Před deseti lety vědci v CERNu napodobili podmínky panující při Velkém třesku

Velký urychlovač částic LHC, který je ukrytý v podzemí na švýcarsko-francouzské hranici, pomáhá vědcům odkrývat tajemství vesmíru. Už krátce po jeho spuštění 30. března 2010 fyzikové z Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) dosáhli prvního velkého úspěchu. Podařilo se jim srazit protonové paprsky a napodobit tak – byť jen ve velmi malém měřítku – podmínky, která panovaly ve vesmíru těsně po takzvaném Velkém třesku.

„Je to vyvrcholení desítky let trvající práce tisícovek lidí a počátek nové éry částicové fyziky,“ radoval se tehdy výzkumný ředitel hamburského centra pro výzkum částic Joachim Mnich. Spolu s dalšími vědci krátce po jedné hodině odpoledne sledoval výsledky jednoho z nejambicióznějších vědeckých experimentů všech dob.

Podařil se ovšem až napodruhé, na první pokus se svazky protonů ztratily. Elektrická závada na jednom magnetu totiž spustila bezpečnostní systém, který částice automaticky odklonil z okruhu LHC.

Urychlovač tvoří kruhový tunel umístěný v hloubce 50 až 150 metrů pod zemí. Nachází se na území mezi pohořím Jura ve Francii a Ženevským jezerem ve Švýcarsku. Za téměř tři miliardy eur (v přepočtu zhruba 74 miliard korun) ho vybudovala Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) s cílem zkoumat elementární částice, z nichž se skládá nám známý svět.

Jednou z cest k tomuto poznání je simulovat podmínky, jaké panovaly ve vesmíru bezprostředně po jeho zrodu. A právě to je úkolem obřího urychlovače. Principem svého fungování připomíná 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.

1 minuta
První srážka částic v urychlovači
Zdroj: ČT24

Po získání potřebné rychlosti se paprsky čelně srazí, přičemž vznikne sprška nových částic, mezi nimiž vědci hledají důkazy svědčící o existenci dosud pouze předpokládaných, či dokonce zcela neznámých entit.

Hra s náhodou

Kinetická energie každého svazku protonů v urychlovači má hodnotu sedmi teraelektronvoltů (TeV). Pro představu: kinetická energie letícího komára dosahuje přibližně jednoho TeV. Na první pohled tedy není energie udělená částicím v urychlovači nijak velká. Rozdíl je v tom, že proton je o 12 řádů menší než komár a tomu odpovídají i důsledky, které pro něj srážka má.

Vzhledem k zanedbatelným rozměrům protonů je pravděpodobnost jejich srážky mimořádně malá. Vědci ji přirovnávají k pravděpodobnosti, že se dvě jehly vystřelené ze vzdálenosti deset kilometrů proti sobě střetnou uprostřed letu.

Urychlení částic a jejich stlačení do co možná nejtenčího svazku má na starosti soustava zhruba 9600 supravodivých elektromagnetů několika typů. Ty ke svému fungování potřebují teplotu minus 271 stupňů celsia. S jistou nadsázkou tak lze LHC označit za největší mrazák na světě.

Pracovník urychlovače částic
Zdroj: lhc.web.cern.ch

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 LHC. Její odstranění trvalo technikům 14 měsíců.

V roce 2013 bylo zařízení odstaveno kvůli modernizaci a zvýšení výkonu, vylepšený urychlovač byl opět spuštěn o dva roky později. Vědci pak oznámili, že se v zařízení podařilo uskutečnit srážky částic o rekordní síle 13 teraelektronvoltů (TeV), což je dvojnásobek výkonu před výlukou.

Důležitost standardního modelu

Hlavním posláním LHC bylo potvrdit existenci Higgsova bosonu. Jde o součást takzvaného standardního modelu částicové fyziky, která podle řady vědců hraje klíčovou roli ve vysvětlení původu hmotnosti ostatních elementárních částic.

A hon na „božskou částici“ už přinesl výsledky. V létě 2012 vědci oznámili, že zachytili částici, která se svými charakteristikami Higgsovu bosonu podobá. A v březnu 2013 objev na základě dalších experimentů potvrdili.

Vloni v srpnu pak CERN oznámil, že se v urychlovači podařilo dokázat rozpad Higgsova bosonu na dva takzvané kvarky b neboli spodní kvarky.

Poněkud ve stínu hledání Higgsova bosonu zůstávají výsledky dalších experimentů. V prosinci 2011 oznámili vědci, že se jim právě díky tomuto zařízení podařilo zachytit do té doby nezpozorovanou částici zvanou Chi_b (3P).

