Firma ČEZ chce do konce roku 2024 rozhodnout o výběru malého modulárního reaktoru, který využije k náhradě uhelných kogeneračních elektráren a tepláren. Na jeho vývoji i následné výrobě komponent by se měl významně podílet i český jaderný průmysl. Vybírá se ze tří modelů. Podívejme se na to, proč se rozhoduje právě mezi těmi třemi a proč už nyní.

Tým MIT pořídil jako první snímky exotického chování částic v „okrajovém stavu,“ které pozorovali ve kvantovém plynu z ultrachladných atomů. Mohl by to být počátek vývoje nových technologií, v nichž bude díky využití „okrajových stavů“ elektronů docházet k super účinnému přenosu energie a dat.

Atomové hodiny jsou ultrapřesné. Ale teď se zjevil vážný konkurent, který má na to, aby sesadil atomové hodiny z trůnu. Vědci navázali na průlom z letošního dubna, kdy se povedlo excitovat jádro thoria-229. Od té chvíle bylo jen otázkou času, kdy se objeví první jaderné hodiny. Trvalo to jen 4 měsíce.

V posledních letech se podařilo dramaticky posunout studium neutrálních částic kosmického záření. Jde o fotony záření gama a neutrina. Neutrální částice nejsou ovlivněny galaktickým nebo extragalaktickým magnetickým polem a svým směrem příletu nesou informaci o poloze svých zdrojů. Jejich pozorování tak může být klíčové pro identifikaci zdrojů kosmického záření s extrémními energiemi.

Protony i těžší jádra kosmického záření mohou dosáhnout extrémní energie, která už je makroskopická v řádu jednotek joulů. V tomto případě by jejich zdroji měly být extragalaktické objekty. Jejich urychlení by mělo probíhat například v aktivních jádrech galaxií, které mají v nitru obrovskou galaktickou černou díru. Při dopadu hmoty na její horizont vznikají výtrysky extrémně urychlené hmoty a produkuje se kosmické záření s extrémní energií. Naše znalosti o kosmickém záření s těmi nejvyššími energiemi dramaticky posunula dopředu Observatoř Pierra Augera v Argentině.

Fyzik a vizionář Avi Loeb spočítal, že pokud by si technologicky zdatná civilizace na potulné planetě pořídila černou díru o hmotnosti 100 tisíc tun a krmila by ji 2,2 kg odpadu za sekundu, získala by velmi výkonný zdroj energie. Pokud najdeme potulnou planetu s měsícem, který bude zdrojem gama záření, měli bychom mít jasno.

Prohledání 6 miliard srážek atomových jader na srážeči RHIC v newyorském Brookhavenu, přineslo 16 solidních případů, kdy se objevil antihypervodík-4, doposud nejtěžší pozorované jádro antihmoty. Exotické monstrum tvoří 1 antiproton, 2 antineutrony a 1 antihyperon. Následná porovnání ukázala, že se antihypervodík-4 rozpadá stejně jako hypervodík-4.

V rozsáhlém článku Kde bude budoucí největší urychlovač Vladimír Wagner velmi podrobně popsal průběh nedávné Mezinárodní konference o vysokých energiích ICHEP 2024, jak se nazývá pravidelná dvouroční konference o fyzice elementárních částic. Obdivuji jeho schopnost velmi rychle a podrobně popsat nejdůležitější výsledky prezentované na této konferenci. K jedné části, týkající se hledání signálů nových částic a jevů však mám poznámku.

Fyzici Purdue univerzity udělali nejmenší diskokouli na světě z levitujícího nanodiamantu o velikosti 750 nanometrů, který zběsile rotuje v iontové pasti ve vakuu. Kromě toho jde o pozoruhodný nástroj ke studiu doposud velmi nezřetelného vztahu mezi říší kvant a gravitací.

Za jednu z nejperspektivnějších známek nové fyziky za Standardním modelem hmoty a interakcí se dlouho považoval rozdíl mezi experimentální a teoretickou hodnotou magnetického dipólového momentu. Po nedávném opětném nezávislém potvrzení brookhavenského experimentu novým měřením v laboratoři Fermilab vypadalo vše ještě nadějněji. Nyní však byly prezentovány nové teoretické výpočty, ve kterých se zpřesnil a opravil popis příspěvku velmi slabých virtuálních procesů spojených se silnou interakcí. Teoretická hodnota získaná na bázi Standardního modelu je nyní ve shodě s tou experimentální.

