרה.
הצוות הישראלי על רקע המון-בלאן, מימין: דרור ברזילי ממכון ויצמן; שגיא בן עמי מהטכניון; בוריס גנובסקי ממכון ויצמן; פרופ' שלומית טרם ופרופ' גיורא מיקנברג(צילום: אבי בליזובסקי)
מהו הניסוי המטריף את קהיליית הפיסיקאים בעולם במשך כמעט עשור? "אטלס יאשר או ידחה את המודל הסטנדרטי ויחפש עדויות לחלופות למודל זה", מסבירה פרופ' טרם. אטלס, הוא אחד החשובים שבין ארבעת הניסויים המפוזרים במנהרת CERN., הישראלים בסרן הם חלק מקבוצה של 1,800 פיסיקאים מ-35 מדינות. במקום לבזר את התרומה הישראלית, הוחלט פשוט לרכז את המאמץ ולתת לכל הישראלים לבנות את אחד מהגלאים של ניסוי אטלס - TGC , שמטרתו לגלות מיואונים.
כל הישראלים עובדים על אותה מערכת גלאים שנבנו ברובם במכון ויצמן ומקצתם ביפן ובסין ונבדקו במעבדות מיוחדות בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב. ובסופו של דבר הם גם ישתתפו באיוש חדר הבקרה, שהנתונים אליו יגיעו באמצעות מערכת השליטה והבקרה שפותחה בטכניון. מדובר בשמונה "גלגלים", ארבעה בכל צד של אטלס, שקוטר כל אחד מהם כ-20 מטרים. בכל גלגל כזה יש מאות גלאים – הנראים כאן כמרובעים המשובצים על הגלגל, ואסור שאפילו אחד מ-2,700 הגלאים (!!!!!!!) יפספס את המיואון שיעבור דרכו.
אחרי המנהרה שיסתיימו ההכנות, תיאסר הכניסה למכשיר עצמו, ולכן תהליך הבדיקות חייב להיות מקיף ובמהלכו מאושר כל אחד ואחד מהגלאים המורכב מאלפי מטרים של חוטים דקים במיוחד.
כתבה ב"הידען": כל מה שרציתם לדעת על מאיץ החלקיקים החדש בז'נבה
בסך הכל תופסים הגלאים הישראלים הללו שטח של 6,600 מ"ר. אם עבר בהם מיואון, הגלאים הללו צריכים לאתרו בתוך 25 ננו-שניות. לצורך הבדיקה הוקמה מעבדה מיוחדת בטכניון. הגלאים הועברו לשווייץ רק לאחר שווידאו יעילות של 95% באיתור מיואונים בזמן המוקצב. לאחר מכן נבנתה מעבדה דומה גם באוניברסיטת תל אביב וחלק מהגלאים הועברו אליה לבדיקה.
ירדנו במעלית עם פרופ' טרם, שגיא בן-עמי ופרופ' מיקנברג אל מפלס המנהרה. זה בערך אמצע הגלגל שאורכו 44 מטרים. חוסם קרינה גלילי בצבע כחול נכנס ויוצא מתוך המתקן, צינור קטן במרכזו בקוטר של כמה סנטימטרים הוא בעצם המוליך דרכו עוברים החלקיקים שנורים ממתקן אחר של סרן.
הכניסה למתקן נמצאת בגבול בין צרפת לשווייץ במקום שבו היה אחד המתקנים של המאיץ הקודם. במהלך הבניה נפתחו פתחים לעומק של 100 מטרים, שני מנופים גדולים הורידו כל חלק וחלק למקומו המדויק במתקן, לעיתים ברמת דיוק של מילימטרים ספורים בכל צד.
הלכנו לאורך מרפסת תצפית שממנה רואים את המתקן שנראה כמו מבנה מסובך של צינורות, שלד אלומיניום, אריחים מסוגים שונים, ובפנים שכבות על גבי שכבות של גלאים שכל אחד מהם מאתר חלקיקים מסוגים אחרים. אם נשווה את המתקן הזה לגליל, החלק שבנו הישראלים הוא שני מכסי הגליל.
ביקרנו גם בחדר השרתים. מכיוון שהניסוי מייצר כל כך הרבה נתונים, צריכים עוצמת מחשוב מהחזקות בעולם כדי לעבדם, ולו רק עיבוד ראשוני כמו זה שנעשה במתקן. פרופ' טרם גם אירחה אותי במרכז הבקרה ושוחחתי עם שניים מהאחראים על הבקרה - האחד על תפעול המערכת המנטרת את מצבם הפיזי של הגלאים והשני על תפעול גלאי המיואונים. שניהם אגב משתוקקים כבר לראות על הצג הגדול שבמרכז תוצאות של ניסויים אמיתיים ולא של חלקיקים מהקרינה הקוסמית.
הפיסיקה הישנה והפיסיקה החדשה
תולדות הפיסיקה הישנה, כפי שמסבירה פרופ' טרם בשיחה עם YNET, מלאות בתיאוריות שונות ומשונות שכולן באות לטעון כי הן מסבירות בדרך הפשוטה ביותר את הטבע.
"פעם חשבו שהאטום הוא היחידה הקטנה ביותר בטבע, אחר כך גילינו כי הוא מורכב מגרעין ואלקטרון. הגרעין תופס רק אחד חלקי עשרת אלפים מגודל האטום, והאלקטרונים תופסים נפח הרבה יותר קטן (אחד חלקי מאה מיליון מגודל האטום ואולי אף פחות). הגרעין עצמו בנוי מקווארקים שגודלם גם הוא בסדר הגודל של האלקטרון. כלומר נכון להיום, האלקטרון והקווארק הם החלקיקים היסודיים".
