CERN: místo, kde se píší učebnice fyziky

Evropské výzkumné středisko CERN opět po roce spustilo obří urychlovač částic. Cíle, které výzkum sleduje, jsou pro laika jen velmi těžko představitelné. Urychlovač má například lépe objasnit vznik vesmíru během velkého třesku.

Foto: CERN

Nalezení odpovědí ale není jednoduché. „Hledání relevantních výsledků v kvantech dat, jež urychlovač produkuje, připomíná rýžování zlata. Většinou nenajdete nic,“ říká o výzkumu technický ředitel CERN Sverre Jarp.

Na návštěvu do Evropské organizace pro jaderný výzkum v Ženevě, známější pod zkratkou CERN, vyrážíme na konci letošního října. Zdejší největší světový urychlovač částic (LHC), který má mimo jiné například pomoci objasnit vznik vesmíru během velkého třesku, je touto dobou už rok mimo provoz. První spuštění vloni na podzim se příliš nepovedlo a po pouhých několika dnech museli vědci urychlovač kvůli závadě vypnout. Nákladné opravy jsou ale v době naší exkurze u konce. Ve chvíli, kdy čtete tento článek, už sedmadvacet kilometrů dlouhým „potrubím“ uloženým sto metrů pod zemí opět obíhají částice.

„Poučili jsme se z chyb a urychlovač vylepšili, takže po spuštění bude jeho provoz bezpečnější,“ uklidňuje novináře Sverre Jarp během úvodního slova. S omluvou vysvětluje, že právě kvůli přípravám spuštění urychlovače se tentokrát naše skupina bude muset spokojit pouze s prohlídkou nadzemních částí CERN. „V podzemí by to mohlo být nyní nebezpečné,“ dodává. I když je prohlídka podzemního tunelu, v němž je urychlovač kvůli bezpečnosti „zakopán“, tím nejzajímavějším, co může laik v CERN vidět, slibuje i tak zajímavý zážitek.

