30 lat obecności Polski w CERN

Zlokalizowany pod Genewą CERN zajmuje się badaniami podstawowymi w dziedzinie fizyki, a pracujący tam naukowcy próbują zrozumieć z czego zbudowany jest świat i jakie prawa nim rządzą. Początki CERN sięgają późnych lat 40. XX w., kiedy to niewielka grupa uczonych i polityków po obu stronach Atlantyku dostrzegła w naukach podstawowych szansę na pokojową odbudowę Europy po pożodze II Wojny Światowej. Założony w 1954 roku, CERN jest czołowym przykładem współpracy międzynarodowej łączącej naukowców nieomal 100 narodowości.

Organizacja CERN kojarzona jest głównie z Wielkim Zderzaczem Hadronów (LHC) i badaniami nad materią. Dokonane w roku 2012 dzięki LHC odkrycie bozonu Higgsa uważane jest za jedno z najbardziej doniosłych osiągnięć w historii nauki, które nagrodzono Noblem z fizyki w 2013 roku. Jednak w 2019 r. CERN ogłosił już plany budowy Future Circular Collider (FCC), akceleratora cztery razy większego i wielokrotnie potężniejszego od Wielkiego Zderzacza Hadronów. Nowy zderzacz ma powstać najwcześniej w latach 50. XXI w. i umożliwić odkrycie nieznanych jeszcze rodzajów cząstek elementarnych. Jego koszt szacowany jest na 9-21 miliardów euro (zależnie od konfiguracji). Być może dane z FCC pozwolą stworzyć "teorię wszystkiego", obejmującą wszystkie siły natury, ogólną teorię względności oraz mechanikę kwantową.

Już w latach 60. XX w. polskie zespoły pracowały przy opracowywaniu danych z CERN, a teoretycy wspierali prace koncepcyjne. W tamtym czasie Polacy budowali dużą część kalorymetru dla eksperymentu DELPHI. Wypracowanie dobrych, międzynarodowych relacji naukowych w latach 60. Polska zawdzięcza profesorom Marianowi Danyszowi i Jerzemu Pniewskiemu z Warszawy oraz prof. Marianowi Mięsowiczowi z Krakowa. To między innymi dzięki ich wysiłkom w 1963 nasz kraj uzyskał status "obserwatora".

Pełne członkostwo w CERN Polska uzyskała 1 lipca 1991 r. Była to pierwsza zachodnia organizacja międzynarodowa, która po zmianach politycznych w Europie przyjęła Polskę do grona swych członków.

"Przed 1991 rokiem polskie grupy uczestniczyły w niektórych projektach, ale Polska nie uczestniczyła w decydowaniu o przyszłości laboratorium, Polacy nie mogli być zatrudnieni w CERN, ani tym bardziej piastować żadnych eksponowanych stanowisk. Polskie firmy nie mogły starać się o kontrakty w CERN. Od lipca 1991 Polska stała się współwłaścicielem największego na świecie laboratorium fizyki cząstek" - powiedział PAP dr Paweł Bruckman de Renstrom z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN.

Szacuje się, że wszystkich pracowników CERN jest około 2500. Wśród nich jest 550 Polaków w tym ok. 80 osób zatrudnionych w CERN na etatach; 170 osób to różnego typu stypendyści i studenci z Polski, a pozostałych około 300 osób stanowią polscy użytkownicy CERN zatrudnieni w krajowych instytucjach. Zatrudnieni w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych Polacy to nie tylko naukowcy. Sebastian Łobieński jest zastępcą kierownika ds. bezpieczeństwa komputerów w CERN.

"Badania prowadzone w CERN przynoszą około 10 doktoratów rocznie, a na przestrzeni 30 lat naszej obecności w CERN około 100 polskich studentów skorzystało z trwających 2-3 miesięcy staży naukowych w ramach programu +CERN Summer Studies+. Podobnie w latach 2007-2014 około 550 polskich nauczycieli fizyki uczestniczyło w organizowanych w CERN tygodniowych kursach doszkalających +Techer Programme+" - wylicza dr Paweł Bruckman de Renstrom.

"Kiedy byłam polskim delegatem do Rady CERN, byłam pod wrażeniem skuteczności wystąpień młodych Polaków o studenckie i doktorskie staże techniczne. To były aplikacje rozpatrywane w systemach konkursowych, bez wyraźnie narzuconej normalizacji do wielkości składki i któregoś roku byliśmy na trzecim miejscu pod względem liczny tych staży" - powiedziała PAP prof. Agnieszka Zalewska, która w latach 2013-2015 była szefową Rady CERN.

