Súčasťou CERNU sú aj slovenskí vedci, fyzici a technici, či už interní zamestnanci, alebo tí, čo prichádzajú zo svojich domovských inštitúcií, aby pracovali na unikátnom vedeckom projekte. Jedným z nich je aj Ivan Melo, učiteľ fyziky na Žilinskej univerzite, ktorý nás sprevádzal CERNom. Na starosti má komunikáciu s návštevníkmi, no do Ženevy prichádza hlavne kvôli výskumu. Počas návštevy od 19. do 20. októbra nás sprevádzal pri významných experimentoch nachádzajúcich sa na 27 km dlhom Veľkom hadrónovom urýchľovači častíc, kde sme stretli ďalších slovenských vedcov pracujúcich v najznámejšom laboratóriu sveta.
LHC urýchľovač častíc.
Newton nie celkom dokončil svoju prácu...
Hoci Isaac Newton formuloval prvú teóriu sily a gravitácie a je považovaný za jedného z najväčších fyzikov v dejinách, podľa dnešných vedcov nedotiahol svoju prácu úplne do konca. V CERNe si kladú otázku, čo je hmota? Kde zmizla antihmota? A prečo, keď zmizla, nezmizla aj hmota? Odpoveďou, zdá sa, je, že v určitom okamihu musel existovať nepatrný prebytok hmoty. Vedci pritom predpokladajú, že ideálny pomer 40 miliónov častíc hmoty k 40 miliónom častíc antihmoty prevýšila len jedna častica hmoty, z čoho vznikol svet okolo nás. CERN v podstate vyrába vo svojom laboratóriu tento mladý vesmír v podobe, ako vyzeral niekoľko mikrosekúnd po Veľkom tresku, a skúma, ako sa v ňom jednotlivé častice správajú.
Otázok je nespočetne veľa, veď stále poznáme len 4 % vesmíru. Zvyšných 96 % vedci rozdeľujú na tmavú hmotu a tmavú energiu. Čo je tmavá energia, to nevedia, a v súčasnosti ju ani v CERNe nedokážu nájsť. Vedci sa však nevzdávajú myšlienky na objavenie častice tvoriacej tmavú hmotu, čo by mohla byť najľahšia supersymetrická častica vo vesmíre. Pre niektorých je to výzva nasledujúcich rokov, kedy sa po takmer dvojročnej pauze opäť spustí Veľký hadrónový urýchľovač (LHC - Large Hadron Collider). Rovnako ako bolo výzvou potvrdiť existenciu Higgsovho bozónu, keď urýchľovač pred piatimi rokmi spustili do obehu prvýkrát. Higgsov bozón, ľudovo nazývaný „božská“ častica, bol poslednou neobjavenou zložkou takzvaného štandardného modelu časticovej fyziky. Vedci sú totiž presvedčení, že v prvej bilióntine sekundy po Veľkom tresku bol vesmír obrovskou zmesou častíc bez hmotnosti, ktoré lietali rýchlosťou svetla. Až interakciou s Higgsovým poľom získali hmotnosť a nakoniec utvorili vesmír, ako ho poznáme.
Existenciu Higgsovho bozónu potvrdili experimenty v LHC urýchľovači v júli 2012.
100-miliónový účet za elektrinu
CERN sídli v Ženeve a jeho kolosálny projekt LHC je 27-kilometrová kružnica pod povrchom zeme. Väčšia časť LHC sa nachádza pod Francúzskom, zvyšok je na švajčiarskej strane. Urýchľuje dva zväzky častíc, buď protónov alebo iónov olova, pričom vygeneruje až 600 miliónov zrážok za sekundu. Na okruhu LHC sa nachádzajú 4 veľké experimentálne jaskyne, kde sa častice zrážajú a vedci následne zrážky analyzujú. Pre zaujímavosť, tieto jemné zväzky majú energiu porovnateľnú so skutočným vlakom. „Konečná energia je 360 megajoulov, ako u rýchlostného vlaku alebo pristávajúceho Boeingu 737. Akurát v tomto prípade má zväzok častíc prierez ako ľudský vlas a pohybuje sa rýchlosťou svetla,“ vysvetľuje Viliam Senaj, zamestnanec CERNu, ktorý pracuje na samotnom urýchľovači.
