|
1 -GEORGES CHARPAK.
Georges Charpak werd geboren in 1924 in de ghetto stad Sarny,aan de grens van Polen met Ukraïne en de Soviet Unie.Afkomstig uit een joodse familie heeft hij tijdens zijn kinderjaren reeds kennis kunnen maken met de recistische antisemitische stemming in zijn geboortestreek.Hij emigreerde in 1931 met zijn familie toen hij 7 jaar oud was en kon ontsnappen aan het lot van deze bevolking.Na jaren rondzwervingen belandde hij in Frankrijk.Het noodlot achtervolgde hem echter daar ook tijdens de tweede wereldoorlog toen hij in Dachau belandde in 1944.Bevrijd door het leger van generaal Patton in 1945 keerde hij terug naar Frankrijk waar hij aan zijn wetenschappelijke vorming kon beginnen.Over deze eerste periode van zijn leven schrijft hij het volgende:
-"Il faut rééduquer la race humaine,ses enfants en premier lieu,pour que leur respect aille à ceux qui ont édifié des civilisations admirables,respectables et respectées,dont nous pouvons être fiers,quelle que soit notre citoyenneté ou notre origine."
-"Peu après ma délivrance (en 1945),lorsque je revins à Paris,décidé farouchement à tot oublier et à étudier pour réaliser mon rêve : devenir un scientifique,j'ai constaté que la France était un pays où l'on pouvait étudier dans les meilleures conditions,sans argent,si l'on avait la chance d'avoir une famille qui mettait l'éducation au dessus de tout."
Na verschillende wegen bewandeld te hebben,geraakte Georges Charpak bij Frédéric Joliot-Curie aan het Collège de France waar hij CNRS stagiair werd.
(Centre National de la Recherche Scientifique).Zo deed hij zijn intrede in de wereld van de fysica van de elementaire deeltjes.Hij was wel meer theoretisch dan praktisch aangelegd maar deed toch als experimentator een merkwaardige vooruitgang.Dit hielp hem later bij zijn grote uivinding.Het leven bij Frédéric Joliot-Curie wakkerde echter zijn talenten voor theoretische fysica zo sterk aan dat hij later nog vele jaren als theoreticus bij de CERN in Genève gewerkt heeft.
Tijdens zijn verblijf in het Collège de France deed hij een stage in de theoretische fysica.Zijn thesis onderwerp was de studie van de straling bij de desintegratie van atoomkernen.Hij leerde toen grondig de detectietechnieken en introduceerde in 1968 een nieuwe detectiemethode voor de studie van de fysica van de materiedeeltjes.Het was een veredelde versie van de toen zeer bekend en wijd verspreid Geiger-teller.Hij schrijft hierover het volgende:
-"J'imaginai un détecteur qui fut probablement la meilleure invention de ma vie."
Hij werd bij de CERN geïntroduceerd door Léon Lederman in 1957 en ontwikkelde daar zijn uitvinding verder tot een volwaardige detector die bij de CERN gebruikt werd vanaf 1970.De grote ontdekkingen in de deeltjes fysica sinds 1970 werden mogelijk gemaakt dankzij in grote mate de techniek van Charpak.(La chambre proportionnelle à multifils.-MWPC-Multiwire proportional counter).Zijn werk "Research on particle imaging detectors" werd bekroond door een Nobelprijs Fysica in 1992 en gepubliceerd in Singapore World Scientific Publishing in 1995.Tijdens zijn carrière had hij meermaals de kans kennis te maken met diverse aspecten van de toenmalige maatschappij.Hij rapporteerde zijn visie in zijn "Mémoires d'un déraciné,physicien,citoyen du monde." (Odile Jacob,2008).Een aantal van zijn uitspraken verdienen de moeite hier als citaten vermeld te worden.Beinvloed door de ervaringen uit zijn jeugd,schreef hij:
-"Même quand mon travail de recherche en physique absorbait toute mon énergie,je n'ai jamais pu me désintéresser du monde qui m'entourait,des menaces d'extermination qui semblaient croître avec le progrès scientifique,des atrocités résultant des convulsions politiques.Et cela simplement en raison de mes origines et du parcours que j'ai accompli avant de devenir physicien.J'ai toujours gardé un intérêt pour la vie politique,et mes engagements ont suivi le cours des évènements qui agitaient le monde."
