DESY to narodowy ośrodek badawczy, jednak w praktyce
prowadzone tam prace mają międzynarodowy charakter.

Piotr Kieraciński

Wszystko dzieje się na głębokości 10-30 m pod ziemią. Na powierzchni boiska sportowe, park, szosy, budynki, pod spodem szczelny betonowy tunel o średnicy ponad 5 m i długości 6,3 km. Wewnątrz rura o średnicy 60 cm, w której elektrony i protony pędzą z zawrotną prędkością naprzeciw siebie i zderzają się, uwalniając ogromną energię. To, co się dzieje podczas takiego zderzenia jest przedmiotem zainteresowania tysięcy naukowców, którzy chcą odkryć tajemnicę budowy materii.

HERA I INNE

Energia kinetyczna elektronu jest bardzo niewielka – podobna do energii lecącej muchy – natomiast niezmiernie skoncentrowana. W ciągu sekundy przez obszar oddziaływania przelatuje blisko trylion elektronów. Energia elektronu względem trafionego protonu wynosi ok. 50 bilionów elektronowoltów. Pozwala to rozróżniać obiekty mniejsze niż jedna trylionowa metra. Im mniejszy jest obiekt, który chcemy obserwować, tym mniejsza musi być długość fali „światła”, którego używamy do obserwacji lub tym większa energia elektronów w mikroskopach elektronowych. W DESY funkcję mikroskopów pełnią akceleratory, czyli urządzenia, w których przyspiesza się cząstki elementarne.

W rozmaitych akceleratorach prowadzi się różne eksperymenty. Pierwszy rodzaj to badanie struktury cząstek złożonych – protonów. Analizując skutki zderzeń protonów można poznać ich wewnętrzną strukturę. Przy badaniu zderzeń pozytonów z protonami odtwarza się zjawiska, które prawdopodobnie zachodziły na początku czasów, podczas tzw. Wielkiego Wybuchu. Obecnie najważniejsze eksperymenty polegają na zderzaniu protonów z elektronami. HERA jest jedynym w świecie akceleratorem, służącym do tego rodzaju doświadczeń. Jest to akcelerator kołowy (pierścieniowy), który składa się nie tylko z tunelu służącego do przeprowadzania zderzeń, ale także z 4 hal, w których pracują uczeni analizujący skutki eksperymentów. Ponadto w DESY prowadzi się badania w HASYLAB, czyli hamburskim laboratorium promieniowania synchrotronowego. Tutaj pracują nie tylko fizycy, ale także biologowie, materiałoznawcy, lekarze.

Najważniejszym wydarzeniem ostatniego roku badań DESY było zaobserwowanie tzw. twardego rozpraszania. Polega ono na tym, że elektron zderzając się z protonem leci do tyłu (a nie na boki). Model Standardowy przewiduje co prawda możliwość twardego odbicia, jednak częstotliwość tego zjawiska zaobserwowana w HERZE była tak duża, że postanowiono sprawdzić, co jest jego źródłem. Być może jest to tylko fluktuacja statystyczna. Aby to sprawdzić postanowiono zwiększyć najważniejszy parametr akceleratora – świetlność, oraz kontynuować badania do 2005-2006 r. Gdyby okazało się, że przypadków twardego rozpraszania jest bardzo dużo, może to oznaczać, że wewnątrz kwarka, z którym zderza się elektron, jest jakiś obiekt – substruktura kwarka, tzw. preon, którego istnienie przewiduje teoria. Gdyby się jednak okazało, że zjawisko to powstaje w wyniku tworzenia się cząstki o dużej masie, która powstając wyrzuca elektron do tyłu – mielibyśmy do czynienia z czymś zupełnie nowym, rewolucją w fizyce.

INTERNACJONAŁ

DESY to Deutsches Elektronen Synchrotron, czyli Niemiecki Synchrotron Elektronowy. Jest to narodowy ośrodek badawczy, jednak w praktyce prowadzone tam prace mają międzynarodowy charakter. W tej chwili 2/3 użytkowników urządzeń DESY pochodzi spoza Niemiec. Obecnie DESY zatrudnia w Hamburgu 1390 osób, w tym 300 pracowników naukowych oraz w swej filii w Zeuthen k/Berlina – 170 osób, w tym 65 pracowników naukowych. Natomiast w badaniach prowadzonych w ośrodkach uczestniczy ponad 2900 uczonych z 280 uczelni i instytutów z niemal całego świata. 1700 to uczeni niemieccy z 90 ośrodków naukowych, a 1200 to użytkownicy zagraniczni ze 190 instytucji. W badaniach w HASYLAB uczestniczy 1700 naukowców z 29 państw, w tym ponad 500 biologów. Korzystają oni z 39 stanowisk pomiarowych i 83 instrumentów. Rocznie uzyskują 850 wyników.