Spektrometr AMS-02 umístěný na vesmírné stanici ISS prezentoval na konferenci ICHEP 2024 souhrn svých pozorování galaktického kosmického záření za více než deset let. Mezi jinými pozoruje ve spektru pozitronů nový neznámý zdroj, kterým by mohly být i rozpady či interakce částic temné hmoty.

Podle fyzikální šuškandy došlo na palubě ISS k nečekaně časté detekci jader antihelia-4 a antihelia-3, navíc ve zcela neočekávaném poměru. Pokud nejde o nějaký omyl, mohla by to být stopa velmi exotických mechanismů. Mluví se o fireballové antinukleosyntéze nebo o srážkách temných trpaslíků, tvořených temnými fotony, temnými elektrony a temnými neutrony.

V minulém a předminulém týdnu proběhla v Praze konference ICHEP 2024, která je zaměřena na současnost a budoucnost částicové fyziky. Jedním ze zásadních témat byla budoucnost velkých urychlovačů a následníka v současnosti největšího urychlovače LHC v laboratoři CERN. Budoucí cesta k těmto ještě výkonnějším klíčovým nástrojům pro poznání struktury hmoty a fundamentálních fyzikálních zákonů se řeší právě nyní. Rozhoduje se o tom, zda se postaví v Evropě nebo v Číně.

Tachyony svou nadsvětelnou rychlostí dráždí každého, kdo jen lehce zavadil o fyziku. Výzkumný tým vedený známým rebelem Andrzejem Draganem tvrdí, že se jim povedlo vyřešit zásadní problémy, jimiž tachyony dělaly ve fyzice zmatek. Že by nakonec došlo k uzavření příměří v nějaké univerzitní hospodě?

Jak připomenul film Oppenheimer, už v té době vědci pracující na vývoji jaderných bomb společně s politiky řešili klíčovou otázku, jak zajistit přežití naší civilizace ve stínu těchto ničivých zbraní. Rovněž otec štěpné jaderné bomby Robert Oppenheimer hledal řešení tohoto problému. Zároveň Andrej Sacharov, který je otcem sovětské termojaderné bomby, zastával názor, že mírové využití jaderné energie je klíčovou otázkou pro zachování demokracie. Obě tato témata se stala znovu extrémně aktuálními vlivem dramatických událostí posledních let.

Projekt ITER je největším pozemským vědeckým projektem v dějinách lidstva. Jde o globální projekt, ve kterém spolupracuje 31 zemí reprezentujících více než polovinu obyvatel Země. Cílem projektu je postavit termojaderný reaktor o výkonu 500 MW a prokázat tak technickou realizovatelnost fúzního zdroje energie. Reaktor se úspěšně buduje v jižní Francii a je již v pokročilé fázi realizace.

Mnozí vědci nejspíš uroní slzu. Nový výzkum pohřbívá exotický koncept „kugelblitzu,“ čili fantaskní černé díry, která měla vznikat nikoliv zhroucením hmoty, ale elektromagnetického záření. Teoretičtí fyzici zjistili, že kvůli kvantovým jevům a virtuálním částicím dojde k vypařování houstnoucího záření mnohem dřív, než by se mohlo zhroutit do nicoty. Hlavu vzhůru, jede se dál.

Částicoví fyzici nadšeně využívají masivní produkce párů částicových titánů top kvark – top antikvark na LHC v CERNu a zkoumají na nich kvantové kejkle za velmi vysokých energií. Nejnovější měření potvrzují kvantový entanglement v těchto exotických párech, přičemž dotyčné top kvarky a top antikvarky byly navzájem tak vzdálené, že se mezi nimi nemohla přenést informace ani rychlostí světla.

