Šta je DESY?

Deutsches Elektronen-Sznchrotron ili skraćeno DESY je nalazi se u Nemačkoj, u jednom od (po površini) najvećih Evropskih gradova – Hamburgu. Institut je smešten skoro u srcu samog grada, okružen je velikim parkovima i velikim brojem lepoih porodičnih kuća. Okolina instituta, a i ceo grad, uopšte nema izgled velikog grada. U Hamburgu živi oko tri miliona ljudi, ali grad se prostire na površini sedam puta većoj nego Pariz i dva i po puta većoj nego London. U gradu ima vrlo malo stambenih zgrada, već ljudi žive u običnim porodičnim kućama. Ono što prvo pada u oči kada dođete u Hamburg je mnogo zelenila, velikih parkova i drvoreda na sve strane. Sledeće što će svako sigurno primetiti su mnogobrojni mostovi, u Hamburgu ima oko 2500 mostova, više nego u Veneciji i Amsterdamu zajedno. Sve ovo je vrlo lepo okruženje za verovatno, jedan od pet najznačajnijih instituta za fiziku elementarnih čestica u svetu.

U institutu se nalazi nekoliko akceleratora a najveći, i za fiziku najznačajniji, je HERA. Tu su još i mnogo manji akceleratori – PETRA, DORIS i DESY i jedan linearni akcelerator VUV-FEL, prototip linearnog akceleratora koji u budućnosti može dobiti ulogu najvažnijeg i najjačeg akceleratora na planeti.

DORIS i PETRA su mali akceleratori. Koriste se za istraživanja u HASYLAB-u, jednoj od najznačajnijih laboratorija u svetu za istraživanja X-zračenjem. Približno 1900 istraživača u različitim oblastima dolazi svake godine u Hamburg da bi u HASYLAB-u vršilo eksperimente. Fizičari, hemičari, biolozi, geolozi, lekari ovde mogu analizirati uzorke do najsitnijih detalja, veličine atoma.

DORIS (Double Ring Store) je prvi akcelerator sagrađen u DESY-ju. On ubrzava elektrone gotovo do brzine svetlosti. Mali paketi elektrona obilaze 300 metara dug prsten akceleratora milion puta u sekundi. Jaki magneti održavaju elektrone na kružnoj putanji. Krećući se stalno u krug elektroni emituju velike količine X zraka. Tu se još nalaze i specijalni, nekoliko metara dugački magneti – tzv. undulatori koji primoravaju elektrone na cik-cak putanje. Na ovaj način elektroni emituju intenzivno sinhrotrono zračenje u širokom delu elektromagnetno spektra, od vidljivog do X zračenja.

PETRA (Positron-Electron Tandem Ring Accelerator) je akcelerator obima 2,3 kilometara. Ovaj akcelerator je dugo igrao vrlo važnu ulogu u fizici elementarnih čestica. Verovatno najznačajniji događaj u istoriji dogodio se 1979. godine kada su tu otkriveni gluoni, čestice koje su odgovorne za stabilnost atomskih jezgara. Sada se PETRA koristi samo za početno ubrzavanje protona i elektrona pre ubacivanja u mnogo jaču HERA-u.

HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator) je u upotrebi od 1992. godine. Obim ovog akceleratora je 6,3 kilometara. Akcelerator se nalazi u tunelu prokopanom na dubini od oko 30 metara ispod grada. HERA je jedinstven u svetu. To je jedini akcelerator u kome se analiziraju sudari protona i elektrona (pozitroni), a upravo to je glavna prednost ovog akceleratora. Snažno magnetno polje ubrzava elektrone i protone do ogromnih brzina i energija. U dve tačke u akceleratoru (detektori H1 i ZEUS), nekoliko miliona puta u sekundi, dolazi do sudara ovih čestica. Prilikom sudara elektroni imaju energiju od 30 GeV, a protoni od 920 GeV. Ovi sudari su ustvari najsavršeniji "mikroskop" koji omogućava da se zaviri u strukturu protona, a rezultati dobijeni analizom tih sudara mogu dati odgovore na neka od pitanja koji "muče" čovečanstvo već hiljadama godina. Osim ova dva detektora na HERA-i postoje još dva eksperimenta – HERMES i HERA-B. U ovim eksperimentima ne dolazi do sudara protona i elektrona već se snop elektrona (tj. protona) sudara sa nepokretnom metom. HERMES koristi snop elektrona za istraživanje atomskog jezgra, pre svega spina, dok HERA-B koristi samo snop protona za proučavanje teških kvarkova. Detektori su ogromnih dimenzija, koje prelaze desetak metara. Svaki od njih nalazi se na jednoj od četiri strane sveta: H1 – sever, ZEUS – jug, HERA-B – zapad i HERMES – istok i nalaze se na sedam spratova ispod zemlje.