DESY powstało w 1959 r. jako fundacja prawa cywilnego. Podobny charakter ma wiele niemieckich ośrodków naukowych, m.in. Instytut Maxa Plancka. Fundacje te utrzymywane są ze środków publicznych. Budżet DESY w 1997 r. wynosił ponad 250 mln marek. 90 proc. tej sumy wyłożył rząd federalny, a 10 proc. – miasto Hamburg i kraj związkowy Brandenburgia. Prywatne dotacje stanowią niewielką część budżetu fundacji.

POLSKI WKŁAD

Współpraca Polaków z DESY ma bardzo długą tradycję. Już w 1956 r. prof. Marian Danysz rozpoczął współpracę z Instytutem Fizyki Wysokich Energii w Zeuthen. Wkrótce do współpracy dołączył prof. Andrzej Kajetan Wróblewski. Od końca lat 70. współpraca z DESY intensyfikuje się i formalizuje. Podpisano szereg umów między instytucjami polskimi a DESY. Najważniejsza z nich jest umowa o współpracy między rządami Polski i Niemiec w dziedzinie nauki i techniki, podpisana w 1989 r. i aktualizowana w 1992 r., oraz protokół Komisji Mieszanej RP i RFN ds. Współpracy Naukowo-Technicznej z 1994 r. W latach 1995 i 1996 podpisano kolejne umowy między DESY a Polską Akademią Nauk, Państwową Agencją Atomistyki i Instytutem im. Sołtana, dotyczące udziału Polski w nowym międzynarodowym projekcie naukowym TESLA, który przewiduje budowę zupełnie nowego akceleratora liniowego, a właściwie dwóch przeciwbieżnych akceleratorów o łącznej długości ponad 30 km.

Polska, jako uczestnik badań, funkcjonuje na specjalnych zasadach. Nie płaci pieniędzmi za udział w badaniach. W latach 1992-95 165 polskich inżynierów i techników uczestniczyło w instalowaniu akceleratora HERA. Oszczędności poczynione dzięki temu, że Polaków nie zatrudniano na etatach, znalazły się na koncie kredytowym, z którego obecnie pokrywa się koszty pobytu polskich naukowców i studentów. Obecnie w DESY pracuje ok. 40 fizyków i 20 techników z pięciu instytucji Krakowa i Warszawy. Koszty ich badań – dojazdów, aparatury, komputerów – w wysokości 150 tys. zł, pokrywa Komitet Badań Naukowych.

Polskim wkładem są także urządzenia do eksperymentów ZEUS i H1. Dla Zeusa wykonano: żelazny kalorymetr uzupełniający BAC (Backing Calorimeter) z ok. 5500 aluminiowymi komorami proporcjonalnymi o całkowitej powierzchni ok. 3 tys. m2; ścianę weto VW (Veto Wall) i detektor świetlności LUMI (Luminosity Detector). Dla H1 – puszki Faradaya dla kalorymetru. Zeus działa od 1992 r.; znajduje się w południowej hali HERY. Jest to detektor uniwersalny o wymiarach 12 x 11 x 20 m i masie 3600 ton. H1 – to także detektor uniwersalny, który działa w północnej hali HERY. Urządzenia te służą do obserwacji zderzeń i rejestracji ich skutków.

Instytucje, które najbardziej intensywnie współpracują z DESY to Instytut Fizyki Jądrowej z Krakowa, Międzyresortowy Instytut Fizyki i Techniki Jądrowej AGH, Instytut Fizyki UJ, Instytut Fizyki Doświadczalnej UW i Instytut Problemów Jądrowych z Warszawy. Polacy wnieśli duży wkład do badań DESY. W latach 1992-95 w ramach projektów ZEUS i H1 odbyli 628 8-godzinnych dyżurów, podczas których zbierano dane z doświadczeń, wygłosili 16 referatów i opublikowali 94 prace naukowe. Staże w DESY odbyło także blisko 120 studentów z Polski. Staże naukowe zaowocowały do 1994 r. ok. 20 rozprawami magisterskimi, 7 doktoratami i 3 habilitacjami.

Uwagi.