NAUČNI PODMLADAK

Pripremio: M. Rajković

Nenad Vranješ i Marija Vranješ Milosavljević, naučni saradnici Instituta za fiziku u Zemunu

U srcu ATLAS eksperimenta

Nenad Vranješ i Marija Vranješ Milosavljević, od prvog radnog dana, ravnopravno sa više od 2900 istraživača iz 37 zemalja, učestvuju u kolaboraciji ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus). Tako se zove najveći od četiri detektora u velikom hadronskom sudaraču (The Large Hadron Collider - LHC) u Evropskom centru za nukelarna istraživanja (CERN) kraj Ženeve. Više puta su boravili u CERN-u, a sada će zajedno provesti vreme specijalizacije

Više srpskih naučnika Kažu da u CERN-u ima dosta naših istraživača iz Vinče i onih koji rade za druge svetske institucije. “Spisak svih naučnika iz Srbije ili srpskog porekla je dugačak, plašim se da bih nekoga izostavio. Na ATLAS eksperimentu iz Instituta za fiziku rade (sa povremenim boravcima u CERN-u) dr Dragan Popović (šef projekta), akademik Đorđe Šijački, dr Ljiljana Simić, dr Jelena Krstić, a od mlađih istraživača, dr Iris Borjanović, dr Predrag Krstonošić i Gordana Milutinović i nas dvoje”.

Biti učesnik najvećeg naučno-tehničko-tehnološkog poduhvata (gradnje velikog ubrzivača čestica, četiri detektora „do sada nezamislivog gabarita“ i eksperimenata koji su usledili od 20. novembra prošle godine, kada je veliki sistem na 75m do 150m pod zemljom ponovo pušten u rad bez ikakvih problema, privilegija je naučnog talenta, znanja i interesovanja.

„Uvek me je privlačila fizika visokih energija“, kaže Marija, koja je fiziku diplomirala o roku na Univerzitetu u Kragujevcu, a magistrirala i doktorirala pod vođstvom prof. Jelene Krstić sa Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nenad je beogradski đak i upravo priprema doktorat (zajednički projekt univerziteta u Beogradu i Atini).

Marija Milosavljević (rođena u Jagodini) i Nenad Vranješ su, tako reći, vršnjaci ovog poduhvata koji je „nov pristup u nauci jer je na istom zadatku ogromna zajednica istraživača“. Ideju o „velikom hadronskom sudaraču“ uprava CERN-a je lansirala 1980, ozvaničla na simpozijumu u Lozani 1984, a njeno ostvarenje odobrila 16. decembra 1994.

- Kada je Veliki hadronski sudarač, 10. septembra 2008, pušten u rad, bili smo na Univerzitetu u Atini. Prenos tog događaja posmatrali smo u amfiteatru i svi smo bili uzbuđeni i srećni zbog toga. Studenti su postavljali mnoštvo pitanja. Posle šoka izazvanog velikim kvarom, živeli smo u nadi da će se kvar brzo otkloniti i LHC nastaviti rad. Sve se, međutim, iskomplikovalo više nego što smo mogli da očekujemo. Mnogi doktoranti su polagali nadu u nove podatke i analize, neki su morali da napuste CERN i pređu na neki drugi eksperiment - kaže Marija.

„Predivno ušli u sudar“

Bili su na licu mesta kada je sistem obnovio rad 20. novembra prošle godine, na 2,6 TeV (teraelektron volti), što je bila najviša energija do tada.

„Nismo znali da će, baš u to vreme, LHC ponovo početi da radi. Bilo je nekoliko odlaganja ponovnog početka eksperimenta. Uprava nije htela da fiksira datum početka kao ranije, nego kada izvrši sve testove i tek u momentu kada su bili sigurni da se više ništa neprijatno neće desiti”.

Događaj od 30. marta ove godine , kada su snopovi „predivno ušli u sudar“ na energiji od 7 TeV, označio je „kraj dugog puta“ i „početak nove ere u nauci“, kako je taj „emotivni“ trenutak opisao velški naučnik dr Lin Evans, glavni konstruktor. Marija i Nenad nisu tada bili u kontrolnoj sali, gde su prisutni istraživači u navijačkom transu podsećali na prave fudbalske „tifoze“, ali su već sredinom aprila, zahvaljujući i stipendiji Ministarstva nauke i tehnološkog razvoja za Marijino postdoktorsko usavršavanje, bili u CERN-u, središtu najvažnijih eksperimenata u fizici elementarnih čestica u naredne dve decenije. Nenad Vranješ u doktorskom radu traga za česticom W' (dabl ju prajm) koja bi, ako postoji i ima vidljivu masu, mogla biti detektovana na LHC, a Marija ima priliku da proveri rezultate svoje doktorske teze „zasnovane na Monte Karlo simulacijama, na predviđanjima onog što detektor može da da kao rezultat u punoj snazi rada preko hadronskog kolajdera“ jer je ATLAS eksperiment kasnije počeo sa radom.

