Tunely, které směřují do hlubin vesmíru, mohou vysvětlit, proč schází antihmota

Do výzkumu v západoevropském jaderném institutu CERN investuje celý svět

Tunely, které směřují do hlubin vesmíru, mohou vysvětlit, proč schází antihmota

V Evropské laboratoři pro fyziku částic pokračuje výstava urychlovače, který může potvrdit anebo také změnit současný pohled na strukturu a zákonitosti mikro- i makrosvěta.
K popisu světa okolo nás slouží dnes dvě základní teorie. Obě vznikly v první polovině tohoto století a obě patří k vrcholům abstraktní a intelektuální tvůrčí činnosti lidského ducha. Tou první je Einsteinova teorie obecné relativity popisující jevy, události a podstatu struktury vesmíru v rozměrové škále od desítek kilometrů po samé hranice poznaného univerza. Kvantová teorie se zabývá zákonitostmi uvnitř mikrosvěta v měřítkách pohybujících se řádech okolo 10 -14 m. Obě tyto teorie mají dva "společné jmenovatele". Zcela se vymykají zkušenostem zprostředkovávaným lidskými smysly. Obě však popisují strukturu a zákonitosti mikro- i makrosvěta jen zčásti. To znamená, že jsou neúplné a možná i ne zcela správné.

Síly "hýbající" světem

Světem hýbou - podle dosavadního poznání - čtyři síly:
TUČNĚ: Gravitace je nejuniverzálnější silou ve vesmíru. Působí na velké vzdálenosti a je vždy přitažlivá. Vzájemné působení dvou těles zprostředkovávají gravitony. Jejich existenci však zatím nepotvrdilo pozorování.
Elektromagnetická síla se uplatňuje na úrovni elektrických obalů. Působí při vytváření molekul a lze říci, že na této interakci je vlastně založena celá chemie. Může být přitažlivá i odpudivá a jejími nositeli jsou fotony.
Silná jaderná síla je na rozdíl od předešlých dvou silou krátkého dosahu. Přestává působit ve vzdálenostech větších než 2 x 10-15 m. Je to síla velmi složitá. Drží pohromadě atomová jádra, ale při jejich stlačování změní za určitou hranicí znaménko a z přitažlivé se stává odpudivou. Navíc působí pouze těžké částice, jako jsou nukleony a hyperony. Její působení zprostředkovávají gluony, částice, které se podobně jako gravitony zatím nepodařilo prokázat.
Slabá jaderná síla má takříkajíc "destruktivní" charakter. Zodpovídá za radioaktivitu. Působí na všechny částice látky, ale nevšímá si částic s celočíselným spinem. Jejími prostředníky jsou intermediální bosony, částice s vysokou klidovou hmotností převyšující asi stokrát hmotnost protonu. Tyto částice byly v roce 1983 objeveny v CERN - Evropské laboratoři pro fyziku částic.

Sjednocení s otazníkem

Problém současné fyziky spočívá v tom, že popis struktury, zákonů a dění tak, jak jej podávají kvantová mechanika a obecná teorie relativity, vysvětluje velmi dobře některé jevy. Ne všechny. S postupujícím poznáním se ukázalo, že některé elementární částice jsou "elementárnější" než jiné. Silná jaderná síla - při vysokých energiích slábne, zatímco slabá sílí, objevila se možnost, že existuje určitá energetická hranice, kde se tři druhy sil - elektromagnetická, slabá (jejich propojení obstarala teorie S. Wienberga, A. Salama a S. Glenshawa) a silná jaderná sila setkávají. Říká se tomu teorie Velkého sjednocení - třebaže to není tak zcela pravda, protože gravitační síla zůstává stále stranou. Smysl spočívá v tom, že popis tří různých interakcí by byl nahrazen popisem jediným. Řada badatelů považuje vytvoření této teorie, která by výrazně zjednodušila komplikace současné fyziky a zřejmě otevřela i zcela nový úhel pohledu na základní zákony vesmíru, za hlavní cíl teoretického bádání konce tohoto století. Má to ale háček. Odhadovaná teplota nutná k získání energie pro velké sjednocení tří zmíněných interakcí obnáší 1027 st. K. Ke změření takovéto teploty by se trubičkový teploměr s milimetr od sebe vzdálenými ryskami nevešel do sluneční soustavy. A totéž platí pro urychlovač, na němž by tuto energii mohl proud letících částic získat.

Směrem k Velkému třesku

Vědci se ovšem takovýmito "maličkostmi" nenechávají odradit. V CERN probíhá výstavba největšího urychlovače světa. Je samozřejmě podstatně menší. Obvod jeho tunelů měří 27 km. I tak však jeho postavení vyjde na 2,5 miliardy CHF. Na celém projektu se podílejí nejen všechny evropské členské státy sdružené v CERN, ale dnes také USA, Japonsko, Kanada a další země. Naše republika, která se v roce 1993 stala řádným členem CERN, přispívá k tomuto projektu dodávkami některých komponent a částí nutných k výstavbě různých zařízení. Přitom prakticky vše, co se zde používá spadá do oblasti high-tech. "Drát" vinutí supravodivých magnetů tvoří svazek zhruba 12 tisíc niobtitanových vláken o průměru 4,6 až 4,9 mikronu. Chlazení systému zajišťuje supratekuté helium, jehož tepelná vodivost je desettisíckrát větší než u mědi. Obrovský prstenec urychlovače LHC (Large Hadron Collider) je přerušen na čtyřech místech, v nichž budou po jeho spuštění v roce 2005 probíhat vlastní experimenty. Energie proti sobě letících svazků protonů dosahuje hodnoty sedmi TeV. V místě srážky se zdvojnásobuje. V teraelektronvoltech se pohybují i energie experimentů s ionty olova. Jedním slovem, tento urychlovač je schopen nahlédnout o "poschodí" blíž k okamžiku nula - k Velkému třesku, kdy vznikl vesmír a vše v něm.
"Důvody, které rozhodly o stavbě tohoto zařízení, jsou tři," řekl ing. Jan Böhm, CSc., fyzik a člen výboru ČR pro spolupráci s CERN. "Experimenty by měly poodhalit tajemství, jakým způsobem získávají částice hmotnost a co to vlastně hmotnost částice je. Proč třeba mají intermediální bosony ve slabé interakci stokrát větší klidovou hmotnost než proton, zatímco foton zprostředkující elektromagnetickou interakci klidovou hmotnost nemá. To by mohl pomoci osvětlit tzv. Higgsův boson. Pokud bude objeven a bude-li mít předpokládané vlastnosti, mohla by se otevřít mimo jiné i cesta k pochopení chování temné materie ve vesmíru. A té je v něm 90 procent. Potíž je v tom, že na 100 biliónů interakcí připadá jediná, při níž tento boson vzniká. Experimenty by také měly naznačit odpověď na otázku, proč ve vesmíru chybí antihmota, a konečně se čeká potvrzení a zjištění chování kvarkgluonové plasmy."
Těžištěm celého projektu jsou poznatky spadající do základního výzkumu, ale jeho význam je mnohem širší. V souvislosti s ním se vyvíjí celkem 24 nejprogresívnějších technologií. Díky takovýmto technologiím se podařilo vytvořit různé kryochirugické nástroje či připravit speciální izotopy užívané k diagnostice a léčení nádorových onemocnění. Základní výzkum se zkrátka netýká jen "vyvolených". Pouze otvírá brány poznání a pochopení věcí, a to už se týká všech. Jinou otázkou pak je, jak s tím člověk naloží.

Petr Rampír