Skip to content

Kde se odhalují vesmírná tajemství? Hluboko pod Alpami!

Alpská krajina je bezesporu jednou z nejkrásnějších oblastí, kterými se Evropa může pochlubit. Proto až nepatřičně zní, že pod panenskou přírodou na francouzsko-švýcarských hranicích se ukrývá výkřik moderní techniky, zařízení, které pomáhá odhalovat dosud neobjasněné záhady fyziky. Známý Velký hadronový urychlovač.

Urychlovač zvaný LHC (Large Hadron Collider) je v současnosti největším urychlovačem částic na světě, i když Číňané slibují, že do roku 2025 postaví zařízení ještě mohutnější. LHC vybudovala jej Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) pod pohořím Jura na francouzsko-švýcarských hranicích poblíž Ženevského jezera.

Tunel není umístěn vodorovně, ale má mírný sklon, protože tehdejší technologie nebyly schopny zajistit hloubení tunelů skrz některé horniny.

Rekordní teplota, antihmota, Higgsův boson a další dosud nepoznané částice, s tím vším by si vědci nemohli potřást rukou, kdyby nebylo Velkého hadronového urychlovače. Urychlovač umožňuje vyslat proti sobě dva paprsky částic (protonů či iontů), při jejichž vzájemném střetu poté vznikne sprška nových částic, které poté experti důkladně zkoumají.

Urychlovač byl uveden do provozu v roce 2008. V roce 2013 byl na dva roky odstaven a dočkal se modernizace a s ní souvisejícího dvojnásobného zvýšení výkonu. „Výjimečné na LHC není jen energie srážek, ale také počet kolizí za sekundu, který je rovněž vyšší, než umožňoval jakýkoli jiný urychlovač v historii,“ přibližuje David Newbold z univerzity v Bristolu, který se podílí na zdejších experimentech.

LHC je instalován v kruhovém tunelu o obvodu 27 kilometrů v hloubce 50–150 m pod zemí.

Srážky částic v urychlovači mohou podle vědců vytvořit podmínky existující jen několik zlomků vteřiny po vzniku vesmíru. Hlavní součástí LHC je kruhový tunel, který je umístěn 50 až 150 metrů pod zemí. Ten LHC zdědil po svém předchůdci, urychlovači LEP (Large Electron-Positron Collider).

V tunelu, jenž byl připraven již v roce 1980, probíhá speciální potrubí o délce 26 659 metrů, kde mají částice naprostý klid ke své práci v podobě vzájemných kolizí. Ani vzduch je tu neruší, vládne zde téměř absolutní vakuum.

Když automobil narazí do zdi, důsledky mohou být fatální, ale když se dva vozy čelně srazí při jízdě, je katastrofa zajištěna. Energie dvou protijedoucích vozů se totiž sčítá. A u částic je to stejné, pokud se srazí při tempu blížícímu se rychlosti světla, vzniklá kinetická energie je obrovská. V urychlovači LHC vzniká při srážkách 100krát vyšší energie, než kdyby částice šly pouze „hlavou proti zdi“.

Proud částic v potrubí řídí a urychluje soustava přibližně 9600 magnetů různých druhů a vlastností. Elektromagnety musejí vytvořit velmi silné pole, proto je tekuté hélium ochlazuje jen necelé dva stupně nad absolutní nulu. Při této teplotě dosáhne slitina nobia a titanu, z níž jsou magnety vyrobeny, takzvané supravodivosti, tedy stavu, při kterém kladou protékajícímu elektrickému proudu téměř nulový odpor.
Částice v urychlovači je samozřejmě nutné sledovat. K tomu slouží čtyři hlavní a dva vedlejší detektory. Mezi nejdůležitější zaznamenávané charakteristiky sekundárních částic patří dráha letu, jejich rychlost, hmotnost, elektrický náboj a energie.

Členství v CERNu otevírá českým vědcům dosud netušené možnosti.

Částice nevstupují do velkého okruhu ihned, nejdříve je čeká trénink v menších přidružených urychlovačích. Tam se rozehřejí na správnou provozní teplotu. Poté se rozdělí do dvou proudů a vstoupí do světel ramp uvnitř hlavního urychlovače.

V tu chvíli jsou částice už v takové ráži, že dosáhnou rychlosti rovnající se 99,9999991 % rychlosti světla. A tak za pouhou jedinou vteřinu oběhnou celý okruh jedenáctkrát. Pokud nějaký experiment trvá deset hodin, částice urazí stejnou vzdálenost, jako by se vydaly ze Země na cestu k Neptunu.

Částice jsou nejen rychlé, ale také velmi malé. Pravděpodobnost srážky je nepatrná, zajistit kolizi je stejně obtížné, jako proti sobě vystřelit dvě jehly ze vzdálenosti 10 kilometrů tak, aby se srazily čelně. Přesto, jak již bylo zmíněno, o kolize zde nakonec není nouze.

Statisticky připadá na každých 200 000 000 000 částic pouze 20 střetnutí, oba proudy se však střetnou mnohokrát, takže každou vteřinu dojde k asi 600 000 000 srážkám.

V LHC lze vytvořit mnohem vyšší teplotu, než jaká vládne na Slunci.

Mezi největší úspěchy urychlovače LHC bezesporu patří potvrzení existence Higgsova bosonu. Životnost této éterické částice je téměř neměřitelná, badatelé mohou pozorovat jen stopy po ní. Jde o čas o délce ve zlomcích sekundy (10-23 sekundy). Za takovou dobu by částice, letící rychlostí světla, stihla překonat vzdálenost sotva o délce průměru jádra atomu. Přesto by se bez Higgsova bosonu současné modely fyziky rozpadaly, či by badatelé docházeli k nesmyslným závěrům.

Objev Higgsova bosonu znamenal pro vědu vyřešení jedné z jejích zásadních otázek, jímž bylo doplnění skládačky tzv. standardního modelu. Ukazuje se však, že tato částice by mohla posloužit i jako odrazový můstek k vyřešení dalších dosud nevyřešených problémů. Mezi ně patří i záhady související s temnou energií.

V urychlovači byla také navozena nejvyšší teplota. Srážkami jader atomu olova zde fyzikové vytvořili miniaturní ohnivé koule o teplotě 10 000 000 000 stupňů Celsia. To je milionkrát větší výheň, než jaká panuje uprostřed Slunce.

„Při těchto teplotách se taví dokonce i protony a neutrony,“ jásal spoluautor výzkumu David Evans z Birminghamské univerzity ve Velké Británii. I tento pokus souvisel s navozením podmínek, jaké vládly krátce po vzniku vesmíru. V LHC badatelé rovněž pozorovali antihmotu, když zde zachytili 38 antiatomů antivodíku. LHC je nyní v nejlepších letech a nejlepší kondici, takže i v budoucnu můžeme očekávat řadu překvapivých objevů pocházejících z jeho lůna.

 

Foto: Symmetry Magazine, Técnico Lisboa - Universidade de Lisboa, NASA, CERN
Právě v prodeji
Sdílej!
Komentáře
Další články z rubriky Věda a technika
Zobrazit více …