"אולי זה מנוגד לאינטואיציה, אך כמו שלנקודה המתמטית אין ממד, גם לאלקטרונים ולקווארקים אין גודל, אבל בכל זאת מבדילים בין סוגי האלקטרון (והאנטי אלקטרון – הפוזיטרון) והסוגים השונים של הקווארקים לפי מסתם".
"אנחנו מחפשים (ברמה התיאורטית, א.ב.) את התיאור הקומפקטי ביותר האפשרי לחומר, אבל התיאור הזה צריך לחזות או לחשב את כל התוצאות הניסיוניות. אלו שתי דרישות בלתי תלויות ששתיהן חייבות להתקיים. בינתיים אנו מסתפקים בתיאור הסטנדרטי של הטבע, בדמות נוסחה שבה כל חלקיק יכול לקבל ערכים".
בניסוי הקודם של סרן, שהסתיים בסוף העשור הקודם, ובניסוי במעבדות פרמי בארה"ב, הצליחו לזהות חלקיקים קלים יחסית ועתה יודעים עליהם כל מה שניתן לדעת. "בטבע יש בעיקר חלקיקים קלים, משום שהחלקיקים הכבדים יותר שנוצרו במפץ הגדול דעכו מזמן והתפרקו לחלקיקים הקלים", אומרת טרם.
כתבה ב"הידען": מקור המסה בעולם עשוי להימצא בקרוב
"במאיץ ההדרונים (ה-LHC), שאטלס הוא חלק ממנו, אנו מטיחים את הפרוטונים זה בזה במהירות הקרובה למהירות האור, ומנסים למדוד באמצעות מערכי הגלאים שנמצאים מכל הצדדים של אטלס ובשכבות רבות, מה נוצר, בתקווה שנוכל ללכוד את החלקיקים הכבדים והאנרגטיים ואת החלקיקים הקלים שנוצרו לאחר הדעיכה. הגלאים שישראל שותפה בהם אמורים להיות האחרונים בשרשרת ולאתר את המיואונים – החלקיקים האנרגטיים ביותר."
"פותחו תריסרי תיאוריות חדשות בעלות שמות אקזוטיים כמו סופר סימטריה, מיתרי-על, ממדים נוספים, ועוד. כולם מתארים את הטבע כפי שהוא משתקף בניסיונות שנערכו עד כה. אבל כל אחת מהן מנבאת התנהגות קצת שונה של החלקיקים הכבדים. כיילנו את הניסוי כדי לאתר את ההתנהגות של החלקיקים הללו. הדרך היחידה לבדוק איזו מהתיאוריות נכונה היא למצוא חלקיקים או תוצאות שתיאוריה א' צופה וב' לא, ואז נוכל להתחיל לבחור מיהי התיאוריה הנכונה, או שאולי אף אחת מהן לא נכונה ואז נצטרך לחשוב על תיאוריות חדשות".
ביקשנו לדעת האם נמצא את חלקיקי בוזון ההיגס במאיץ החדש, או שאולי נצטרך מכשיר חזק יותר כדי לאתרו. "חלקיק ההיגס עדיין לא נמצא" ענתה טרם, "אך הוא מהווה חלק מהמודל הסטנדרטי ואי מציאתו תסתור את המודל הזה, כלומר תגרום לקריסת המודל הסטנדרטי. עד כה לא גילינו את ההיגס כי יתכן שהוא כבד מדי. באטלס לא ניתן יהיה להשתמש עוד בתירוץ הזה. אם לא מוצאים את ההיגס באטלס, זה אומר שההיגס לא קיים והמודל הסטנדרטי לא נכון".
איתור ההיגס שקול לחיפוש מחט בערמת שחת. מתוך מיליוני התנגשויות המתרחשות כל שנייה, עשוי ההיגס להיווצר רק בהתנגשויות בודדות. אוהד סילברט עובד על דרכים לחיפוש ההיגס בידי מערכת המחשוב, שבנויה משתי שכבות סינון.
"המידע שמגיע מהניסוי הוא כל כך עצום שאי אפשר בשום אופן לעבדו" אומרת טרם, "אבל רבים ממיליוני האירועים פשוט לא מעניינים אותנו כי הם מראים חלקיקים קלים המוכרים לנו היטב, לכן בשלב ראשון המעבדים מנפים באמצעות אלגוריתם שנצרב בחומרה, כל 25 ננושניות, את האירועים שהתרחשו, ורק אחד מתוך מאה, שצפוי להיות מעניין, עובר למערכת המחשבים, שם עובדים מחשבי-על על סינון שני ומנפים עוד אחוז גבוה מהתוצאות ורק שיעור קטן מאוד מהתוצאות מגיע לעיבוד בשריג המחשבים המבוזר. השריג מתוכנן כך שנוכל לזהות את החלקיקים לפי התכונות שלהם – התנע והאנרגיה".
ומה בדבר חלקיקים מסוג שלא מוכר לכם, האם לא תחמיצו אותם בגלל שכיוונתם את הגלאים לאתר חלקיקים שתכונותיהם חזויות בתיאוריה כזו או אחרת?
"זו אכן שאלה טובה, ונערכנו לכך שנזהה חלקיקים שאולי אין להם שם אבל הם מראים תכונות אפשריות שאין לחלקיקים אחרים. המערכות מסוגלות גם להבדיל בין חלקיקים אלה לסתם חלקיקים אחרים שבמקרה הראו תכונות דומות. כמו כן אנו נערכים למקרה שהחלקיקים הללו איטיים במיוחד ולכן יראו את השפעתם בגלאי המיואונים באיחור של מחזור או שניים ולכן נצטרך לחפש את המקור שלהם במחזור הקודם".
לפנייה לכתב/ת 
