Stroj na simulaci Velkého třesku

Skandální dohady, které se kolem něj vynořují, by mu mohla závidět nejedna celebrita: LHC bývá obviňován z přípravy konce světa i celého vesmíru a nechybí ani podezření, že za jeho poruchami jsou návštěvníci z daleké budoucnosti... Přesto se projekt nadějně rozbíhá.

Vědci očekávají, že na základě údajů z něj budou moci nejen prostudovat dění, které následovalo krátce po velkém třesku, ale také že stroj umožní pochopení podstaty hmoty.

"Poprvé se nám podařilo udržet stabilní protonové svazky po dobu několika hodin a docílit jejich srážek," ohlásila 11. prosince zpráva mezinárodní organizace CERN, která urychlovač postavila a provozuje.

Ve stopách alchymistů

Myšlenka rozbíjet atom v urychlovačích vznikla již na počátku 20. století. Vědělo se, že částice které jej tvoří, existují i samostatně v radioaktivním nebo v rentgenovém záření. Odtud nebylo daleko k myšlence je pomocí magnetického pole urychlit a využít jako střelivo k rozbíjení atomů nebo částic, z nichž se atomy skládají. Tak by šlo nejen měnit jeden prvek v jiný, jak o tom snili dávní alchymisté, ale především zkoumat podstatu hmoty a sil, které ji drží pohromadě.

Urychlovač má obvykle tvar prstence tvořeného elektromagnety, které částice letící vakuem urychlují a současně udržují v žádaném směru. Když částice dosáhnou potřebné energie, postaví se jim do cesty cíl s vhodným složením nebo se jim naproti vyšlou jiné částice. Citlivé detektory pak zaznamenají, co ze srážky vzešlo.

První urychlovač částic sestrojil roku 1930 americký fyzik Ernest Lawrence. Proniknout do hlubších úrovní uspořádání hmoty však vyžadovalo stále více energie a stále větší urychlovače. Zatímco Lawrencův přístroj měl průměr 25 centimetrů, dnešní nejvýkonnější zařízení představují kruhy s průměrem několika kilometrů. A LHC je největší z nich.

Tunel plný mrazu

Evropská organizace pro jaderný výzkum CERN již dříve vlastnila gigantický urychlovač LEP (Larg Electron-pozitron Collider), který byl dlouho nejvýkonnějším vědeckým nástrojem částicové fyziky na světě. Zvolna však dosluhoval a od roku 2000 je mimo provoz. Už roku 1994 proto bylo rozhodnuto, že jej nahradí ještě mohutnější urychlovač - LHC. Kvůli úsporám se při jeho stavbě využily podzemní prostory, které byly vybudovány pro LEP.

LHC tak sídlí v impozantním důlním díle, jež v mnohém překonává podzemní síť metra leckterého velkoměsta. Jde o tunel nacházející se nedaleko Ženevy v hloubce až 175 metrů, jehož kruhová trasa o obvodu 27 kilometrů na dvou místech podchází švýcarsko-francouzskou hranici a z povrchu k ní vede několik svislých přístupových šachet. V tunelu samotném pak je přibližně 1600 supravodivých elektromagnetů ochlazovaných kapalným héliem na teplotu necelé dva stupně nad bodem absolutního mrazu (tj. přibližně -271 stupňů Celsia). Magnety vytvářejí dvě souběžné dráhy, v nichž se urychlují svazky protonů na rychlost blízkou rychlosti světla. Za vteřinu tak každý proton proletí dráhu tunelu jedenáctisíckrát. V každém svazku ale protony letí opačným směrem.

Na několika místech je dráha uspořádaná tak, aby se protiběžné svazky protonů mohly ve vhodné chvíli srazit. Na krátký okamžik tak vznikne teplota stotisíckrát převyšující teplotu v nitru Slunce a další podmínky blízké těm, jaké panovaly na počátku vesmíru během Velkého třesku.

Členskou zemí CERN je i Česká republika. Na obřím urychlovači u Ženevy se proto podíleli i zdejší vědci a firmy.