Als wetenschapper was hij goed bewust van het belang van wetenschap en technologie voor de overleving van de menselijke ras.
-"La science et la technologie sont absolument essentielles à la survie de l'humanité,particulièrement si l'on considère les chiffres de la population mondiale actuelle et les évènements tels qu'épidémies,changements climatiques et autres phénomènes auxquels la science peut apporter une réponse.Au delà de la simple survie,science et technologie sont aussi des outils essentiels à l'amélioration de la condition humaine,bien qu'il soit impossible d'assurer que la répartition très inégale des biens et des services puisse être longtemps tolérée,en dépit de quelques tentatives isolées de certaines sociétés pour améliorer le sort de leur population."
-"Nous possédons un héritage légué par nos ancêtres qui ont,il y a douze mille ans seulement,cessé leur errance de chasseurs de bêtes sauvages pour devenir des cultivateurs,artisans,prophètes,théologiens,architectes,astronomes,artistes,philosophes,grands capitaines,qui ont honoré ou parfois terni notre planète.Ils nous ont aussi légué leurs gènes forgés au cours de millions d'années d'une évolution pendant laquelle ils ont acquis l'agressivité nécéssaire à la survie de leur espèce.Mais cette qualité n'est plus adaptée à la formidable puissance destructrice que la science mais désormais dans nos mains.Il y a certes beaucoup de dossiers brûlants comme l'énergie,l'eau,la démographie et la faim,les épidémies et les pandémies,mais l'utilisation des armes de destruction massive est un danger imminent dont tous les ingrédients sont en place.C'est lui qui doit être abordé au plus vite .Nous avons la conscience aigüe que,sinon,nous risquons de voir pulvériser nos sociétés qui abritent des trésors de civilisations que nous chérissons et dont la race humaine peut s'enorgueillir.Nous savons que notre angoisse est partagée par d'éminents penseurs,hommes d'Etat et artistes dans beaucoup de pays.Nous vivons la rencontre des retombées d'une science qui se développe à une vitesse telle qu'elle n'a jamais connue dans le passé,et des sociétés humaines figées dans des modes de pensée surannés."
De problematiek van de kernenergie houdt hem zeer duidelijk bezig en hij heeft hierover een zeer markante visie:
-"Nous faisons partie de ceux qui considèrent que l'énergie nucléaire ne sera pas "désinventée",pas plus qu'on ne peut "désinventer" le feu.Elle est incontournable pour ceux qui considèrent injustifiées les réticences de leurs adversaires qui alimentent la peur des foules.Celles-ci sont dans leur majorité ignorantes des choix dramatiques auxquels sont conduits leurs dirigeants lorsqu'ils doivent faire face à l'arrivée dans trente ans de trois milliards d'habitants supplémentaires sur notre planète."
-"Nous avons traversé un siècle où ont abondé les exemples de chefs militaires incapables de prévoir les évolutions stratégiques évidentes.Des hommes politiques aveugles ont lancé des guerres qui ont causé ,dans le berceau de la civilisation qu'était l'Europe,des dizaines de millions de morts,d'immenses destructions matérielles et,peut-être pire encore,à long terme,des situations sociales qui ont profondément perturbé le comportement de la bête humaine.
Ils nous lèguent de vastes groupes humains habités par la folie d'une haine incontrôlée,fruit de notre indifférence aux souffrances de leurs peuples."
-"La confiance des humains en la science pour régler les problèmes qu'elle engendre exige q'on s'engage dans la voie du désarmement nucléaire total.Les sommes colossales et les hommes libérés par l'arrêt des armes nucléaires produiront des ressources nécessaires aux problèmes qui nous attendent dans le monde globalisé."
2-ELEMENTAIRE EN SUBATOMAIRE DEELTJES.
**Enkele basisbegrippen.**
uit Ruimtelogs,N.VanRemortel,11.09.08-De HLC een goede koop of een kat in een zak ? (www.ruimtelogs.scilogs.be)(EOS)
1-De elementaire deeltjes fysica bestudeert de fundamentele bouwstenen van onze materie en hun onderliggende interacties.Het vakgebied wordt ook hoge energie fysica genoemd omdat vele elementaire deeltjes niet voorkomen onder dagelijkse oimstandigheden,maar worden gemaakt door hoogenergetische botsingen tussen versnelde deeltjes.
