CERN

CERN, Den europeiske organisasjon for kjernefysisk forskning, er en internasjonal organisasjon for partikkelfysisk forskning. Navnet CERN er et akronym for det opprinnelige franske navnet Conseil européen pour la recherche nucléaire. CERNs virksomhet er konsentrert rundt partikkelfysikk, kjernefysikk og kjernekjemi og omfatter verdens største forskningssenter innen disse fagområdene. Senteret ligger hovedsakelig i Sveits, nær flyplassen i Genève, men deler av anlegget går også over grensen til Frankrike. Ved forskningssenteret ligger Large Hadron Collider, en enorm partikkelakselerator som ble ferdigstilt og tatt i bruk til vitenskapelige eksperimenter i 2008.

 Historie 
CERN ble etablert i 1954 av 12 land i Europa. Alle de opprinnelige medlemmene er fortsatt medlem av CERN, bortsett fra det tidligere Jugoslavia som meldte seg ut i 1961 og forble utmeldt frem til statens oppløsning. Organisasjonen har i dag 20 medlemsland, rundt 2600 heltidsansatte pluss nesten 8000 vitenskapsfolk og ingeniører fra 500 universiteter og 80 nasjoner.

Avdelingen for teoretisk fysikk ved CERN strekker seg tilbake til tidlig på 1950-tallet. Allerede 15. februar 1952 begynte et økende samarbeid mellom europeiske forskere innenfor kjerne- og partikkelfysikk, undertegningen av avtalen om "Råd for representanter fra europeiske stater for planlegging av et internasjonalt laboratorium og organisering av andre former for samarbeid innen kjernefysisk forskning" markerer starten på dette samarbeidet og legger grunnlaget for CERN. 5. mai 1952 møttes rådet for første gang i Paris, der 10 ulike land var representert, rådets formål var å planlegge utbyggelsen av et nytt laboratorium, og utstyret som krevdes. Dette rådet er i senere tid blitt kalt "Det midlertidige CERN", og varte frem til "det permanente" CERN ble etablert i 1954.

Det midlertidige rådets første og viktigste oppgave var å utnevne ledere for fire arbeidsgrupper og en generalsekretær. Edoardo Amaldi, som var stasjonert i Roma, ble utnevnt til generalsekretæren ved "det midlertidige CERN". Cornelius Bakker og Odd Dahl fikk ansvaret for gruppen som skulle studere akseleratorene, Lew Kowarski fikk ansvaret for laboratoriene, og Niels Bohr fikk ansvaret for teoretiske studier. Med dette ble den første teoretiske gruppen ved CERN opprettet, og fant sted ved Institutt for teoretisk fysikk, Københavns Universitet.

 Medlemsland og finansiering per 2024 
 Medlemsland  Andel (%) Mill. CHF  21,14 258,2  15,09 184,4  13,43 164,0  9,87 120,7  7,01 85,6  4,68 57,2  3,75 45,8  3,12 38,1  2,78 34,0  2,66 32,5  2,24 27,3  2,22 27,2  2,19 26,8  1,86 22,7  1,35 16,5  1,32 16,1  1,18 14,4  1,10 13,5  0,99 12,1  0,74 9,1  0,53 6,5  0,37 4,5  0,28 3,4 Totalt 100 1221,9

 Teoretiske studier 
Niels Bohr var formell leder av den teoretiske gruppen i København frem til 1954, da Christian Møller overtok ledelsen. Disse ledet gruppen sammen med J. Jacobsen og S. Rozental. Københavngruppen fungerte som en opplæringsarena for teoretiske fysikere, der de arbeidet med fundamentale problemer i høy-energi fysikk. Kjernefysikk, kvanteelektrodynamikk (QED), mesoner og kvantefeltteori (QFT) var sentrale temaer.  