Ďalším extrémom je, že miesta, kde dochádza k zrážkam, sú priestorovo veľmi malé (asi ako plocha Španielska na eurominci), ale dosahujú vyššiu teplotu ako stred Slnka.
Keďže LHC vytvára kružnicu, je potrebné zakrivenie dráhy častíc a to je možné realizovať iba pomocou magnetického poľa, ktoré na ne pôsobí po celej dĺžke urýchľovača. Po tom, čo projekt LHC v roku 1984 schválili, bolo technicky náročné docieliť dostatočne silné magnetické pole pre chod urýchľovača. Nikto tiež nedokázal vyrobiť 27-kilometrový magnet. Tisícky vedcov na tom pracovali ešte ďalších 15 rokov a riešenie prišlo v podobe menších magnetov, ktoré na seba napájali. Súčasťou LHC je dnes celkom 1 232 15-metrových magnetov, každý s hmotnosťou 30 t, na ktorých je navinutých niekoľko sto kilometrov supravodivého drôtu. Jediné tri fabriky na svete, ktoré tento druh drôtu vyrábajú, ho počas stavby urýchľovača zhruba 1,5 roka dodávali len pre CERN.
Jadro magnetu je vychladené na teplotu -271 °C, t. j. iba 1,8 °C nad absolútnou nulou. To ho robí jedným z najchladnejších miest vo vesmíre. Chladiť na takto nízke teploty je technicky náročné a vedci potrebujú zhruba 700 Wattov elektrického príkonu na to, aby preniesli 1 Watt tepla zo studenej časti. Nemusí sa to zdať veľa, ale keď sa to vynásobí, v konečnom dôsledku platia v CERNe ročne účet za elektrinu 100 miliónov eur.
V urýchľovači je použitá vysoko kvalitná tepelná izolácia z hliníkových fólií a vákua. Toto vákuum je porovnateľné s vákuom na Mesiaci. I ďalšie veci sú dotiahnuté do absurdných rozmerov. „Všetci sme sa v škole učili o tepelnej rozťažnosti. Napríklad koľajnice, keď sa ohrievajú, rozťahujú sa, a keď sa chladia, tak sa scvrkávajú. Toto nie je nič iné, ale keď 15-metrový magnet ochladíme z izbovej teploty na takmer absolútnu nulu, scvrkne sa o 10 - 15 cm. Keď si to vynásobíme rozmermi celého urýchľovača, nakoniec nám chýba 300 m na konci iba preto, že sa scvrkne. Preto máme diel, ktorý kompenzuje túto tepelnú rozťažnosť a mechanické pnutia,“ vysvetľuje Daniel Valuch, takisto interný zamestnanec CERNu, ktorý sa stará o urýchľovacie štruktúry LHC.
Od marca minulého roku je urýchľovač pozastavený, no práce je tu viac než zvyčajne. Robí sa kompletná údržba a servis, menia sa kritické spoje medzi magnetmi. Vedci zároveň pripravujú LHC na vyšší výkon. Od roku 2010 je urýchľovačom s najvyššou dosiahnutou energiou častíc na svete – no kým doteraz to bolo 4 TeV, po jeho úprave a spustení v prvej polovici roku 2015 to bude až 7 TeV.
ATLAS – zariadenie komplikovanejšie ako raketa
Na okruhu LHC sa nachádzajú štyri veľké experimenty – ATLAS, ALICE, CMS a LHCb. Z toho jediný ATLAS sa nachádza na švajčiarskej strane, ostatné tri sú už na území Francúzska.
Navštívili sme ATLAS, vôbec najväčší vedecký experiment v doterajšej histórii. Zariadenie komplikovanejšie ako raketa sa nachádza v 30-metrovej jaskyni 100 m pod zemou. Táto obrovská „kamera“ dokáže registrovať 600 miliónov zrážok protónov za 1 sekundu. Detektor analyzuje zrážky protónov a overuje fyzikálne teórie týkajúce sa zloženia vesmíru a jeho raného vývoja.