Laserový paprsek je skvělý nosič informace nebo jen energie. Ale velmi trpí povětrnostními vlivy. Stačí mlha, prach, extrémní teploty, nemluvě o srážkách nebo prachu a laserový paprsek je bezmocný. DARPA financuje vývoj kvantového laseru, založeného na párech entanglovaných fotonů různých barev, který generuje intenzivní a koncentrovaný paprsek. Možnosti využití jsou rozmanité.

Co kdyby žádná temná hmota nebyla nutná? Ani teorie MOND či něco podobného? Americký fyzik Richard Lieu přinesl důkaz, že může existovat gravitace při nulové hmotnosti a dospěl k závěru, že pokud se galaxie a kupy galaxií nalézají v koncentrických sférických topologických defektech, mohlo by to vytvářet situaci, kterou připisujeme temné hmotě.

Hadrony, jako třeba protony či neutrony, jsou tvořeny kvarky, které drží pohromadě gluony, elementární částice, co zprostředkovávají silnou interakci. Když se k sobě slepí několik gluonů, měla by vzniknout svérázná částice glueball. Fyzici je doposud lovili bez úspěchu. Dokázali to na experimentu BES III?

V nitru neutronových hvězd se vyskytuje extrémně hustá jaderná hmota. Její přesné složení zatím neznáme, ale můžeme si rozebrat to, co o ní víme. Stavová rovnice této jaderné hmoty určuje hraniční hmotnost neutronové hvězdy, při jejímž překročení zkolabuje v černou díru. Tato tzv. TOV limita je spojena s osobou Roberta Oppenheimera. Podívejme se tak do nitra neutronových hvězd podrobněji.

Atomy nebo molekuly je možné poměrně snadno excitovat laserem. S atomovými jádry je to mnohem obtížnější. Je k tomu nutná obrovská energie a konvenční postupy s lasery nestačí. Fyzici sice dlouho věděli o výjimečném jádru thoria-229, s nímž to mělo být mnohem snazší než s jinými jádry, ale i to se ukázalo jako extrémně tvrdý oříšek. Nicméně, je hotovo.

Pátrání po WIMPech, masivních kandidátech na částice temné hmoty, v podstatě selhalo. Projekt BREAD loví ultralehké kandidáty, temné fotony a axiony. Pomocí speciální antény (coaxial horn antenna) hodlají detekovat signály, které by takové částice měly vytvářet. Pokud existují.

V uplynulých dvou letech zažil výzkum jaderné fúze dva významné úspěchy: překročení vědeckého vyrovnání v americkém laserovém zařízení NIF a uvolnění rekordního množství fúzní energie v tokamaku JET. Nedávno byly publikovány zajímavé detailní údaje z hlavních experimentů v roce 2022 (NIF) a v roce 2023 (JET).

Mezinárodní tým fyziků vytvořil exotický materiál, jehož supravodivost lze ovládat vnějším magnetickým polem. Je to 2D topologický izolátor ze rtuti manganu a telluru, který spojuje výhody supravodiče s ovladatelností topologického izolátoru. Už teď se rýsují zajímavé aplikace v supravodivých technologiích.

Dvojice amerických fyziků vybudovala velmi exotický model vesmíru, který je založený na tachyonech, neblaze proslulých hypotetických částicích, které si nedělají hlavu z rychlosti světla ani z kauzality. K překvapení všech zúčastněných vyšlo najevo, že tachyonový model vysvětluje data pozorování supernov typu Ia stejně dobře jako standardní kosmologie.

Tokamak KSTAR v jihokorejském Tedžonu nedávno překonal svůj „osobní“ rekord. Vytvořil plazma o teplotě nitra Slunce a udržel ho po dobu 48 sekund. Je to významný úspěch, byť ve stínu čínského tokamaku EAST. Konečným cílem tokamaku KSTAR je udržet takové plazma 5 minut.

Přízračná tvář Měsíce láká nejen básníky a vlkodlaky, ale také gravitační astronomy. Na lunárním povrchu je spousta místa, a také tam je, alespoň prozatím, doslova mrtvolný klid. Celý Měsíc by mohl sehrát roli gravitační antény, přičemž by procházející gravitační vlny detekovaly vysoce citlivé seismometry na lunárním povrchu nebo třeba soustavy zrcadel s lasery. Další možností je vybudovat na Měsíci gravitační observatoř typu LIGO či Virgo.