2-De deeltjesfysica is fundamenteel onderzoek en heeft daarom als eerste doel het verleggen van de grenzen van onze kennis over de natuur.De geschiedenis wijst bovendien uit dat de technologische ontwikkeling en de gepaarde economische welvaart een gevolg waren van het verleggen van de fundamentele kennis grenzen.Een aantal van de technologische innovaties die voortvloeien uit de deeltjes fysica zijn diagnostische tools voor de geneeskunde,het toepassen van de supergeleiding op industriële schaal,versnellers voor het maken van isotopen,bundels voor de behandeling van kankers,het delen van gegevens via www ,GRID:computerberekeningen op globale schaal,synchrotron straling enz...
Sinds zijn verschijning heeft "Homo Sapiens" altijd willen begrijpen hoe de wereld rondom hem functioneerde.Alle verschijnselen waarvan hij getuige was moesten een verklaring vinden.Gedurende vele duizende jaren werden hiervoor mythen gebruikt om een uitleg te vinden.De nieuwsgierigheid naar de kennis van de samenstelling van de materie waarmee hij permanent in aanraking kwam is ook steeds aanwezig geweest.Het is echter slechts sinds ongeveer 2000 jaar,tijdens de Griekse beschaving,dat Democritos de hypothese van het ondeelbaar atoom voorstelde.Democritos (460-380/370 v.C) was een wijsgeer voor wie het begrip natuurfilosofie niet vreemd was.Dit begrip,natuurfilosofie,handhaafde zich tot in de tijd van I.Newton.Democritos ging ervan uit dat de materie steeds kleiner en kleiner verdeeld kon worden tot op het punt dat men komt tot het kleinste,niet meer deelbaar elementair deeltje,het atoom.Dit kon hij toen natuurlijk experimenteel niet bewijzen maar zijn visie sprak de wetenschappers in die tijd zo sterk aan dat die redenering gevolgd werd tot op het einde van de 19e eeuw.Op basis van deze voorstelling werden talrijke hypothesen geformuleerd die bevestigd werden en die tenslotte aan de basis liggen van de scheikunde en de fysica.Toen kon men echter nog niet bewijzen dat atomen werkelijk bestaan.Dit veranderde drastisch in het begin van de 20e eeuw.In 1905 publiceerde Albert Einstein een reeks van vijf artikelen in Annalen der Physik.In een ervan bewijst hij onomstotelijk,op basis van een zuivere rationele en theoretische analyse,het bestaan van de atomen;maar daarmee werden ze nog niet experimenteel aangetoond.Hiervoor moesten nog vele jaren intensief werk voorafgaan en moest beroep gedaan worden op nieuwe theorieën en waarnemingen.Op het einde van de 19e eeuw (1897) deed J.J.Thomson in het Cavendish Laboratorium (Cambridge,U.K) een merkwaardige ontdekking op het gebied van de elementaire materiedeeltjes.Hij ontdekte het kleinste materie element met een negatieve elektrische lading.Hij noemde dit deeltje "elektron" dat voortaan bestemd was om een zeer belangrijke rol te spelen in de fysica.Het belang van het elektron werd zodanig groot dat het tegenwoordig uit ons dagelijks leven ondenkbaar geworden is.
"Het elektron bestuurt ons leven ! "....Kijk maar eens rond U !Het werd nog boeiender toen in 1900 Max Planck een hypothese geformuleerd heeft die geleid heeft tot de kwantum theorie en waarin het "foton" een sleutelrol speelt.Deze hypothese werd enkele jaren later door Albert Einstein bevestigd in het fotoelektrisch effect.Het foton ,voorgesteld in de kwantum theorie,nam vanaf 1900 steeds aan belang toe.