Co bylo na počátku věků

Podle současných teorií vznikl vesmír při velkém třesku před přibližně 18 miliardami let. V první fázi po jeho vzniku, která trvala pouhou desetitisícinu sekundy, v něm převládaly částice typu hadronů. To jsou elementární částice podílející se na tzv. silných interakcích - silách, díky kterým drží náš svět pohromadě. Hadrony se dělí na baryony (k nimž patří neutron a proton) a na mezony.

Po první desetitisícině sekundy převládly leptony, což jsou tzv. lehké elementární částice, mezi něž patří například elektron a neutrino. Ani jejich vláda netrvala nijak závratně dlouho - skončila už deset sekund po vzniku vesmíru. Pak nastala tzv. éra záření, během níž převažovaly fotony a neutrina a vznikly první atomy (hélium). Toto období již trvalo několik stovek tisíc let. Následovala éra látky, kdy vznikly mj. galaxie, hvězdy a planety. Tato éra trvá dodnes.

Otázkou ovšem je, z čeho se skládají všechny dosud známé částice. Většina fyziků věří, že těmito stavebními kameny jsou kvarky, které se však zatím nepodařilo bezpečně prokázat. Někteří fyzikové se snaží jít ještě hlouběji a přemýšlejí, z čeho by mohly být tvořeny kvarky a jaká je podstata jejich vzájemného působení. Ověřovat tyto myšlenky jim pomáhají právě výkonné urychlovače, v nichž silné elektromagnetické pole vrhá jaderné částice proti jiným a rozbíjí je na menší části. Napodobují se tak vlastně podmínky jaké vládly ve vesmíru na počátku jeho existence.

Konec světa se nekoná

LHC je vybaven několika sadami detektorů, které sledují, jaké částice při srážkách protonů vznikají a jak se chovají. Vědci očekávají, že na základě těchto údajů budou moci nejen prostudovat dění, které následovalo krátce po Velkém třesku, ale také umožnit pochopení podstaty hmoty, ověřit existenci některých subatomových částic, které předpokládají současné teorie, vysvětlit, proč se vesmír skládá především z hmoty a jen mizivého množství antihmoty, nebo zjistit, jak je to s temnou energií a temnou hmotou vesmíru. Jejich existenci naznačují nesrovnalosti mezi údaji o vesmíru vypočítanými dle současných teorií a mezi skutečně naměřenými hodnotami. O jejich podstatě se však vědci jen dohadují.

LHC byl poprvé uveden do zkušebního provozu loni v září, brzy ale přišly potíže. Ty technické se daly u projektu v ceně 8 miliard dolarů očekávat: vadný spoj mezi supravodivými magnety vedl k technickým problémům, které nakonec způsobily odklad spuštění o více než rok.

Mezitím ale přišly méně obvyklé potíže: skupina laiků podala žalobu tvrdící, že při provozu LHC vzniknou černé díry, které pohltí Zemi i celý vesmír. Vědci to ovšem odmítají, jakkoliv je výkon obřího urychlovače úctyhodný, příroda vyvolává díky kosmickému záření srážky, při nichž působí mnohem větší energie. A přesto jsme tady.

První urychlovač částic sestrojil roku 1930 americký fyzik Ernest Lawrence.

Kronika LHC

80. léta - vznik ideje LHC
1984 - oficiální začátek studií
k projektu LHC
1994 - schválení projektu
v CERN a rozhodnutí o stavbě
2007 - začátek ochlazování supravodivých magnetů
10. 9. 2008 - první spuštění
19. 9. 2008 - havárie
21. 11. 2009 - nové spuštění

1A, B PRSTENEC

Urychlovač má obvykle tvar prstence tvořeného elektromagnety, které částice letící vakuem urychlují a udržují v žáda-ném směru.

2. TUNEL

Urychlovač LHC sídlí v impozantním důlním díle, jenž v mnohém překonává podzemní síť metra leckterého velkoměsta.

3. U ŽENEVY

Obří stroj se nachází v tomto místě nedaleko Ženevy, pod pohořím Jura v hloubce až 175 metrů.

4. SPUŠTĚNÍ

Vědci ve velíně, při spuštění urychlovače po jeho havárii.

FOTO: CERN, ČTK

• Diskuse
• Celkem 8 příspěvků