Elektrický proud je osudově spjatý s tvorbou tepla. Tvůrci elektroniky věnují hodně úsilí tomu, aby teplo udrželi na uzdě. Diamantové membrány o tloušťce 1 mikrometr jsou ohebné a lze je připojit k elektronickým komponentám. Výborně vedou teplo, elektřinu naopak vůbec a lze je snadno vyrábět ve velkém.

Na černou díru si nejspíš jen tak nesáhneme. Fyzici to ale nehodlají vzdát a vytvářejí v laboratořích pozoruhodné analogie černých děr. Nejnovější z nich je masivní kvantové tornádo v supratekutém heliu, zchlazeném na teplotu blízkou absolutní nule. Vědci si od něj slibují předpovědi chování kvantových polí v zakřiveném časoprostoru kolem astrofyzikálních černých děr.

Kosmolog Rajendra Gupta provedl svůj model CCC+TL, založený na „unavených konstantách“ a „unaveném světle,“ zkouškou s baryonovými akustickými oscilacemi, otisky pradávných zvukových vln v mikrovlnném reliktním záření. Pokud se tento momentálně okrajový model prosadí, mohl by nahradit stále neznámou temnou hmotu a temnou energii.

Když se srazí neutronové hvězdy, je to hodně husté, horké a extrémní. Fyzici se domnívají, že by za takových extrémních podmínek mohlo docházet k procesům, které nás přivedou na stopu temné hmoty. Zkusili pátrat po axionech, které stále patří mezi přední kandidáty na temnou hmotu, v pozorováních srážky neutronových hvězd GW170817. Bezvýsledně.

Fyzici ohlásili průlom na poli časových krystalů, které jsou žhavou novinkou posledních let. Nové časové krystaly z arsenidu india a galia spontánně spouštějí oscilaci a vydrží to asi 40 minut. Jejich předchůdci to zvládali jen pár milisekund. Vědci mají novou hračku, která slibuje vzrušující výzkum.

Stále nemáme představu, jak funguje gravitace v říši kvant. Mezinárodní výzkumný tým nedávno dosáhl pozoruhodného úspěchu a změřil gravitační sílu částice o hmotnosti 0,43 miligramu, která levitovala za teploty asi jedné setiny stupně nad absolutní nulou. Úspěch otevírá dveře dalším experimentům s ještě menším objekty

V Durynsku, zhruba sto kilometrů od našich Hranic je Město Ilmenau. V něm sídlí Technická univerzita vybavená zařízením na výboje takové intenzity, že imitují blesky. Právě tam se parta Jense Haueisena z Institutu biomedicínského inženýrství a informatiky jala ověřit, co nám při bouřce může zachránit život.

Nová technologie svařování reaktorových nádob Local Electron-Beam Welding (LEBW) radikálně zkracuje proces svařování v potřebné kvalitě z déle než roku na méně než den. Využívá vysokoenergetické elektronové dělo, které pracuje v lokálním vakuu. Jde o průlom, který by mohl podstatně urychlit nástup modulárních reaktorů.

Ke konci roku 2023 ukončil svou úspěšnou výzkumnou práci největší evropský tokamak JET. Byl jedním z mála, který pracoval i s tritiem. Studoval tak nejen chování plazmatu, ale i fúzní reakce. Je držitelem řady fúzních rekordů. Zároveň však začala pracovat řada nových tokamaků, kterým se také daří rekordy realizovat. Zrekapitulujme si výsledky tokamaku JET a současný stav fúzních zařízení využívajících magnetické udržení.

Když ionizující rentgenové záření zasáhne vodu, dojde ke změně „chování“ elektronů, což vede k chemickým reakcím. Tyto změny jsou ale natolik rychlé, že je nebylo možné detailně studovat ani na pikosekundové časové škále. S průlomem přišla nová metoda rentgenové tranzientní absorpční spektroskopie kapaliny, která zobrazí elektrony na časové škále attosekund.