I 1954 ble Felix Bloch utnevnt til den første generaldirektøren ved CERN. Siden byggingen av anlegget snart skulle starte, ble han utplassert i Genève. Den 10. juli 1954 sendte han et brev til Bernard d'Espagnat, som tidligere hadde hatt et stipendiat i København, hvor han tilbød ham en stilling ved CERN. D'Espagnat tiltrådte allerede i oktober samme år og ble dermed den første teoretikeren ved CERNs hovedkvarter i Genève. I januar 1955 ble også Jacques Prentki ansatt ved CERN, og han samarbeidet tett med d'Espagnat. Deres arbeid med å finne en geometrisk forklaring på sterke vekselvirkninger, samt symmetri i svake vekselvirkninger, regnes som et av de mest betydningsfulle bidragene til teoretisk fysikk ved CERN i de tidlige årene.

Det var forventet at teoriavdelingen skulle flytte gradvis til Genève, dette skjedde derimot ikke før i oktober 1957, da CERNs teoriavdelingen i København ble offisielt nedlagt. De første teoretikerene ansatt ved CERN i Genève hadde først kontorer ved Universitetet i Genève, deretter i brakker ved flyplassen, før de ble flyttet til dagens CERN-område ved Meyrin. Utover 1960-tallet ble det teoretiske fysikk divisjonen ved CERN en etablert institusjon, og rundt midten av 1960-tallet hadde miljøet utviklet seg til et av de største i verden innenfor fagfeltet.

 Eksperimenter 
CERN har gjennomført en rekke eksperimenter som har hatt avgjørende betydning for utviklingen av moderne fysikk. Samspillet mellom teoretikere og eksperimentelle forskere ved CERN har resultert i Nobelpriser i fysikk.

 SC-eksperimenter 
Den første akseleratoren som ble bygget ved CERN, Synkrosyklotronen (SC), fulgte prinsippet patentert av Edwin McMillan i 1952. I denne akseleratoren var frekvensen til det påførte RF-elektriske feltet variabel for å kompensere for relativistiske effekter når partikkelens hastighet nærmet seg lysets hastighet. Synkrosyklotronen utgjorde et betydelig teknologisk gjennombrudd ved å åpne for akselerasjon av partikler til energinivåer som oversteg grensene for klassiske syklotroner. Dette la dermed grunnlaget for avanserte eksperimenter innen kjernefysikk og partikkelfysikk, samt for utviklingen av senere avanserte partikkelakseleratorer, som Super Proton Synchrotron ved CERN. I 1958 forutsa teorien at pioner skulle henfalle til elektroner og nøytrinoer. Et eksperiment med Synkrosyklotronen ble satt opp for å studere dette. Bare timer etter oppstart viste de første bildene klart bevis på dette sjeldne henfallet, noe som bidro til å gjøre CERN kjent internasjonalt.

 PS-eksperimenter 
miniatyr|Standard modellen for elementærpartiklene 
Proton-Synkotronen (PS) er den første synkrotronen bygget ved CERN, da den startet driften i 1959 var den i en kort periode verdens mest høyenergetiske partikkelakselerator. PS har akselerert ulike partikkeltyper, inkludert protoner, antiprotoner og tunge ioner, og har spilt en nøkkelrolle i forberedelsene til en rekke viktige eksperimenter. Gjennom kontinuerlige oppgraderinger har PS sikret CERNs posisjon som ledende innen partikkelfysikk og muliggjort en rekke banebrytende forskningsprosjekter. Odd Dahl, en norsk fysiker og ingeniør med bakgrunn fra Forsvarets forskningsinstitutt og internasjonale prosjekter, var en ledende drivkraft i planleggingen og byggingen av PS. Rolf Widerøe, kjent som en pioner innen akseleratorteknologi, hadde tidligere utviklet prinsippene for lineære akseleratorer og synkrotroner, som dannet det teoretiske grunnlaget for moderne partikkelakseleratorer. Hans arbeid inspirerte og la grunnlaget for PS og mange senere akseleratorer. Sammen representerer de to noen av de viktigste norske bidragene til den tidlige utviklingen av partikkelfysikkens infrastruktur i Europa.

