Příští rok začne fungovat stroj na Velký třesk
Příští rok bude zřejmě počátkem převratných změn v našem fyzikálním pojetí vesmíru. Na francouzsko-švýcarské hranici nedaleko Ženevy totiž bude spuštěn nejvýkonnější částicový urychlovač na světě – LHC (Large Hadron Collider) - Velký hadronový (srážkový) urychlovač.
Změny v našem chápání základních fyzikálních zákonů jsou opravdu na spadnutí. Standardní model, fundamentální teorie popisující vlastnosti a chování částic, které tvoří veškerou hmotu okolo nás, je sice velmi úspěšný, přesto sami fyzici přiznávají, že zdaleka není úplný. A proto vkládají do LHC velké naděje a s napětím očekávají jeho uvedení do provozu.
Nejvýkonnější urychlovač světa staví 2000 fyziků
Velký hadronový urychlovač, který v evropském CERNu (Evropská organizace pro jaderný výzkum) staví přes 2000 fyziků a inženýrů ze 34 zemí, univerzit a laboratoří, překonává snad všechny možné superlativy. Nejenom proto, že jde o vůbec nejvýkonnější urychlovač světa (dosud patřilo prvenství RHIC – Relativistickému srážkovému urychlovači těžkých iontů v americkém Long Islandu, provozovanému Brookhavenskou národní laboratoří), nýbrž i v ostatních aspektech vysoce převyšuje podobná zařízení.
Bez nadsázky lze tvrdit, že jde o nejambicióznější vědecký projekt současnosti. Je největším světovým supravodivým zařízením, v jeho nitru je udržováno nejdokonalejší vakuum, jakého kdy bylo na Zemi dosaženo, bude produkovat miliony srážek protonů za vteřinu, navíc jeho magnety chlazené supratekutým heliem budou pracovat při teplotě -271 °C. V tomto ohledu se tedy jedná o unikátní stroj na hranici našich současných fyzikálních a technických možností. Jeho výstavba zabere sedm let, bude stát miliardy Euro. Měla by být dokončena v příštím roce, plánovaná doba provozu urychlovače se odhaduje na přinejmenším 10 let.
100 metrů pod povrchem ...
Celé zařízení je uloženo ve 27 kilometrů dlouhém tunelu v hloubce asi 100 metrů pod povrchem země. Nad zemí budou pouze pomocné přístroje nezbytné pro jeho provoz. Samotný urychlovač tvoří dvě potrubí, v nichž budou urychleny dva svazky protonů na rychlosti blízké rychlosti světla, každý o energii 7 TeV (Teraelektronvolt), takže výsledná energie při srážce obou svazků bude činit až 14 TeV.
Kromě protonů se budou zkoumat i srážky jader olova. Celková energie kolidujích paprsků se přitom bude rovnat kinetické energii dvou letadlových lodí plujících proti sobě rychlostí 30 námořních mil za hodinu, ovšem koncentrované do prostoru, který by se pohodlně vešel do nuly na padesátihaléřové minci.
Při těchto extrémních energiích může docházet k velmi zajímavým jevům – třeba vzniku miniaturních černých děr, které se ale záhy vlivem Hawkingova záření vypaří, či vynoření částic, které by nám mohly poskytnout důkazy o dodatečných prostorových dimenzích. Nebo se nám díky objevům na LHC konečně podaří rozluštit podstatu temné hmoty a energie, které tvoří 95% nám známého vesmíru. Jak říká Brian Cox z univerzity v Manchestru, který se na projektu aktivně podílí (konkrétně na experimentu ATLAS), „je LHC v jistém smyslu strojem času, který nám dovoluje přenést obří detektory do prvních okamžiků po Velkém třesku a pozorovat vesmír při jeho vývoji.“
Doktor Cox se ze svého obdivu k urychlovači vyznal začátkem září během každoročního setkání Britské společnosti pro pokrok ve vědě v anglickém Norwichi.
„Možná, že objevíme ještě něco mnohem impozantnějšího, než jsou černé díry. Možná celý nový vesmír, vzdálený jen milimetr od našich hlav, jehož dimenze jsou ale kolmé na ty tři naše. Je to skutečná výprava do neznáma.“ Brian Cox věří, že první výsledky budou již v roce 2008.
Odborníci jsou přesvědčeni, že Velký hadronový urychlovač způsobí v našem fyzikálním poznání světa skutečnou revoluci. Ruku v ruce s tím se však objevují i obavy z jeho bezpečnosti. Rizika, že by při tak vysokých koncentracích energie mohlo dojít ke zničení Země či celého vesmíru (vznik stabilní černé díry, změna kvantového stavu vakua), jsou sice směšně malá, ale co kdyby... Zvláště bulvární média se na tom ráda přiživují. Strach z neznáma přece jenom hraje svou nezadbatelnou roli i v životě moderní společnosti. Takové starosti ale Brian Cox vůbec nepřipouští: „pravděpodobnost je asi 10-40.“
Detektory a experimenty plánované pro LHC
Dosud bylo schváleno šest experimentů, jejichž jména jsou v podstatě shodná se jmény detektorů, na kterých poběží: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, TOTEM A LHCf. ATLAS a CMS jsou obrovské, víceúčelové detektory, které budou vyšetřovat velká množství částic produkovaných při srážkách. Dva střední detektory ALICE a LHCb budou studovat samotné kolize částic, s cílem vytěžit co největší množství informací. Nedávno byly schváleny ještě dva menší experimenty (TOTEM, LHCf), o dalších (MOEDAL) se zatím stále jedná.
ALICE je detektor specializující se na analýzu srážek iontů olova. Bude studovat vlastnosti quark-gluonového plazmatu, stavu hmoty, kdy při velmi vysokých hustotách energie je v prostoru mezi kvarky takové množství gluonů, že se jejich vzájemné silové působení odstíní a výsledkem je směsi volných kvarků a gluonů. Podobné podmínky s největší pravděpodobností panovaly asi miliardtinu vteřiny po Velkém třesku.
ATLAS je víceúčelový detektor, na kterém bude probíhat široká škála experimentů od hledání Higgsova bosonu po supersymetrii až po pátrání po dodatečných prostorových dimenzích. Není to žádný drobeček, zabírá prostor, do kterého by se pohodlně vešla celá chrámová loď pařížského chrámu Notre Dome. Jeho rozměry jsou opravdu úctyhodné, je 46 metrů dlouhý a 25 metrů vysoký.
CMS – další detektor určený k mnohostrannému použití. Cíle experimentu jsou podobné jako u ATLASu, liší se však v technickém řešení a provedení. Je postaven okolo největšího supravodivého solenoidu na světě.
LHCb se zaměří na zkoumání asymetrie mezi hmotou a antihmotou. Očekává se, že úplné objasnění rozdílů mezi hmotou a antihmotou a jejich příčin přinese odpověď na základní otázku: Proč se vesmír, který pozorujeme všude kolem nás, skládá z hmoty a ne z antihmoty?
TOTEM proměří efektivní velikosti protonů.Tento experiment navazuje na dlouholeté úsilí vědců z CERNu (měření účinných průřezů částic, zejména protonů).
LHCf je odlišný typ detektoru, který protony z urychlovače používá k simulaci kosmického záření.