Nové výsledky urychlovače LHC a co říká ke kosmologii

/ 15.08.2022 /

Velice zajímavá přednáška, kterou RNDr. Vladimír Wagner, CSc. ve Ždánicích přednesl, byla nanejvýš aktuální, protože největší urychlovač LHC v Cernu, po létech vylepšování započal v letos dubnu třetí období své činnosti a začal pracovat na plný výkon. Na začátku fungování LHC se totiž vyskytla havárie, která znamenala přehodnocení celé práce s urychlovačem a tak se na ty největší energie přecházelo postupně.

Víme, že současné fyzikální teorie popisující fungování přírody mají mezery. K jejich zaplnění potřebujeme pozorování a nástroje, jako jsou astronomické teleskopy pro zkoumání vesmíru jako celku, nebo urychlovače pro studium mikrosvěta. Obecně vytváříme teorie a modely a pomocí těchto nástrojů testujeme jejich správnost. Chování makrosvěta popsal nejprve Isaac Newton a potom lépe Albert Einstein, jehož teorie popisuje makrosvět velice přesně, včetně gravitačních vln. Jenže vesmír nebyl vždycky veliký. Kdysi dávno začal horkým a hustým počátkem, který lze do velké míry napodobovat právě v urychlovači. V současnosti je ve fyzice situace taková, že máme dvě velké teorie, pro makrosvět a pro mikrosvět. Pro vědce je vždy nejdůležitější to, co neví, nebo jen tuší. V kosmologii se jedná například o temnou hmotu a temnou energii. A kupodivu i zde nám mohou pomoci urychlovače, které se dívají do nitra hmoty, protože zde lze napodobit podmínky panující na počátku vesmíru. Je totiž možné, že temná hmota a energie jsou tvořeny nějakými novými typy částic nebo polí.

Jak fungují urychlovače? Představme si například, že chceme zjistit jak funguje a z čeho se skládá automobil. Jenže zkoumaný automobil nejde vůbec odemknout a tak využijeme následující možnost. Vezmeme dvě auta na dálnici, rozjedeme je co nejrychleji proti sobě a necháme srazit. Rozbijí se na sto kousků, ze kterých se pak snažíme pochopit princip jejich fungování. A když je rozjedeme proti sobě ještě rychleji, rozbijí se na tisíc kousků a jejich strukturu můžeme zjistit podrobněji. A přesně to dělají fyzici na LHC v Cernu, jen se místo na auta dívají na strukturu hmoty. V urychlovači se využívá plasma, čili nabité částice, které jsou řízeny pomocí velice silných chlazených supravodivých urychlovacích, zakřivovacích a fokusovacích magnetů. Částice se pohybují proti sobě v kruhové vakuové trubici a při srážkách v detektorech se produkuje spousta nových částic, které se následně analyzují. V mikrosvětě panuje kvantová fyzika, v jejímž důsledku je tam každý objekt rozmazaný v závislosti na hybnosti. K jeho zaostření nám nepomohou žádné superbrýle, ale platí, že čím má objekt vyšší hybnost (energii), tím méně je rozmazaný. Takže LHC funguje v podstatě jako obrovský mikroskop, jehož rozlišení je při největších energiích asi tisícina průměru protonu! Dále se v urychlovači čistě z energie mohou vyprodukovat nové hmotné částice a antičástice s odpovídající původní energií podle Einsteinova vzorečku E=m.c². V principu dokáže LHC vyprodukovat až 7000x těžší částice než je proton! Tyto velmi hmotné částice však mají extrémně krátkou životnost, ale přesto o nich víme, protože se rozpadají na další sekundární částice, které již zaznamenat lze. Právě tímto způsobem byla potvrzena slavná a dlouho hledaná Higgsova částice, potvrzující správnost současné teorie hmoty. Vraťme se ještě jednou k výše uvedenému příměru se srážejícími se automobily. Při srážce se auta nejen zdeformují a rozbijí na kusy, ale část energie se přemění na teplo, takže se trošičku zahřejí. V LHC lze při srážkách jader olova získat a zkoumat extrémně stlačenou a žhavou látku, která existovala v ranných fázích vývoje vesmíru…

V přednášce nám RNDr. Wagner dále popisoval, jak dnes probíhá práce na LHC, jaký je současný stav poznání struktury hmoty podle standardního modelu, jak se vesmíru pozná levá a pravá, nebo jak bychom poznali, že se sličná mimozemšťanka skládá z antihmoty. To je velice důležitá informace, protože nám nejen prozradí mnohé o fungování vesmíru ve kterém žijeme, ale také proto, že potřesení ruky s takovou osobou by okamžitě znamenalo nejen konec lidstva a Zeměkoule, ale snad i celé Sluneční soustavy :-). 

Experimenty prováděné na LHC v Cernu naše současné představy jednak potvrzují, ale současně se dostáváme na hranice nepoznaného. V budoucnu se plánuje výstavba ještě většího urychlovače k produkci ještě exotičtějších a těžších částic a hledání odchylek ve standardním modelu. Možná, že současný LHC s obvodem 27 km se stane urychlovacím předstupněm pro budoucí kruhový urychlovač s obvodem 100 km. Možná ale, že takovýto obrovský budoucí urychlovač vybuduje první Čína, v každém případě se máme nač těšit.

RNDr. Wagner nás rovněž pozval k návštěvě svého pracoviště, Ústavu jaderné fyziky AVČR v Řeži u Prahy, kde si lze prohlédnout reaktory i urychlovače. Jediný problém je, že kromě dne otevřených dveří musí být návštěvníci starší 15-ti let, čili středoškoláci s občankou. Na závěr se ještě zmínil o jednom z výzkumných úkolů, který před časem v Řeži prováděli a sice určení příčiny smrti Tycha Braha na základě analýzy jeho ostatků. Otrava rtutí to nebyla, pravděpodobně zemřel přirozenou smrtí, ale to už je spíše téma pro červencovou přednášku Ing. Pavla Goliáše.

Přednáška byla velice zajímavá a nechala nás nahlédnout do pro mnohé záhadného světa částicové fyziky.

RNDr. Vladimír Wagner, CSc. u malého ždánického urychlovače. Jedná se o lineární urychlovač urychlující elektrony. Jak vidíte, je to v tomto případě klasický CRT monitor, nicméně podobně jako u LHC i zde můžeme pomocí magnetu měnit trajektorii letu nabitých částic, což se projevuje deformací obrazu a změnou barev.