 ISR-eksperimenter 
Intersecting Storage Rings (ISR) var verdens første hadron-kollisjonsmaskin og startet drift ved CERN i 1971. Anlegget besto av to sammenflettede ringer med protonstråler som kolliderte front mot front, noe som ga langt høyere kollisjonsenergier enn tidligere metoder. ISR nådde en maksimal senter-masseenergi på 62 GeV og banet vei for forståelsen av protoners indre struktur, inkludert eksistensen av kvarker og gluoner. ISR var også stedet hvor stokastisk kjøling ble utviklet – en teknikk som senere ble avgjørende i andre akseleratorer. Kollideren var i drift til 1984 og la grunnlaget for senere prosjekter som Large Hadron Collider, både teknologisk og eksperimentelt.

 SPS-eksperimenter 
Super Proton Synchrotron (SPS) ble utviklet av et team ledet av John Adams, og stod ferdig i 1976 som CERNs mest kraftfulle akselerator på den tiden. Et nytt kontrollsystem basert på et nettverk av Norsk Data-minidatamaskiner, utviklet av Michael Crowley Milling, styrte oppstarten av akseleratoren. Opprinnelig planlagt for 300 GeV, ble den bygget med kapasitet for 400 GeV, og har siden vært brukt til å akselerere både protoner, antiprotoner, elektroner, positroner og tunge ioner. Etter utbyggingen av Super Proton Synchrotron muliggjorde Carlo Rubbia og Simon van der Meer en rekke eksperimenter som i januar 1983 ga de første entydige signalene på W-bosoner. For deres avgjørende bidrag til dette store prosjektet, som førte til oppdagelsen av feltpartiklene W og Z, formidlerne av den svake vekselvirkningen, ble de tildelt Nobelprisen i fysikk i 1984. 

 LEP-eksperimenter 
Large Electron-Positron Collider (LEP) var verdens største elektron-positronakselerator bygget i en tunnel med en omkrets på 27 kilometer, 100 meter under bakken ved grensen mellom Frankrike og Sveits nær Genève, og var i drift ved CERN fra 1989 til 2000. LEP spilte en sentral rolle i presisjonsmålinger av den elektrosvake vekselvirkningen og bidro til å bekrefte Standardmodellen. LEP ble satt i drift med en startenergi på rundt 91 GeV for å produsere Z-bosoner. I løpet av de første syv årene produserte LEP omtrent 17 millioner Z-partikler, noe som ga viktige tester av Standardmodellen. I 1995 ble LEP oppgradert med 288 superledende akselerasjonskaviter som doblet energien, slik at kollisjoner kunne produsere W-bosonpar. Energien nådde til slutt 209 GeV i 2000. I over 11 år ga LEPs eksperimenter en detaljert studie av den elektrosvake vekselvirkningen, og bekreftet at det finnes tre – og kun tre – generasjoner av materiepartikler. LEP ble stengt 2. november 2000 for å gi plass til byggingen av Large Hadron Collider i samme tunnel.

 LHC-eksperimenter 
miniatyr|ATLAS eksperimentet under konstruksjon. 
miniatyr|Simulert data fra CMS 
Et annet nøkkelbidrag innen forskningen er de velkjente eksperimentene i Large Hadron Collider (LHC), ATLAS og CMS, som observerte Higgs-bosonet. Den 4. juli 2012 kunngjorde begge CERN-eksperimentene at de uavhengig av hverandre hadde gjort samme oppdagelse: CMS observerte et tidligere teoretisk boson med masse 125,3 ± 0,6 GeV/c², og ATLAS observerte et boson med masse 126,0 ± 0,6 GeV/c². Peter Higgs og François Englert ble tildelt Nobelprisen i fysikk i 2013 for deres teoretiske oppdagelse av en mekanisme som bidrar til vår forståelse av massens opprinnelse hos elementærpartikler, og som  ble bekreftet gjennom observasjonen av den forutsagte fundamentale partikkelen av ATLAS- og CMS-eksperimentene.