In het laboratorium van Ernest Rutherford in Manchester (U.K) vond toen in deze periode een belangrijk experiment plaats.Om de negatieve lading van het elektron te compenseren en aan de materie een neutraal karakter te verlenen,leek het aangewezen het bestaan van een positief geladen elementair deeltje te postuleren.Hiervoor was de atoomkern de aangewezen kandidaat.Dit elementaire deeltje werd "proton" genoemd.Men moest dus proton,elektron en foton in een theorie samenbrengen.De atoomkern,proton,was omgeven door elektronen en het geheel baadde in een zee van fotonen die voor de interactie tussen de materie en het elektromagnetisch veld als "boodschapper moest dienen.Hiermee was deze evolutie in de kennis van de materie nog niet ten einde.Toen men voor talrijke scheikundige elementen zoals,uranium,koolstof en waterstof isotopen begon te vinden en uit de resultaten van de studie van de radioactiviteit werd het klaar dat er met de voorstelling van Rutherford iets niet in orde was in de atoomkern.Deze moest ook niet-geladen deeltjes bevatten.Zij werden dan ook gevonden door James Chadwick in 1932 en werden "neutronen" genoemd.Hiermee was dus de ondeelbaarheid van het atoom voorgoed verleden tijd maar het ging nog verder.Door de ontwikkeling van de kwantumtheorie werd het mogelijk vat te krijgen op de spectrale verdeling van het licht geëmitteerd door scheikundige elementen.Niels Bohr,vroeger stagiair bij Rutherford,gebruikte spectrale gegevens van het waterstof atoom en de kwantumtheorie om een model van de atoomstructuur voor te stellen die lange jaren furore maakte.Dit model ,"het atoom model van Bohr", was een planetaire voorstelling van het atoom:een kern bestaande uit protonen en neutronen en daarrond elektronen die als planeten rond de zon cirkelden.Ondertussen was de kennis van de kosmische straling en van de radioactiviteit zover gevorderd dat het duidelijk werd dat naast het trio "proton-neutron-elektron"+"foton" ook andere actoren waren.Nieuwe elementaire deeltjes en andere krachten werden ontdekt maar in 1930 was het bovenvermeld trio voldoende om de wetenschappelijke wereld in het dagelijkse leven te laten evolueren.Pas in 1930 kwam de lawine van ontdekkingen op het gebied van elementaire subatomaire deeltjes pas goed op gang.Deze evolutie is nu nog niet ten einde.Met de hypothese van de "quarks" kwam zelfs de ondeelbaarheid van protonen en neutronen ten einde.Het is hier niet de bedoeling de hele evolutie van de deeltjes fysica te schetsen.Deze werd uitvoerig behandeld ondermeer in het hoofdstuk "Le siècle d'or des particules." in de Mémoires van Georges Charpak.Het is wel interessant hiervan enkele citaten aan te halen:
-"La physique des particules est une discipline de l'extrême qui se donne pour but de comprendre la structure de la matière dans ses retranchements les plus ultimes.Durant la seconde moitié du 20e siècle elle a connu une véritable révolution."
-"Les découvertes sont intimement liées aux techniques de détection mises en oeuvre.Le but sera toujours de concevoir l'instrument le plus rapide du moment,le plus précis et de capacité maximale pour "voir" les particules......Une découverte demande un détecteur adapté....A l'origine de presque toutes les techniques de détection on trouve le phénomène d'ionisation."
-"Le terme "infiniment petit" n'est pas défini dans l'absolu.Les dimensions explorées dépendent des outils utilisés ,elles sont reliées aux énergies disponibles et donc l'infiniment petit à la fin du 19e siècle se résumait à l'atome."
-"Dans la chambre à brouillard ,dite de Wilson,la technique de détection se fonde sur la condensation de vapeur.Le phénomène commence aux endroits où il y a des charges électriques."
-"Une chambre à bulles est un instrument très versatile.La technique permit d'enregistrer de nombreux succés.Très utilisée dans les années 1950-1970,elle constituait le cheval de l'époque....Elles durèrent jusqu'aux années 1980,en perticulier pour l'étude des interactions des neutrinos."
-"Qu'est-ce qu'un accélérateur?.C'est un dispositif permettant d'augmenter l'énergie des particules.Pour cela il faut soumettre la particule à un champ électrique le plus élevé possible...Plus le champ électrique est élevé,plus l'énergie atteinte sera grande."