Od momentu przystąpienia do CERN, polskie grupy eksperymentalne weszły w skład wszystkich pięciu wielkich eksperymentów na Wielkim Zderzaczu Hadronów:

- ALICE - do badania zderzeń jąder ciężkich atomów (np. ołowiu), badania własności plazmy kwarkowo-gluonowej, nieznanego wcześniej stanu skupienia materii, jaki panował na bardzo wczesnych etapie istnienia wszechświata;

- LHCb - pomiary prowadzone w tym spektrometrze pozwalają na weryfikację przewidywań Modelu Standardowego oraz poszukiwanie odstępstw od tych przewidywań - czyli poszukiwanie "nowej fizyki";

- ATLAS i CMS - do precyzyjnych pomiarów parametrów Modelu Standardowego (SM), w tym bozonu Higgsa, poszukiwania zjawisk tzw. "nowej fizyki" czyli wykraczających poza SM oraz badania zderzeń ciężkich jąder atomowych;

- TOTEM - eksperyment obecnie już prawie całkiem zintegrowany z eksperymentem CMS. Polacy odegrali w nim ważną rolę - w szczególności dr Hubert Niewiadomski - współkoordynator analizy fizycznej.

Pytani o przyszłość badań w CERN, prof. Zalewska i dr Bruckman de Renstrom mówią o kontynuacji programu LHC. "Dokładniej zbadamy własności odkrytego w 2012 roku bozonu Higgsa i będziemy dalej szukać śladów fizyki spoza Modelu Standardowego - tak bezpośrednio poszukując nowych cząstek jak i pośrednio szukając znaczących odstępstw od przewidywań Modelu" - przyznają zgodnie. Przyjęta w 2020 roku przez Radę CERN aktualizacja Europejskiej Strategii Fizyki Cząstek przewiduje badania rozwojowe oraz studia wykonalności dla FCC (Future Circular Collider).

Polscy naukowcy od lat uczestniczą też w eksperymentach spoza LHC. Są to miedzy innymi:

- NA61/SHINE - badanie własności przejścia fazowego pomiędzy materią hadronów a plazmą kwarkowo-gluonową. Badanie efektów elektromagnetycznych przy zderzeniach ultraszybkich jąder. Koordynatorem eksperymentu jest prof. Marek Gaździcki z Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach i Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie;

- COMPASS - jedyny eksperyment w Europie przeznaczony do badania trójwymiarowej i spinowej struktury nukleonu;

- ISOLDE - badania przyniosły bardzo ciekawe wyniki na temat różnych kształtów jakie mogą przyjmować jądra izotopów radonu, radu i rtęci.

W niedługiej przyszłości planowane są też inne badania przy znacznym udziale polskich naukowców. To między innymi eksperyment PUMA, czyli próba wytworzenia sztucznych atomów, składających z niestabilnych jąder atomowych oraz z antyprotonu zastępującego elektron zlokalizowany wokół jądra, co pozwoli badaczom m.in. lepiej zrozumieć własności tajemniczych gwiazd neutronowych. To też eksperyment FASER, czyli nowy kierunek badawczy w LHC związany z badaniami lekkich cząstek produkowanych wzdłuż osi wiązki zderzających się protonów. Badania te mogą też stanowić okno na zrozumienie natury ciemnej materii wypełniającej Wszechświat. Wśród nowych projektów znajdzie się też Fabryka Promieni Gamma (Gamma Factory), czyli nowatorski pomysł zakładający wykorzystanie silnie zjonizowanych (tj. pozbawionych wielu elektronów) atomów wytwarzanych w kompleksie akceleratora w CERN do wytworzenia bardzo skupionych wiązek wysokoenergetycznych fotonów. Narzędzie badawcze wytworzone przy użyciu tych fotonów mogłoby posłużyć w szerokim programie eksperymentalnym rozciągającym się od fizyki cząstek po fizykę atomową, jak również m.in. w badaniach dot. fizyki medycznej.

Obecnie na CERN składają się 23 kraje członkowskie. Roczny budżet wynosi 1 168 000 CHF. Polski wkład finansowy do budżetu CERN (wyliczany w proporcji do PKB) to 2,8 proc., co równa się ok. 135 mln zł.

Z okazji okrągłej rocznicy obecności Polski w CERN prof. Agnieszka Zalewska przypomina komu zawdzięczamy dostęp do internetu.

"Chyba nie dość jest przypominania, że protokół WWW do obsługi internetu powstał w CERN-ie i został za darmo udostępniony do powszechnego użytku. Szacuje się, że WWW generuje ok. 3 proc. globalnego dochodu ludzkości i pewnie można założyć, że jest to też ok. 3 proc. polskiego dochodu narodowego. W dodatku np. za oprogramowanie Windows czy pakiet Office płacimy duże pieniądze amerykańskiemu koncernowi Microsoft. Gdyby protokół WWW nie powstał w CERNie, a stworzyłby go Microsoft, dodatkowe duże kwoty wypływałyby z Polski. No i jeszcze jeden aspekt tej sprawy - darmowe WWW to inteligentna forma pomocy ubogim krajom. Warto więc inwestować w pierwszorzędną naukę, bo od czasu do czasu poza dostarczaniem czysto naukowych odkryć dostarcza takich produktów ubocznych jak WWW" - puentuje Zalewska