Potraga za Higsovim bozonom

- Veliki hadronski sudarač će sigurno odgovoriti na pitanje kako Higsov bozon (nazvan po škotskom fizičaru Piteru Higsu), otkriven pre 25 godina, dobija masu. Veruje se da postoji bar jedna kopija ove čestice. U doktoratu pokušavam da tu česticu pronađem. Ako je ne pronađem, reći ću da čestica sigurno ne postoji do određene mase. Ako postoji, njena masa mora biti veća - to će biti eksperimentalni rezultat moje teze - objašnjava Vranješ.

Energiju od 7 TeV je CERN-ov menadžment odobrio kao kompromis između želje za što većom energijom i sigurnosti samog akceleratora, podvlače naši istraživači, kako se ne bi ponovio tragični incident od 19. septembra 2008.

- Posle detaljnih analiza utvrđeno je da je 7 TeV (3.5 TeV + 3.5 TeV) optimalna energija na kojoj LHC može početi da radi u ovom trenutku. Odluka podrazumeva da LHC radi na ovoj energiji do kraja 2011. godine, do kada bi detektori trebalo da sakupe količinu podataka koja odgovara integralnoj luminoznosti od 1 inverznog femtobarna. Ova količina podataka bi mogla da bude dovoljna da se otkriju neke nove čestice kao što su supersimetrične čestice, novi gradijentni bozoni, čestice koje bi ukazivale na postojanje novih dimenzija itd. Čak nije isključeno da bi moglo doći do otkrića Higsovog bozona ukoliko je njegova masa oko 160 GeV (gigaelektron-volti). Ukoliko je njegova masa manja ili veća od navedene, biće potrebno mnogo više vremena do njegovog definitvnog otkrića (ili odbacivanja hipoteze o postojanju ove čestice), naglašava član našeg ATLAS tima.

Prema odluci rukvodstva Centra LHC u 2012. godini neće raditi a planirana pauza biće iskorišćena za popravke na magnetnim spojevima, kako bi u 2013. kolajder počeo da radi na projektovanoj (ili veoma bliskoj) energiji od 14 TeV.

“Ponavljanje” otkrića

Mladi istraživači angažovani su u CERN-u na dva posla. Prvi je tzv. “servisni”, nadgledanja rada ATLAS detektora u kontrolnoj sobi.

- Konkretno, radimo na zadatku koji se zove “Tier-0 processing and operation” - kaže Nenad. - Kada ATLAS detektor uzima podatke iz sudara (ili iz kosmičkih zraka, ili samog prolaska jednog protonskog snopa kroz detektor), oni se zapisuju na velike računarske farme, a zatim sledi obrada (rekonstrukcija) tih događaja kroz ATLAS-ov softver.

- ATLAS računarski centar na kome se vrši rekonstrukcija događaja zove se Tier-0 (nulti red) i smešten je u samom CERN-u - prenose sagovornici „Planete“. - Kada se događaji rekonstruišu i pohrane u veliku količinu fajlova, ti fajlovi se onda transferišu u ostale kompjuteske centre širom sveta za dalju analizu. Ovi centri se zovu Tier-1 i Tier-2 (prvi i drugi red). Naš zadatak je da u kontrolnoj sobi pratimo rekonstrukciju događaja na Tier-0 i transfer podataka ka Tier-1 i Tier-2.

Drugi deo njihovog posla odnosi se na analiziranje prvih podataka.

- Naše teze se odnose na otkrića novih fenomana na ATLAS detektoru, ali je put do tih otkrića veoma dug. Prvi korak je razumevanje podataka koji dolaze iz detektora, njihovo upoređivanje sa predviđanjima zasnovanim na godinama kompjuterskih simulacija u kojima smo učestvovali. Ono čemu sada prisustvujemo je zapravo ‘ponavljanje' otkrića već otkrivenih čestica. Da biste bili sigurni da ste otkrili nešto novo, morate pre toga da dokažete da ste u stanju da detektujete i izmerite sve već otkrivene čestice i njihove osobine koje su izmerene na ranijim eksperimentima. Tek tada možete sa određenim nivoom poverenja da tvrdite da je ono što vidite u svojim podacima neka nova čestica, nov fenomen. Marija blisko sarađuje sa CERN-ovim timom koji analizira nedostajuću energiju u prvim podacima. Precizno merenje nedostajuće energije je od ključnog značaja za otkriće supersimetrije na kojoj se bazira njena teza. Ona radi na softverskom paketu koji treba da omogući pravilnu selekciju i popravke u rekonstrukciji nedostajuće energije u realnim podacima, a ja analiziram visokenergične mione i elektrone, gde su pravilna detekcija i merenje od suštinskog značaja za orkriće novog gradijetnog bozona W' na kome radim u svojoj tezi. Takođe, u završnoj smo fazi pripreme publikacije koja ima za cilj reevaluaciju mogućnosti ATLAS detektora za otkriće novih gradijentnih bozona na energiji 7 TeV.”

ATLAS detektor je „uhvatio“ prvu W (dabl ju) česticu, samo pet dana od početka rada hadronskog sudarača 30. marta 2010, na energiji 7 TeV. Ova čestica je otkrivena u CERN-u 1983. godine (za čije otkriće, sa otkrićem Z bozona, su Carlo Rubia i Simon van der Mer podelili Nobelovu nagradu 1984).

M. Rajković