-"En 1939 Ernest Lawrence reçoit le prix Nobel pour l'invention et le développement du Cyclotron et les résultats obtenus avec lui."
**De meest succesvolle manier om deeltjes tot zeer hoge energie te versnellen is door middel van cirkelvormige versnellers.Deeltjes kunnen dan miljoenen keren rond draaien in de versneller en bij elke revolutie een extra duwtje in de rug krijgen.**
Iedereen die natuurwetenschappen in Leuven gestudeerd heeft ,heeft de kans gekregen een exemplaar te zien van deze eerste versie van een Cyclotron.Op zichzelf was dit interessant maar vergeleken met de huidige versnellers was dat slechts speelgoed.De evolutie van de mogelijkheden van de Cyclotron gingen veel verder.Met de Bevatron van Berkeley haalde men reeds 5GeV.Snel ging de Cyclotron naar 10-20 en 30 GeV.Gedurende de stormachtige ontwikkeling van de fysica van de elementaire deeltjes kwam een stortvloed van waarnemingen af op de wetenschappelijke wereld.Men noemde dit toen "The Particle Zoo".Deze deeltjes werden gecatalogeerd als "leptonen" (lichte deeltjes zoals elektronen) en "hadronen" (zware deeltjes zoals quarks die o.a.protonen en neutronen vormen).Ze beantwoorden aan wetmatigheden die tot nu nog niet in gebreke gevonden werden.Men stelde dan met drie families leptonen en "boodschappers" (deeltjes zoals elektronen,bosonen en gluonen) samen met hadronen een Standaard model.Naast de elektromagnetische kracht werden ook de elekrozwakke kracht ,verantwoordelijk voor de radioactieve verschijnselen,en de sterke kernkracht,die de subatomaire deeltjes in de kern bijeen houdt,gevonden.De interactie van deze krachten met de materie steunt op de tussenkomst van "boodschapper" deeltjes.Enkel de deeltjes van de eerste familie zijn belangrijk voor de materie in normale omstandigheden.De andere zijn slechts waarneembaar in experimenten met versnellers waarbij hoge energieën ter beschikking zijn.
**De Standaard Model.**
Alle deeltjes en hun interacties die tot nu toe werden geobserveerd worden volledig beschreven door de kwantum velden theorie die het Standaard Model heet.Dit model unificeert drie van de vier natuurkachten:het elektromagnetisme met het foton als "boodschapper",de elektrozwakke kernkracht ,belangrijk in de radioactiviteit,met als "boodschappers" de bosonen W+,W- en Zo en de sterke kernkracht die de deeltjes in de atoomkern bijeen houdt,met de gluonen als "boodschappers".Alle pogingen om de zwaartekracht (gravitatie) met de andere krachte te unificeren mislukten tot nu toe.Het Standaard model werd geformuleerd op het einde van de jaren 60 en heeft tot op heden alle experimentele tests doorstaan.Er heerst echter een algemeen consensus dat het Standaard Model een onvolledige theorie is en dat een meer fundamentele theorie aan de basis ligt die de zwaartekracht zal unificeren met alle andere natuurkrachten.
Er werden reeds pogingen gedaan om de vier natuurkrachten in één enkele te verenigen.Het lijkt tot nu toe slechts gedeeltelijk te lukken.Om geldig te zijn blijkt nog één deeltje te ontbreken.De fysici hebben dit deeltje reeds gekarakteriseerd en zijn eigenschappen beschreven.Het groot probleem is nu dit deeltje,het Higgs boson,aan te tonen.Het vergt energieën in de buurt van de TeV .Hiervoor werd bij de CERN de Large Hadron Collider gebouwd waarvan men vanaf 2009 veel verwacht.
**Het Higgs deeltje is zo'n beetje de heilige graal van de moderne fundamentele natuurkunde.Het Higgs deeltje is de meest waarschijnlijke verklaring waarom materie massa heeft.Het is eveneens de ontbrekende hoeksteen van het Standaard Model van de elementaire deeltjes.**
De grote reunificatie van de vier krachten zal pas volledig zijn als ook de zwaartekracht (gravitatie) mee in rekening genomen wordt.Dit is momenteel de grootste uitdaging voor de fysici van de hoge energieën in de 21e eeuw.