Zkoumání vesmíru ve vědeckém Babylonu Ještě než se naše skupina vydává na okružní cestu po středisku CERN, absolvujeme krátkou přednášku. Ředitel výzkumu Sergio Bertolucci se nám během ní pokouší alespoň nastínit, jak urychlovač částic funguje a k čemu vlastně vědecké výsledky a data z něj získaná mohou sloužit. Urychlovač je, zjednodušeně řečeno, kruhové dvacet sedm kilometrů dlouhé podzemní „potrubí“ tvořené několika tisíci magnety. Uvnitř ve vakuu obíhají rychlostí blížící se rychlosti světla v opačných směrech dva svazky subatomárních částic. Cílem je přivést tyto částice ke kolizi. Vědci věří, že se tak povede nasimulovat podobné podmínky jako při velkém třesku. „Díky našemu urychlovači budeme mít šanci daleko lépe poznat, jak vznikl vesmír, jak vlastně funguje,“ vysvětluje Bertolucci. Během výkladu o rozpínání vesmíru či čtvrté dimenzi moje jinak bujná fantazie dostává zabrat. Bertolucci možná i díky vyjeveným obličejům některých „netechnických“ novinářů přechází k praktickému využití výzkumu CERN. „Naše výsledky se začínají využívat třeba v medicíně. Ukázalo se, že bombardování rakovinového nádoru částicemi může pomoci nádory zmenšit či zastavit jejich růst. Pracuje se také na využití v oblasti neutralizace jaderného odpadu,“ vysvětluje angličtinou se silným italským akcentem Bertolucci. On sám i jeho kolega Sverre Jarp, původem z Norska, jsou nejlepšími důkazy mezinárodní spolupráce, na níž je fungování CERN založeno. Na výzkumu se zde podílejí vědci z dvaceti evropských zemí, je to takový malý fyzikální Babylon. Podle Sverra Jarpa nemá CERN o mozky nouzi. Zájem o práci v jednom z největších vědeckých center je velký. „Přicházejí nám žádosti prakticky ze všech členských států. Vedle toho mají možnost zapojit se do našeho projektu i studenti,“ konstatuje Sverre Jarp. Mladí fyzikové mohou podle něj přijet třeba jen v době letních prázdnin, ale také zde pracovat na své inženýrské nebo doktorské práci. „Část studentů tady nakonec zůstane,“ dodává Jarp, který už v CERN působí přes dvacet let. Nové stránky v učebnicích Výzkum CERN financuje Evropská unie. „Každý Evropan, včetně vás, na náš urychlovač přispívá něco málo přes jedno euro ročně,“ říká mi Sverre Jarp. Ptám se, co za to Evropané včetně mě dostanou. „Především nové stránky a kapitoly v učebnicích fyziky,“ usmívá se vědec. Díky nim se dozvíme více o fungování vesmíru, přírody, hmoty. Uznávám, že na rozdíl od miliard eur vyhozených například na dotace do zemědělství je tohle rozumná investice. Prvotním výstupem experimentu je obrovské množství „surových“ dat, která je potřeba nejprve zpracovat. „Na zpracování dat, která zde získáváme, bude pracovat ještě více zemí, než kolik má CERN členů,“ doplňuje Sverre Jarp. Data se počítají na petabajty, tedy miliony gigabajtů. Počítačové středisko CERN proto disponuje obrovskou úložnou i výpočetní kapacitou. „V dnešní době to už není nic ohromujícího, zpracovat a uchovávat takové objemy dat umí kdekdo,“ zlehčuje Jarp, který má v CERN na starosti právě počítačové oddělení, které si musí s balíky jedniček a nul poradit. Pochopitelně by nebylo v silách takový objem zpracovat takříkajíc na vlastní pěst. Proto CERN vybudoval takzvaný grid, tedy soustavu počítačových sítí po celém světě, která se na zpracování budou podílet. Celkem je jich podle Jarpa sto šedesát. Továrna na magnety První zastávkou při prohlídce nejzajímavějších pracovišť CERN je hala, v níž se montují a testují magnety pro urychlovač. Jsou potřeba proto, aby „ohnuly“ dráhu proudění částic a udržely je na správn
é trajektorii. Ujímá se nás další průvodce, tentokrát původem z Polska. Slibuje mluvit anglicky, ale předem se omlouvá za případná cizí slovíčka. „Normálně se tu mluví takovou směsicí angličtiny a francouzštiny,“ vysvětluje. Vcházíme do velké haly. Na první pohled se příliš neliší od běžné továrny. Náš průvodce na průřezu části jednoho kusu „potrubí“, z něhož je urychlovač poskládán, ukazuje jeho složení. Zvenku obyčejná „trubka“ skrývá uvnitř sofistikovanou soustavu magnetů. V hale procházíme kolem magnetů v různé fázi dokončení, v jiné části probíhají testy. Součásti urychlovače dodávají výrobci z mnoha zemí, vedle těch evropských i ze Spojených států nebo Japonska. Při loňském neúspěšném několikadenním chodu urychlovače se několik desítek magnetů zničilo. Právě v této hale smontovaly náhradní. Za problémy, které zmařily několikaletou práci tisíců vědců, stály podle Sverra Jarpa vadné spoje mezi jednotlivými částmi urychlovače. Netěsnícími spoji unikalo do tunelu helium používané k chlazení a kvůli hrozbě exploze bylo celé zařízení vypnuto. Ptám se, jak velké nebezpečí tehdy hrozilo. Místo katastrofické odpovědi o díře v zemi o obvodu třicet kilometrů a hloubce stovek metrů nabízí Jarp mnohem méně atraktivní scénář. „Hrozily maximálně malé, lokální exploze uvnitř tunelu. Spíše než ohrožení na povrchu představovaly riziko pro urychlovač. Mohly totiž zničit daleko více magnetů,“ vysvětluje Sverre Jarp. I tak podle něj velký tlak způsobený unikajícím heliem zapříčinil velké škody. „Kvůli domino efektu se i přes rychlé vypnutí několik magnetů poškodilo. Museli jsme je vyměnit,“ dodává. Vědci se podle něj z loňské závady poučili a letos nic podobného nehrozí. „Po spuštění by měl urychlovač běžet celý jeden rok. S nutnými přestávkami na údržbu ale plánujeme provoz na deset až dvacet let,“ říká Sverre Jarp. Vysvětluje, že je velmi komplikované s urychlovačem, jehož vývoj vyšel na téměř tři miliardy eur, cokoliv plánovat předem. Je totiž unikátní v tom, že se jedná o jediný prototyp na celém světě, který je zároveň používán naostro. „Vezměte si třeba BMW. Ti vyrobí jeden prototyp, pak druhý, třetí, a teprve až jsou s nimi spokojeni, vyjdou s finálním modelem. My všechno děláme za pochodu a hned naostro,“ vysvětluje Sverre Jarp. Centrální mozek CERN Další zastávkou je řídicí středisko. Ze zdejších kanceláří se celé podzemní „monstrum“ řídí. Tentokrát nás vítá mladá dáma s těhotenským bříškem. Původně ji kvůli vzhledu, který se zcela vymyká běžným představám o absolventce fakulty jaderné fyziky, zařazuji do kolonky pomocný personál nebo sekretářka. Hned vzápětí se ale za své předsudky stydím. To když na nás tahle pohledná budoucí maminka začne chrlit jeden odborný termín za druhým a vysvětlovat, jak se připravují částice, které jsou posléze vpuštěny do urychlovače. Přestože mluví perfektně anglicky, rozumím sotva každému druhému slovu a definitivně se loučím s představou, že bych snad mohl zdejší experiment dopodrobna pochopit. Hlavní sál řídicího centra je velká místnost se čtvercovým půdorysem a čtyřmi kruhy pracovních stolů s počítači v každém z rohů. Mezi stoly přecházejí a diskutují místní vědci, z nichž většina ještě nepřekročila hranici čtyřicítky. Na stěnách visí soustava monitorů s řadou na první pohled zcela nesrozumitelných grafů a čísel. Po spuštění urychlovače budou zde pracující vědci prvními, kdo uvidí výsledky a výstupy experimentu. Prozatím tu však panuje klid před bouří. Rýžování zlata Na experimentu s urychlovačem částic je zajímavé i to, že sami vědci předem nevědí, co vlastně objeví. Sverre Jarp to přirovnává k rýžování zlata. „Když lidé rýžovali zlato, většinou nenašli nic. Stejné je to s novým výzkumem ve fyzice. Většinu času, kdy sledujete výsledky, nic neobjevíte. Musíte udělat hodně sledování, měření a počítačových výpočtů, než se dostaví nějaké konkrétní výsledky,“ tvrdí Jarp. Naprostá většina vědeckých výstupů z experimentu je volně dostupná pro další teoretické i praktické využití. „Lidé z různých průmyslových oblastí k nám jezdí na návštěvy a zajímají se o výsledky a jejich možné využití v praxi. Pro nás by bylo těžké jezdit po firmách v Evropě a nabízet: máme akcelerátor, nechcete jej využít,“ vysvětluje Jarp. A jak se zajistí, aby výsledky nikdo nezneužil třeba k vojenským účelům? Při kolizích částic vzniká obrovská energie, jistě by tedy výsledky tohoto experimentu našly ve zbrojním průmyslu uplatnění. „To my nemůžeme nijak ovlivnit,“ tvrdí Sverre Jarp. „Když vědci porozuměli jadernému štěpení, byly jejich poznatky využity nejenom pro mírové účely, ale i k výrobě bomb. Věda nikdy neví, kdy nějaký člověk její zjištění zneužije,“ upozorňuje Sverre Jarp. Zdá se tedy, že můžeme jen doufat, že výsledky projektu za miliardy eur poslouží pouze k bohulibým účelům. P.S.**