V súčasnosti verejnosť asi najviac hovorí o Higgsovom bozóne, ktorý bol objavený predminulý rok práve na ATLASe. „Je to súčasť potvrdenia teórie štandardného modelu, ktorú samotný fyzik Peter Higgs predpovedal ešte v 60. rokoch. Táto teória bola veľmi dlho nekompletná,“ tvrdí Pavol Striženec z Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach, ktorý pracuje v CERNe na ATLASe. Objav „Higgsa“, ktorý bol jediným chýbajúcim článkom zapadajúcim do štandardného modelu časticovej fyziky, je však podľa vedca len začiatok. Po spustení LHC budú v CERNe ďalej skúmať jeho vlastnosti a keď urýchľovač takmer zdvojnásobí svoju energiu, budú môcť vyrobiť ďalšie nové častice, na ktoré nemali doteraz dosah žiadne urýchľovače na svete. Môžu sa tiež objaviť odchýlky od štandardného modelu nielen vo vlastnostiach Higgsovho bozónu, ale aj iných častíc. Vesmír je predsa len z obrovskej časti ešte neprebádaný a plný otáznikov.
„Higgs“ od začiatku kandidát na Nobelovu cenu
To, čo robia v CERNe, nie je žiadna továrenská výroba. Nedá sa prísť do obchodu a kúpiť si jeden urýchľovač častíc, dokonca ani antihmota, ktorú v CERNe vyrábajú a skúmajú, sa nedá v malej nádobe ukradnúť vo vrecku, ako to prezentoval Hollywood. Je to unikátne pracovisko, kde sa robí výskum na hraniciach dnešných technológií a ľudia pracujúci v CERNe prispievajú k významným objavom v dejinách ľudstva.
Práve invencia tisícov vedcov prispela k tomu, že za päť rokov spusteného LHC nazbierali 20-krát viac dát ako sa predpokladalo a Higgsov bozón sa podarilo objaviť už teraz.
Fyzici sú vraj trochu iní v tom, že chcú veciam rozumieť. „To chcú síce všetci, len my sme v tom možno dôslednejší. Alebo iní ľudia to skôr vzdajú,“ domnieva sa generálny riaditeľ CERNu Rolf Heuer, s ktorým sme sa stretli v posledný deň nášho pobytu v Ženeve.
Rozumie verejnosť tomu, čo v CERNe robia? „CERN nie je len vedecké laboratórium, ale zohráva veľkú úlohu v spoločnosti. Je to ťažké, ale snažíme sa, aby verejnosť vnímala, že tu robíme čosi fundamentálne. Nie je to len fyzika, ale veľký sociologický experiment. A platí to aj pre politikov, pretože oni nás financujú. Nemôžeme im povedať, že o dva roky objavíme časticu tmavej hmoty, ale v istom zmysle sa ciele dajú definovať. A keď vidia, že sme ich dosiahli, je medzi nami vzájomná dôvera,“ dodáva.
Pojem Higgsov bozón sa od začiatku skloňoval v súvislosti s Nobelovou cenou. CERN mohol byť historicky prvou organizáciou, ktorá by Nobelovu cenu získala, tú však v októbri 2013 dostali jednotlivci - Peter Higgs a François Englert, ktorí v roku 1964 predpovedali existenciu tejto častice. „Rozumiem tomu, že je ťažké pre komisiu meniť pravidlá. Pre mňa je dôležité to, že v oznámení nobelovskej komisie je polovica dôležitosti venovaná experimentálnemu objavu Higgsovho bozónu. To znamená kredit pre našu organizáciu. Zároveň sa potláčaním svojho vlastného ega učíme akejsi pokore. Musíme veci prijímať také, aké sú, a to nás posilňuje,“ uzatvára generálny riaditeľ CERNu.
CERN
> vznikol 29. septembra 1954
> združuje cca 3,5-tisíc interných zamestnancov a 11-tisíc externých
> má 20 členských štátov a 8 pozorovateľov
> Česko-Slovensko sa stalo členským štátom v roku 1992, od roku 1993 sú Slovensko i Česko členmi ako nezávislé štáty
> v CERNe pracuje 15 Slovákov ako stálych zamestnancov a vyše sto ďalších slovenských fyzikov, technikov, profesorov či študentov
Veronika Cvinčeková
Snímka autorka, www.cern.ch