-"Au cours des années 1960,le Modèle Standard rend compte,avec une impressionnante précision,de toutes les observations expérimentales accumulées jusq'à aujourd'hui dans le monde de l'infiniment petit."
3-CERN - LHC.
3.1.De CERN -Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire.
De CERN ontstond in 1958 bij verdrag tussen een aantal europese landen als organisatie voor zuiver wetenschappelijk kernonderzoek.De doelstellingen van deze Europese organisatie zijn wetenschappelijk van aard.Er zijn 14 Europese landen aangesloten..Het laboratorium,gevestigd in Meyrin nabij Genève,beschikte o.a.over een proton synchrotron (28 GeV),een super proton synchrotron (450 GeV) en sinds 1989 over een Large Electron-Positron opslagring (LEP) (50+60GeV).Op 2 November 2000 stelde het CERN de LEP buiten gebruik.In 2005 nam de Large Hadron Collider (LHC) de plaats van de LEP in de tunnel die ervoor gebouwd was.De LHC (in de range van de TeV) werd in September 2008 in werking gesteld en er wordt erop gerekend dat met de experimenten met de LHC het Higgs deeltje zal gevonden worden.Dit hypothetische deeltje zou kunnen verklaren hoe de ons bekende deeltjes massa hebben.Naar dit deeltje wordt al 30 jaar gezocht.Het bestaat echter maar zeer kort en is daarom alleen met zeer sterke apparatuur te vinden.Naast het Higgs boson hoopt men met de LHC ook andere deeltjes te vinden o.a.met de zogenoemde supersymmetrie.
3.2.LHC-LARGE HADRON COLLIDER.
De LHC,ofwel Large Hadron Collider,is de grootste en meest krachtige deeltjes versneller in de wereld,zowel op het gebied van de energie als van de intensiteit.De LHC is een proton-proton collider machine met een botsing energie van 14 TeV. De LHC is gebouwd in de vroegere cirkelvormige LEP tunnel wiens lengte 27 km bedraagt en gesitueerd is 100 m onder de grond aan de grens van Frankrijk en Zwitserland (Genève).De afbuigmagneten (1232 stuks) die de protonen op hun cirkelvormige baan moeten houden zijn supergeleidend en moeten afgekoeld worden met 700.000 liter vloeibaar Helium tot 1.9 Kelvin.De spoelen van de LHC magneten zijn gemaakt uit supergeleidend niobium-titanium kabels die stromen van 15.000 ampère kunnen verdragen en krachten ervaren van honderden ton per meter.Heel belangrijk voor de LHC zijn ook de vier reusachtige detectoren die langs de baan waar de botsingen plaats vinden aanwezig zijn.Om de enorme hoeveelheid data te kunnen analyseren zijn krachtige informatica programma's noodzakelijk.Dit alles wordt zeer goed beschreven in:
-Scientific American,juli 2000,70-77. en
-www.answers.com/topic/large-hadron-collider.
3.3.EPILOOG.
Scientific American juli 2000,77-Chris Llewellyn Smith.
"IT WILL BE A FORMIDABLE CHALLENGE TO MANAGE THESE HIGH-TECH PROJECTS,WITH THEIR STRINGENT TECHNICAL REQUIREMENTS AND HIGH SCHEDULES WHILE MAINTAINING THE DEMOCRACY AND FREEDOM FOR SCIENTIFIC INITIATIVES THAT ARE ESSENTIAL FOR RESEARCH TO FLOURISH.UNTIL NOW,CERN HAS BEEN PRIMARILY A EUROPEAN LABORATORY.WITH THE LHC,IT IS SET TO BECOME A LABORATORY FOR THE WORLD......
FOR 40 YEARS CERN HAS GIVEN THE WORLD A LIVING DEMONSTRATION OF THE POWER OF INTERNATIONAL COOPERATION FOR THE ADVANCEMENT OF HUMAN KNOWLEDGE.MAY CERN's NEXT 40 YEARS BRING NOT ONLY NEW UNDERSTANDING OF OUR UNIVERSE,BUT NEW LEVELS OF UNDERSTANDING AMONG NATIONS."
|