Tři týdny po návratu ze Ženevy sleduji v televizních zprávách, že se vědcům z CERN tentokrát vedlo mnohem lépe než před rokem. V pátek 20. listopadu ve čty
ři odpoledne byl urychlovač částic spuštěn. „Paprsek obíhající ve směru hodinových ručiček byl pak spuštěn ve 22.00. Je to významná etapa v perspektivě prvních fyzikálních pokusů v urychlovači částic, jež jsou očekávány v roce 2010,“ pochvaluje si na obrazovce generální ředitel CERN Rolf Heuer. Dodává, že první výsledky průzkumu budou k dispozici až za nějakou dobu, někdy na začátku příštího roku.

Další dobrá zpráva přichází z Ženevy o tři dny později, v pondělí 23. listopadu. CERN informuje, že se povedla v urychlovači plánovaná kolize částic. Badatelé přivedli částice ke kolizi celkem ve čtyřech bodech sedmadvacetikilometrového tunelu. „Stopy vytvořené kolizí částic, které pozorujeme, jsou nádherné,“ rozplývá se v televizi mluvčí CERN Andrej Golutvin. V řídicím středisku podle něj tento úspěch vyvolal výbuch. Výbuch nadšení. První krok tedy mají fyzikové v CERN za sebou. Co ve skutečnosti objeví, na to si ale ještě budeme muset nějaký ten rok počkat.