Velký hadronový urychlovač LHC, který v podzemí na švýcarsko-francouzské hranici vybudovala Evropská laboratoř jaderného výzkumu (CERN), pomáhá vědcům odkrývat tajemství vesmíru. Největší a nejvýkonnější urychlovač částic na světě zahájil provoz 10. září 2008 a už o rok a půl později se díky němu podařilo dosáhnout prvního velkého úspěchu, když se po srážce protonových paprsků podařilo v malém měřítku napodobit podmínky, jaké panovaly ve vesmíru těsně po velkém třesku.
Před patnácti lety spustili LHC. Trvalo jen čtyři roky, než našel božskou částici
Důležitým cílem při budování LHC bylo potvrdit existenci Higgsova bosonu, „božské částice“, která podle řady vědců hraje klíčovou roli ve vysvětlení původu hmotnosti ostatních elementárních částic. A zařízení už přineslo výsledky. V létě 2012 vědci oznámili, že zachytili částici, která se podobá svými charakteristikami bosonu, který byl čtyřicet let předtím popsán jen teoreticky. A v březnu 2013 CERN objev na základě dalších experimentů potvrdil.
Urychlovač tvoří kruhový tunel umístěný v hloubce až 175 metrů pod zemí. Nachází se na území mezi pohořím Jura ve Francii a Ženevským jezerem ve Švýcarsku. Principem fungování připomíná zařízení za téměř tři miliardy eur (asi 74 miliard korun) obří centrifugu, která dokáže pomocí silného magnetického pole udělit vysokou rychlost tenkému svazku iontů olova či protonů. Přesněji řečeno jde obvykle o dva svazky, z nichž každý obíhá opačným směrem.
Výstavba LHC
Hlavní součástí urychlovače je 27 kilometrů dlouhý kruhový tunel, kterým probíhá potrubí. Tok částic v něm řídí a urychluje soustava přibližně 9600 magnetů. Aby vytvořily dostatečně silné magnetické pole, musí být ochlazovány na teplotu -271,3 stupně Celsia (což je velmi blízko absolutní nule -273,15 stupně Celsia). Zařízení umožňuje proti sobě v téměř naprostém vakuu rychlostí rovnající se 99,9999991 procenta rychlosti světla vyslat dva paprsky subatomárních částic (protonů či iontů), při jejichž střetu vznikne sprška nových částic.
Právě ty jsou poté předmětem zkoumání. Vzhledem k zanedbatelným rozměrům protonů je ovšem pravděpodobnost jejich srážky mimořádně malá. Vědci ji přirovnávají k pravděpodobnosti, že se dvě jehly vystřelené ze vzdálenosti deseti kilometrů proti sobě střetnou uprostřed letu. Vzhledem k velkému počtu částic ale nejsou srážky zase tak vzácné, kromě potvrzení existence Higgsova bosonu se podařilo zachytit několik nových částic, v červenci 2015 pak vědci oznámili objev pentakvarku, do té doby pouze předpokládané subatomární částice.
Tak složité technické zařízení, jakým urychlovač je, se čas od času nevyhne problémům. Už krátce po zahájení zkušebního provozu v září 2008 způsobila chyba na jednom z elektromagnetů vážnou poruchu urychlovače. Její odstranění trvalo technikům 14 měsíců. V roce 2013 byl velký urychlovač odstaven kvůli modernizaci a zvýšení výkonu, opět spuštěn byl o dva roky později. Zatím poslední modernizace se uskutečnila mezi roky 2019 a 2022.
V tunelech LHC
Urychlovač je znovu v provozu od dubna 2022, a vědci tak znovu mohou simulovat dobu krátce po vzniku vesmíru před zhruba 14 miliardami lety. Během modernizace byl výkon urychlovače a připojených detektorů výrazně navýšen. Nyní má být v provozu čtyři roky, každý z nich by mělo být možné uskutečnit zhruba biliardu (což je milion miliard) srážek. Ale jen jedna ze zhruba 100 tisíc odhalí procesy, které se vyplatí blíže analyzovat. Údaje o tom, co se při nich děje, jsou uloženy během milisekund, ale jejich vyhodnocování trvá často roky.
Na provozu LHC se podílí také Česká republika, a to nejen účastí vědců, kteří v Evropské laboratoři jaderného výzkumu působí, ale také finančním příspěvkem pro CERN. Pro letošní rok dosáhne rekordní výše 450 milionů korun, v předchozích letech to bylo kolem 300 milionů (celkem CERN ročně dostává od členských států v přepočtu přes 30 miliard korun). Čeští vědci se v CERN účastní mimo jiné projektu ATLAS, který se na LHC soustředí na studium srážek těžkých jader.