Větší pozornost ale vyvolal experiment provedený v září 2011. Z něj zdálnivě vyplynulo, že elementární částice zvaná neutrino je schopna překonat rychlost světla, považovanou dle Einsteinovy teorie relativity za nepřekročitelnou. Senzace však skončila blamáží. Ukázalo se, že výsledek pokusu zásadně zkreslila chyba měření.

V červenci 2015 pak vědci oznámili objev pentakvarku, což byla dosud pouze předpokládaná subatomární částice, a loni v červenci ohlásili nález nové subatomární částice (jednalo se o typ baryonu), od níž si slibovali lepší pochopení soudržnosti hmoty.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Kráva používá nástroje. Vědci se diví, že si toho dosud nevšimli

Veronika žije v Rakousku na horách a jako každou jinou krávu ji trápí hmyz. Bodavý hmyz dobytek otravuje odnepaměti, ale až Veronika našla řešení. Ze země zvedá klacky nebo třeba i odhozené koště, to uchopí do tlamy a pohybuje jím tak, aby dosáhla na jinak nedosažitelná místa, která ji svědí. Její majitel toto chování nafilmoval a záběry se pak dostaly do rukou expertů z Veterinární univerzity ve Vídni. Ti byli v šoku.
před 3 hhodinami

Evropu čekají silnější zemědělská sucha, i kdyby víc pršelo, varuje výzkum

Klimatické změny, které v současné době probíhají, musí nutně ovlivňovat nejen teploty, ale také všechno, na co teplo působí. Tedy včetně půdy a rostlin, které v ní rostou. Vědci z Univerzity v Readingu studovali, jak klimatické změny ovlivňují vlhkost půdy během vegetačního období, tedy v období roku, kdy zemědělské plodiny potřebují vodu nejvíce.
před 4 hhodinami

Šest příspěvků za 23 sekund. Donald Trump se umí na Truth Social rozvášnit

Sociální síť Truth Social je výkladní skříní toho, o co se americký prezident dělí s veřejností. Analýza příspěvků, které tam vydal od roku 2022 do současnosti, naznačuje, jak s ní pracuje.
před 6 hhodinami

Archeologové v Itálii objevili ztracenou Vitruviovu baziliku

Archeologové v Itálii našli pozůstatky více než dva tisíce let staré veřejné budovy, jejíž návrh připisují starověkému římskému architektovi Vitruviovi, známému jako otec architektury. Pozůstatky starověké baziliky našli archeologové v centrálním italském městě Fano severovýchodně od Říma.
před 7 hhodinami

Smaragdová, šarlatová, karmínová. Nebe nad Českem zbarvila polární záře

Na mnoha místech Česka bylo v noci na úterý možné pozorovat polární záři. Podle Českého meteorologického ústavu byla záře velmi dynamická a přechodně byla viditelná i z větších měst. Fotografie vzácného přírodního úkazu sdílela také řada uživatelů sociálních sítí.
před 7 hhodinami

Američtí vědci se teď bojí mluvit, hodnotí rok od návratu Trumpa Konvalinka

Americká věda měla dle renomovaného biochemika Jana Konvalinky problémy už před loňským návratem Donalda Trumpa do Bílého domu, nyní se ale prohloubily. Poškodí to poznání celého lidstva, ale otevírá to celou řadu možností pro Evropu, míní Konvalinka s tím, že je ale na ní, jestli šanci dokáže uchopit.
před 10 hhodinami

Pompejské lázně byly špinavé a znečištěné těžkými kovy, ukázala studie

Nové objevy z lázní v Pompejích ukazují, že se jejich hygienické poměry značně lišily od toho, co se pokládá za římskou kvalitu. Nálezy ale současně naznačují, že se vědci mohou už brzy dozvědět o zaniklém městě mnohem víc.
včera v 16:21

Rychle zjistili, že jsme profesionálové, vzpomíná účastník Pouštní bouře

Válka v přímém přenosu – tak se říkalo konfliktu v Perském zálivu, který na začátku roku 1991 sledovaly díky televizním kamerám miliony lidí po celém světě. Do operace Pouštní bouře, která měla za cíl osvobodit okupovaný Kuvajt, se zapojili i českoslovenští vojáci z protichemické jednotky. Poprvé od druhé světové války se tak stali spojenci Američanů, Britů a Francouzů. Ti se na ně přesto – jako na své někdejší komunistické nepřátele – dívali nejdřív s opatrností.
včera v 11:49
Načítání...