Zvětšit obrázek

Doprovodná fotografie k náborové pracovní kampani probíhající v loňském roce. Kredit: CERN

 Pracovníci ženevského CERNu před pár dny oficiálně oznámili, že započal pozvolný restart největšího a nejsložitějšího zařízení na Zemi – podzemního urychlovače LHC. Půjde o dlouhodobý proces, jednotlivé segmenty a úseky se budou oživovat postupně a s přechodem na pracovní režim se počítá v roce 2015.

Poté, co byly úspěšně završeny dva hlavní pracovní cíle minulých let, potvrzení Higgsova pole (detektory ATLAS a CMS, 2013) a vytvoření kvark-gluonového plazmatu (detektor ALICE, 2011), započala po celém obvodu urychlovače LHC takřka dvouletá přestávka, jejímž cílem byla hlavně údržba a upgrade důležitých úseků včetně čtyř srážečů samotných. Údržba byla vyčíslena na 4,4 miliardy dolarů.

Do této doby proběhlo opětovné uvedení do provozu části urychlovače, kterou vědci nazývají „zdroj“ – zařízení, které pomocí ionizace zbavuje atomy vodíku elektronů (v tunelech LHC a dalších zařízeních jsou urychlovány už jen protony).

Zvětšit obrázek

Seznamy a počty prováděných oprav a vylepšení. Kredit: CERN Document Server

Další na řadě je oživení lineárního urychlovače Linac2 (dodával protonovým svazkům startovní „boost“ na 31 % rychlosti světla – 95 000 km/s – předtím, než jsou svazky nasměrovány do urychlovačů kruhových). Velkým upgradem prošel rovněž jeho kontrolní systém. V budoucích letech bude Linac2 schopen udělit protonům ještě větší rychlosti. Po spuštění Linac2 přijde na řadu restart Proton Synchrotron Boosteru – tento kruhový akcelerátor leží mezi Linac a samotným LHC a v rámci odstávky prošel největšími změnami.

Dvojnásobná palebná síla

Ale nejsou to jen urychlovače, které prošly změnou; třeba také kabeláže, sváry a spoje mezi jednotlivými segmenty podél tunelů jsou teď upraveny na vyšší energie a stínění detektorů lépe pohlcuje radiaci uvolněnou při srážkách. Jeden z hlavních detektorů (a ten největší) ATLAS se rovněž dočká stěžejního upgradu. Posloupnost znovuoživení čtyř hlavních detektorů bude probíhat v pořadí: ALICE, CMS, ATLAS a LHCb. Pokud se nevyskytnou žádné neočekávané problémy, měli bychom se zkušebního provozu kompletního zařízení dočkat někdy počátkem příštího roku.

Po všech změnách a vylepšeních bude ženevský LHC schopen provádět srážky za takřka dvojnásobné energie. V minulých letech činily maximální energie urychlovaných částic přibližně 7 TeV, od roku 2015 se počítá s energiemi až 14 TeV. To nám umožní odkrýt ještě hlubší záhady hmoty a energie a fundamentálních zákonů našeho vesmíru.

Zvětšit obrázek

Barevné schéma jednotlivých komponent a koliderů CERNu. Kredit: CERN

Mezi horké adepty budoucích projektů patří výzkum temné hmoty, netečné substance, která tvoří jakési základní gravitační pojivo všech velkorozměrových struktur kosmu a jejíž podstata je nám nicméně zatím skryta.

„Higgsův boson byla poslední chybějící část standardního modelu,“ dodává profesor Tony Doyle z University of Glasgow a jeden z vedoucích členů týmu detektoru ATLAS. „Ale s většími energiemi se můžeme vydat dál, než kam sahají predikce standardního modelu. A tím je především supersymetrie. Ta přiřazuje každé hmotné částici „silového“ superpartnera. Takže máme dva protějšky – jeden reprezentuje hmotu a druhý zprostředkuje přenos sil. V dnešním vesmíru jsou rozdělené, ale za vyšších energií – jako třeba při velkém třesku – mohou být zaměnitelné. S takovým modelem bychom mohli vesmír lépe pochopit, ale zatím nevíme, jestli to budeme schopni prokázat.“

Nemenší výzvou je detekce skrytých prostorových dimenzí, které by mohly víc prozradit o samotné gravitaci.

V I D E O

CERNs LHC experiment ALICE ITS Upgrade

Další plány – urychlovač nové generace

V roce 2020 proběhne v LHC další velký upgrade, ale ten se už nebude týkat zvyšování energií, nýbrž citlivosti detektorů. Ta by se měla zvýšit desetkrát. Ovšem další velké plány se spřádají už nyní.