LHC er fortsatt verdens største og kraftigste partikkelakselerator, og er planlagt å oppgraderes til High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) innen 2028. Formålet er å øke den integrerte luminositeten med en faktor ti for å forbedre mulighetene for nye oppdagelser etter 2030. Økt luminositet betyr flere kollisjoner per tidsenhet, noe som gir større datamengder og bedre muligheter til å studere sjeldne prosesser, blant annet i detaljert forskning på Higgs-bosonet. LHC akselererer protoner og tunge ioner til nær lysets hastighet og får dem til å kollidere i fire hovedkollisjonsområder, hvor detektorene registrerer ulike fenomener. Den første kollisjonen fant sted i 2010 med en energi på 3,5 teraelektronvolt (TeV) per stråle, omtrent fire ganger høyere enn tidligere rekorder. Etter oppgraderinger nådde den en kollisjonsenergi på 13 TeV i 2015, før den igjen ble stengt for vedlikehold og oppgraderinger i 2018, og gjenåpnet i 2022. Formålet med LHC er å teste teorier om partikkelfysikk, undersøke egenskapene til Higgs-bosonet, søke etter nye partikler som for eksempel supersymmetri, og belyse grunnleggende spørsmål om universets oppbygning.

 Antimaterie-eksperimenter 
miniatyr|Bilde fra antimateriefabrikken på CERN
Low Energy Antiproton Ring (LEAR) var en partikkelakselerator ved CERN, satt i drift i 1982 og operativ frem til 1996, med det formål å bremse ned og lagre antiprotoner for eksperimenter innen antimaterie-fysikk. Etter 1996 ble den omkonstruert til Low Energy Ion Ring (LEIR). LEIR mottar lange pulser med blyioner fra Linac 3 og omformer dem til korte, tette puljer som er egnet for injeksjon i Large Hadron Collider (LHC). LEAR utgjorde det avsluttende leddet i LEAR-programmet, som besto av fire maskiner—Proton Synchrotron (PS), Antiproton Collector (AC) og Antiproton Accumulator (AA). Disse maskinene samlet inn, kjølte ned og forberedte antiprotoner for videre bruk i LEAR-anlegget. Forskning ved LEAR resulterte blant annet i den første syntesen av anti-hydrogenatomer i 1995. Etter at LEAR ble nedlagt, ble Antiproton Decelerator (AD) bygget og tatt i bruk i 2000 for å videreføre studier av langsomme antiprotoner, og AD fungerer fortsatt som den primære kilden til antipartikler ved CERN. Bruken av både partikler og deres antimateriemotparter har vært sentral i CERNs eksperimentelle virksomhet. Gjennom studier av kollisjoner mellom materie og antimaterie, som for eksempel protoner og antiprotoner, har forskerne kunnet undersøke fundamentale symmetrier i naturen samt egenskaper ved antimaterie, noe som er avgjørende for å forstå hvorfor universet i hovedsak består av materie.

 Informatikk 

CERN la også grunnlaget for World Wide Web i 1980-årene, og verdens første nettside ble publisert herfra i 1991.
Selve World Wide Web begynte som et CERN-prosjekt kalt ENQUIRE, initiert av Tim Berners-Lee i 1989 og Robert Cailliau i 1990.public.web.cern.ch Berners-Lee og Cailliau ble i fellesskap æret av Association for Computing Machinery i 1995 for deres bidrag til utviklingen av World Wide Web.

Prosjektet, som er basert på konseptet hypertekst tok sikte på å tilrettelegge for deling av informasjon mellom forskere. Den første websiden gikk online i 1991. 30. april 1993 kunngjorde CERN at World Wide Web ville være gratis for alle. En kopi av den opprinnelige første nettsiden, laget av Berners-Lee, er fortsatt tilgjengelig på World Wide Web Consortiums webside som et historisk dokument.

Før webens utvikling hadde CERN vært en pioner i innføringen av Internetteknologien. En kort historie om denne perioden finnes her .

Oktober 2015 fikk CERN sitt eget toppnivådomene, .cern.

 Referanser 

 Eksterne lenker 

 CERN e-Recruitment site – Students and Fellows Programmes and Staff Employment Opportunities


Kategori:Organisasjoner etablert i 1954
Kategori:Kjerneforskningsorganisasjoner
Kategori:Akronymer
Kategori:Vitenskap i 1954
Kategori:Internasjonale organisasjoner