Poslednji u nizu akceleratora u DESY-ju nimalo ne liči na dosada pomenute "rođake", ali to će u budućnosti verovatno biti najvažniji akcelerator u Hamburgu, a možda i u celom svetu. To je VUV-FEL (Vacum Ultraviolet Free-electron laser) linijski akcelerator. Za razliku od svih drugih akceleratora gde se čestice kreću po kružnim putanjama kod ovog akceleratora elektroni se kreću samo pravo. VUV-FEL je prototip novom akceleratoru koji je nazvan TESLA (TeV-Energz Superconducting Linear Accelerator) i sa čijom će se gradnjom uskoro početi, a taj akcelerator će po mnogim osobinama biti na prvom mestu u svetu. Biće to 33 km dugačak linearni kolajder u kome će se sudarati elektroni i protoni. TESLA i LHC (nov akcelerator koji se gradi u CERN-u, Švajcarska) predstavljaju budućnost fizike elementarnih čestica, a pred njima je mnogo zadataka i pitanja na koja trebaju da daju odgovore.

DESY 2004 – letnji program za studente

Svakog leta DESY je domaćin velikom broju studenata iz celog sveta. Sredinom jula ove, 2004, godine nova grupa od 88 studenata, među kojima sam bio i ja, dobila je mogućnost da u DESY-ju provede osam nedelja. Većina studenata bila je na trećoj ili četvrtoj godini studija fizike, ili drugih srodnih nauka. Najveći broj studenata bio je iz Nemačke, osim njih tu su bili studenti iz Austrije, Belorusije, Belgije, Bugarske, Francuske, Grčke, Irske, Italije, Izraela, Jermenije, Kine, Meksika, Poljske, Rusije, SAD, Srbije (Žarko Gačević, sa Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu i ja) Slovačke, Španije, Švedske, Tajlanda i Velike Britanije.

Cilj ovih letnjih programa je da studenti dobiju mogućnost da vide kako je raditi i živeti u istraživačkim laboratorijama. Studenti se pridružuju radu na aktuelnim istraživačkim projektima u institutu i to u oblastima: fizike elementarnih čestica, konstrukcije linearnog kolajdera budućnosti, informacijonih tehnologija i astrofizike.

Osim rada u istraživačkim grupama organizuju se i svakodnevna, vrlo zanimljiva, DESY-ju, aktuelnim istraživanjima, savremenim dostignućima u teorijskoj i eksperimentalnoj fizici itd. Osim predavanja organizuju se i posete najznačajnijim eksperimenlanim halama u institutu, gde studenti dobijaju jedinstvenu priliku da vide kako sve ono o čemu su učili i slušali stvarno radi. Ogromni detektori čestica, tuneli sa cevima kroz koje ogromnom brzinom jure elektroni i neutroni, moćni računari, i mnogo kablova na sve strane, sve to mnogo podseća na laboratorije iz filmova, ali u DESY-ju sve to izgleda prilično stvarno.

Ja sam bio sam u istraživačkoj grupi (LPOL) koja vrši merenje polarizacije elektronskog snopa i koja radi u okviru eksperimenta HERMES. Svetlost vrlo snažnog laser se, pomoću precizne optike, usmerava kroz nekoliko desetina metara dugačke cevi usmerava na snop elektrona gde se fotoni koje laser emituje sudaraju sa elektronima. Detektori registruju odbijene fotone, i dobijene podatke šalju u ogromnu bazu podataka. Moj zadatak bio je da napišem nekoliko kompjuterskih programa koji bi vršili analizu prikupljenih podataka i pripremili ih za dalje korišćenje u eksperimentu HERMES.