Počátkem února probíhalo na Ženevské univerzitě setkání tří stovek předních fyziků včetně současného ředitele CERNu Dietera Heuera a na programu nebylo nic menšího než jednání o budoucím nástupci LHC. Rozhodně to neznamená ukončení provozu urychlovače stávajícího.  Minimálně po dalších dvacet let na něm bude probíhat intenzivní výzkum. Jelikož je ale konstrukce takovýchto zařízení mimořádně technicky náročná, je třeba jednat ve velkém předstihu.

Mělo by jít o kruhový urychlovač, na kterém by se srážely elektrony a pozitrony při energiích 350–500 GeV. Z výše uvedených důvodů by však kruhový urychlovač musel mít obvod 80–100 km. Největší investice by proto byla takový tunel v podloží vůbec vyhloubit. Urychlovače samotné by tvořily jen jednu třetinu rozpočtu. Proto se počítá i s možností využít tunel zároveň k proton-protonovým srážkám o energiích až 100 TeV. To je celkem pádný argument při volbě takového řešení. I když by část tunelu měla vést pod Ženevským jezerem, podle geologů je podloží dostatečně stabilní.

Zvětšit obrázek

Porovnání rozlohy budoucího urychlovače ve srovnání s LHC. Kredit: CERN

Ostatní projekty nedotčené probíhající odstávkou

Na závěr bych rád jen krátce zmínil pár zajímavých projektů, které se v médiích objevovaly pouze sporadicky, rozhodně v nich ale bylo dosaženo velkých úspěchů, a to v době, kdy všechna primární zařízení LHC procházela fází údržby.

CERN počátkem letošního roku oznámil velkolepý úspěch experimentu ASACUSA, ve kterém se podařilo poprvé vytvořit svazek vodíkových atomů antihmoty. Ve studii uveřejněné v Nature Communications dokládají vědci jasné důkazy detekce 80 antivodíkových atomů ve svazku dlouhém 2,7 metru.

Prvotní antihmota nebyla ještě nikdy v našem vesmíru pozorována a její nepřítomnost je jednou z největších záhad moderní fyziky. Jediné místo, kde můžeme tuto zvláštní zrcadlovou formu hmoty detekovat, je právě pracoviště v ženevském CERNu. V experimentu docílili daných výsledků mícháním antielektronů (pozitronů) a nízkoenergetických antiprotonů v zařízení Antiproton Decelerator.

Spektrum vodíku a antivodíku je shodné a jakékoli zaznamenání rozdílů mezi těmito dvěma formami hmoty by mělo nedozírné důsledky pro bezpočet oborů takzvané „nové fyziky“ a pomohlo by odhalit tajemství nesymetrie na počátku stvoření našeho vesmíru ve velkém třesku. Atomy vodíku jsou v příslušných experimentech využívány proto, že jde o nejjednodušší prvek periodické tabulky, obsahující pouze jeden proton v jádru a jeden elektron na atomárním orbitu.

Zvětšit obrázek

Experiment ASACUSA v CERNu. Kredit: Yasunori Yamakazi

Projekt ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) má široký záběr od nukleární, atomové a molekulární fyziky až po fyziku pevných látek, biofyziku či astrofyziku. A právě na poli posledně zmíněné disciplíny zaznamenal tento program úspěch v minulých měsících. Experiment probíhající na akcelerátoru REX pomáhá astrofyzikům v přesnějším určování stáří a mechanismů exploze některých supernov pomocí zkoumání izotopu titanu (titan-44). Při experimentu ISOLDE urychlují vědci svazky titanu-44 v kaverně vyplněné heliem a následně měří výsledky vzájemných srážek. Podobné podmínky totiž panují těsně nad hustými jádry supernov.

Od roku 2009 běží experiment CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets), který zkoumá působení vysokoenergetických částic kosmického záření na aerosoly v různých prostředích (voda, vzduch, plyny) za různých tepelných či tlakových podmínek.

Žhavá novinka na poslední chvíli

Tým Large Hadron Collider beauty ve středu odpoledne oznámil, že se mu podařilo prokázat existenci exotické hmotné částice, kterou není možno klasifikovat v rámci standartního částicového modelu. Částice s označením Z(4430) patří mezi hadrony (subatomární částice účastnící se silné interakce, která váže protony v atomových jádrech). Tým analyzoval 25 000 událostí z bilionů dříve provedených srážek LHC, kdy došlo k rozpadu B mezonu.

Zdroj: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/

V I D E O	Large Hadron Collider-How it Works
V I D E O	How the Large Hadron Collider is being repaired