Urychlovač LHC se probouzí

Evropská organizace pro jaderný výzkum učinila další důležitý krok na cestě ke spuštění obřího urychlovače částic LHC. Největší a nejsložitější vědecký přístroj v dějinách lidstva slibuje odhalit základní tajemství vesmíru.

Ve středu dopoledne se do urychlovače vydal svazek protonů a vůbec poprvé proletěl celým 27 kilometrů dlouhým okruhem. Před půl jedenáctou fyzikové potvrdili, že test proběhl úspěšně a spouštění urychlovače může pokračovat. "Je to fantastický moment. Můžeme se nyní těšit na novou éru pochopení vzniku a vývoje vesmíru," prohlásil vedoucí projektu LHC Lyn Evans.

Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) nabízí dnešní dění v přímém přenosu na adrese http://webcast.cern.ch, ale pro velký zájem je obtížné se k přenosu dostat. Aktuální informace jsou dostupné alespoň na mikroblogu CERNu.

LHC (Large Hadron Collider), budovaný na francouzsko-švýcarských hranicích nedaleko Ženevy, bude po svém uvedení do provozu největším urychlovačem částic na světě. Protony v něm budou urychleny na 99,9999991 procenta rychlosti světla, což jim dodá obrovskou energii - sedmkrát větší, než dokáže největší urychlovač současnosti.

Pokud vám nedělá potíže angličtina, pusťte si Large Hadron Rap natočený přímo v organizaci CERN - za pět minut se o LHC dozvíte vše podstatné, aniž byste měli pocit, že vám někdo něco vysvětluje.

LHC a hranice poznání

Protony (a při dalších experimentech také ionty olova), které budou urychlovačem putovat ve dvou svazcích proti sobě, se budou srážet za vzniku dalších částic. Studium těchto srážek pomůže zodpovědět některé z nejzákladnějších otázek týkajících se podstaty vesmíru.

Jedním z hlavních úkolů LHC je objev Higgsova bosonu - tajemné částice, jejíž existenci současná fyzikální teorie předpovídá, ale kterou dosud nikdo nepozoroval. Higgsův boson podle fyziků dodává ostatním částicím jejich hmotnost.

Výsledky experimentů by také mohly odhalit podstatu temné hmoty. Tedy neznámé formy hmoty, o jejíž podstatě se fyzikové pouze dohadují, protože ji nelze přímo pozorovat a projevuje se pouze gravitačním působením. Je jí přitom šestkrát víc než hmoty, která tvoří všechny pozorovatelné objekty ve vesmíru.

LHC pomůže lépe pochopit velký třesk a snad také vysvětlí, kam se poděla antihmota, které při zrodu vesmíru bylo podle všeho stejné množství jako klasické hmoty. Urychlovač může také poskytnout důkazy pro nebo proti teorii tvrdící, že kromě "normálních" tří prostorových a jednoho časového rozměru existují ještě další skryté rozměry.

Při popisu toho, čím LHC může přispět k našemu pochopení vesmíru, bychom správně měli používat podmiňovací způsob. Není totiž jisté, zda LHC skutečně objeví Higgsův boson nebo skryté rozměry... I negativní výsledek by však byl cenný. Vždyť už Jára Cimrman věděl, že bez prošlapání slepých uliček by se vědecké poznání daleko nedostalo.

Srážky částic budou v LHC studovány v rámci čtyř hlavních experimentů. Každý z nich využívá mohutné detektory umístěné v těch místech okruhu, kde se oba protiběžné svazky částic kříží. Experimety ATLAS a CMS budou pátrat po Higgsově bosonu, skrytých rozměrech a temné hmotě, LHCb se zaměří na antihmotu a ALICE na studium velkého třesku.

Špičková technologie

Částice budou urychlovány elektrickým polem a magnetické pole vytvářené silnými elektromagnety je bude usměrňovat tak, aby se po průletu 27 kilometrů dlouhým okruhem vrátily do stejného místa. Až dosáhnou plné rychlosti, zvládnou jeden okruh za méně než desetitisícinu sekundy. Magnetické pole také částice soustředí do tenkého svazku.

Elektromagnety vyžadují extrémně nízké teploty, takže jsou chlazeny tekutým heliem na –271,3 °C (pouhé dva stupně nad absolutní nulou). LHC je však zařízení plné extrémů. Srážka dvou protonů totiž lokálně zvýší teplotu na hodnotu stotisíckrát vyšší než ve středu Slunce.

Částice také musejí létat ve vakuu, aby se nebrzdily srážkami s částicemi prostředí. Z 27 kilometrů dlouhých trubic je odčerpán vzduch tak důkladně, že je v nich desetkrát nižší tlak než na povrchu Měsíce.

Jedna srážka bude připadat v průměru na 10 miliard částic. Nicméně částic bude tolik a budou se pohybovat tak rychle, že v LHC každou sekundu proběhne asi 600 milionů srážek.

Protony jsou získávány z vodíkových jader. Kdyby LHC pracoval milion let, spotřeboval by pouhý jeden gram vodíku. Svazek urychlených protonů bude mít přesto energii srovnatelnou se čtyřsettunovým vlakem řítícím se rychlostí 150 km/h.

Na výsledky si počkáme

Uvést do provozu tak komplexní přístroj není možné prostým otočením vypínače. Už koncem července byly elektromagnety urychlovače ochlazeny na –271,3 °C. Počátkem srpna urazily první částice asi tři kilometry po směru hodinových ručiček, 22. srpna je následovaly další částice v opačném směru.

Ve středu tedy protony poprvé proletí celým urychlovačem. Pokud vše půjde dobře, bude se po dalších testech moci začít s jejich urychlováním. Slavnostní zahájení provozu s obligátními proslovy a stříháním pásky je plánováno na 21. října, plného výkonu ale LHC dosáhne až příští rok.

Nikdo nemůže předem odhadnout, kdy (a zda vůbec) LHC učiní nějaký opravdu významný objev. Jisté však je, že si budeme muset počkat minimálně několik měsíců a v případě některých experimentů spíše několik let. Otázky, na které bude LHC hledat odpovědi, leží na samé hranici našich technologických možností. Jakýkoli objev bude tedy nejprve nutno pečlivě ověřit.