Osim predavanja i rada na projektima bilo je i dosta vremena da se upoznaju i ljudi iz celog sveta, obiđe jedan vrlo lep grad kakav je Hamburg, otputuje do Severnog mora i tako dalje. Učešće na jednom od ovakvih letnjih programa je odlična prilika da se putuje, mnogo nauči, upoznaju novi ljudi i stekne puno novih prijatelja. Preporučio bih svakom ko je u mogućnosti da proba da se prijavi na neki ovakav projekat. Možda baš vi budete izabrani i sledeće leto provedete u prelepom Hamburgu i DESY-ju.
Tokom boravka u Hamburgu iskoristio sam priliku da napravi i intervju, specijalno za "Astronomiju", sa  Joachim Meyerom, koordinator lenjeg programa za studente:

• Kada je prvi put organizovan Letnji program?
Program se razvijao postepeno. Još davne 1968. godine prvi studenti pridružili su se radu eksperimentalnih grupa.

• Koliko se studenata najčešće prijavi i koliko pozivate?
U 2004. godini prijavilo se 220 studenata (broj se svake godine povećava), pozvano je 80-90 studenata (više od tog broja je nemoguće)

• Ko može da se prijavi za vaš program?
Uslovi su detaljno navedeni na našem sajtu (adresu videti na kraju), ukratko: studenti treće i četvrte godine fizike i srodnih nauka.
Izbor se vrši na osnovu potrebnih dokumenata za prijavu, biografije (CV), preporuka. Ne postoji maksimalan broj, ali konkurencija je ipak velika. Prijavljuju se izvanredni studenti iz celog sveta.

• Šta bi ste poručili onima koji razmišljaju o tome da se prijave ili ne?
U slučaju da ste dobri, da vas interesuje nauka i želite da naporno radite tokom programa oprobajte vašu šansu.

• Koje je, za vas, bilo najznačajnije otkriće u DESY-ju?
Bilo je to 1979. godine, otkriće gluona (prenosioca jake interakcije) u sudaru elektrona i pozitrona u akceleratoru PETRA.

• Od kada ste u DESY-ju, koji su bili najuzbudljiviji događaji?
Verovatno najuzbudljiviji događaj u DESY-ju bilo je kada smo prvi put u detektoru H1 videli jedan čudan događaj (nastali su mion i electron sa mlazom (jet) i jedna čestica koja je nedostajala, možda neutrino). Još uvek ovaj događaj ne možemo da opišemo Standardnim modelom. Broj ovakvih događaja je još uvek mali, tako da jedino poboljšanje opreme planirano za naredne godine može da odgovori da li je pitanju statistička fluktuacija ili najava "nove fizike".
Naravno, uzbudljivo je i svake godine poželeti dobrodošlicu novim studentima iz celog sveta.
• Koji su trenutno najznačajniji projekt u DESY-ju?
Radovi na što boljem razumevanju strukture protona i osobina jake interakcije. HERA, u svetu jedinstven kolajder elektrona i protona je najmoćniji "mikroskop" kojim se to može postići.

• Planovi za budućnost DESY-ja? Očekujete li neka velika otkrića u bliskoj budućnosti?
Naučnici uvek tragaju za važnim otkrićima, ali to je dug i naporan put. DESY ima vrlo ambiciozne planove za budućnost:
o Laser slobodnih elektrona (FEL – Free Electron Laser) otvoriće nove mogućnosti u istraživanju materijala na atomskom i molekularnom nivou. On će biti za nekoliko redova veličine moćniji od sinhrotrono zračenja koje se danas koristi
o DESY će igrati vodeću ulogu u izgadnji novog Internacionalnog linearnog kolajdera za elektrone i pozitrone (ILC – International Linear Collider). Ova mašina omogući će veliki korak napred u traganju za tajnama elementarnih čestica:

higsova čestica i supersimetrija
odgovoriti na pitanje "Šta je vreme"
veza beskrajno velikog (kosmologija) i beskrajno malog
nova iznenađenja, koja prevazilaze čak i našu maštu