Spolu s tím, jak se blíží náš návrat na Měsíc, roste intenzita studia dozimetrické situace mimo ochranou náruč naší atmosféry a magnetického pole. Intenzivní dozimetrický monitoring se realizoval během prvního letu kosmické lodi Orion v rámci letu Artemis I. Velmi zajímavé výsledky o radiaci na Marsu získalo zařízení RAD, které je na palubě vozítka Curiosity.

Za normálních okolností letí světlo stále stejnou rychlostí, čili rychlostí světla. Když chcete světlo pořádně přibrzdit, vyžaduje to nějaký velmi speciální materiál. Nový metapovrch z nesmírně tenkých vrstev křemíku dokáže zpomalit světlo více než 10 000krát. Taková technologie by mohla nalézt široké uplatnění, od optické komunikace po kvantové počítače.

Tokamak Joint European Torus, který 40 let pracoval ve Velké Británii, se rozloučil s fúzním výzkumem ve velkém stylu. V poslední sérii deuterium-tritiových experimentů dosáhl produkce 69 MJ energie, přičemž spotřeboval 0,2 miligramů tritiového paliva. Smutné je, že Evropa teď nemá v provozu srovnatelný fúzní experiment.

Neutrina jsou téměř nepolapitelné příšerky, při jejichž detekci se musíme opravdu hodně snažit. Stavíme masivní podzemní detektory nebo dokonce observatoře pod ledem v Antarktidě. Fyzik Steven Prohira navrhuje využít k detekci neutrin lesy, které vlastně představují soustavu překvapivě praktických „stromových antén.“

27.září tohoto roku oslaví CERN, Evropská laboratoř fyziky částic, místo, kde se v roce 1989 zrodil Web a v roce 2012 byl objeven Higgsův boson, 70 let od svého založení. Popud k němu vyšel od francouzského teoretického fyzika, laureáta Nobelovy ceny za fyziku, Louise de Broglie (1892-1987), jenž v roce 1949 navrhl vytvoření Evropské fyzikální laboratoře, aby se zabránilo odlivu talentovaných fyziků do USA.

Kvantové sítě blízké budoucnosti budou potřebovat kvantové paměti. V Basileji vyvinuli základní prvek optické kvantové paměti, který tvoří skleněná komora o velikosti pár milimetrů, naplněná atomy rubidia. Takovou kvantovou paměť bude možné vyrábět sériově s využitím již existujících výrobních postupů.

Grafen dlouho lákal výrobce elektroniky, jako slibný materiál s pozoruhodnými vlastnostmi. Za normálních okolností ale postrádá elektronický zakázaný pás (Band gap), což ho u mnohých diskvalifikovalo. Průlomový výzkum přinesl polovodivý epigrafen, který je prvním funkčním polovodičem založeným na grafenu. Je to tektonická změna s potenciálem změnit celou elektroniku.

Celá řada evropských států se vrací k využití jaderné energetiky, nutnost jejího rychlého rozvoje zazněla i na jednání COP-28. Do komerčního provozu byl uveden první malý modulární reaktor, který lze zařadit k reaktorům IV. generace. Roste počet reaktorů třetí generace a zkušenosti s jejich výstavbou a provozováním. Přibývají státy, které plánují budovat nové bloky.

Průlomový experiment s novou metodou kvantové teleportace informace otevírá dveře k teleportaci celých snímků, například otisku prstu při ověření totožnosti během bankovní nebo podobné operace. Fyzikům se povedlo podstatně zvětšit objem přenesené informace při využití jediné dvojice entanglovaných fotonů.

Nejprve příčina a pak následek? Kvantová mechanika je v kauzalitě hodně liberální. Po příčině sice následuje následek, ale současně také příčina následuje po následku. Fyzici toho využili při nabíjení kvantové baterie, v systému uvedeném do stavu kvantové superpozice. Jak se zdá, kvantovým bateriím takové zacházení svědčí.

Před dvěma dny na Oslu vyšel článek o Hubbleově konstantě, jejíž hodnota, ač by měla být pro celý kosmický prostor v jistém čase stejná, se liší v závislosti od měření v bližším nebo vzdálenějším vesmíru. Možným řešením tohoto nesouladu je MOND – MOdifikovaná Newtonovská Dynamika, jejíž významným zastáncem je i prof. Pavel Kroupa.