1. októbra 2022
urychlovace

Ešte väčší časticový urýchľovač

Svet čoskoro oslávi 10. výročie objavu Higgsovho bozónu a najväčší časticový urýchľovač na svete po odstávke nabehne na historicky najvyšší výkon. Ide o ostro sledovanú záležitosť, jeho výsledky rozhodnú o smerovaní časticovej fyziky na dlhé roky.

Je totiž otázne, či objaví niečo, čo by opodstatnilo ďalšiu veľkú investíciu. Veľký hadrónový urýchľovač (LHC), pýcha európskej fyziky, bol veľmi drahý a splnil to, čo mal – no zatiaľ nepridal nič naozaj veľké naviac.

Časticové urýchľovače

Poďme po poriadku. Prečo vlastne potrebujeme veľké urýchľovače na výskum malých atómov? Energia je platidlom v subatomárnom svete a keď chcete pri zrážkach vytvoriť novú hmotu, musíte dodať dostatočne vysoké energie.

To sa bežne dosahuje tak, že častice na nejakom mieste urýchlite, necháte ich spraviť kolečko a potom ich znova urýchlite a tak ďalej, až kým neuznáte za vhodné a nezrazíte ich o seba.

Geniálny dizajn má jeden problém, pri kruhovom pohybe nabité častice strácajú vyžarovaním energiu a tak chcete, aby šli po čo najmenej zakrivenej dráhe – teda aby kolečko malo čo najväčší priemer. Zároveň, čím prudšia zákruta, tým silnejšie magnety potrebujete na ohýbanie dráhy častíc. A tak má tunel v LHC priemer 27 kilometrov. Sú aj iné dizajny urýchľovačov, ale tento je z rôznych dôvodov najvhodnejší a práve jeho veľkosť je rozhodujúca.

Ak chcete niečo výrazne lepšie než LHC, musí by to byť aj výrazne väčšie a tým pádom aj drahšie.

Čím väčší, tým lepší.
Čím väčší, tým lepší. Zdroj: CERN.

Čo za to?

Podobná otázka visela vo vzduchu pred budovaním LHC. Situácia však bola odlišná. Aby sme si to mohli objasniť, treba vysvetliť, že nie je častica ako častica. Máme častice elementárne, zložené či pseudočastice. O všetkých bežne čítame správy s tučnými nadpismi, no z pohľadu fundamentálnej fyziky sú dôležité len jedny.

Pseudočastice, ako názov napovedá, nie sú ozajstné častice, ale kolektívny prejav viacerých častíc, ktoré sa dokopy javia ako častica. Tak trochu podobne, ako sa vibrujúce atómy dokopy správajú ako jedna vlna.

Zložená častica je – znovu ako názov napovedá – zložená z iných, napríklad protón je zložený z troch kvarkov.

Až elementárne častice sú skutočne – zatiaľ sa nám javí – nedeliteľné základné stavebné častice hmoty. A je ich veľmi málo. Máme elektrón, kvarky, neutríno a potom častice zodpovedné za ich interakcie: fotón, gluón a W,Z bozóny. Viaceré existujú v niekoľkých variáciách a dokopy ich opisuje fyzikálna teória s názvom štandardný model.

Tento model bol donedávna nekompletný a práve fenomenálnym úspechom CERNu bolo odhalenie Higgsovho bozónu, ktorý do skladačky zapadol ako posledný chýbajúci dielik.

Štandardný model časticovej fyziky.
Štandardný model časticovej fyziky. Zdroj: wiki.

Ešte väčší časticový urýchľovač

Ak chceme postaviť ešte väčší časticový urýchľovač, mali by sme vedieť, kvôli čomu. A tu sa dostávame k nesplneným sľubom.

Štandardný model má niektoré vlastnosti, ktoré nevieme uspokojivo vysvetliť a tak sa domnievame, že by mala existovať nejaká fyzika za štandardným modelom – napríklad nové elementárne častice.

Že existuje niečo za štandardným modelom je takmer isté (okrem iného preto, že neobsahuje gravitáciu a tak nie je kompletným obrazom sveta). No je otázne, či je táto nová fyzika v dosahu, či už LHC, alebo jeho možného nasledovníka.

Existujú rôzne úvahy, ako a kde by sa nová fyzika mala prejaviť. Tie viedli napríklad o očakávaniu, že v CERNe objavia supersymetriu (teda supersymetrického partnera nejakej známej častici), no nič také sa zatiaľ nepotvrdilo. Máme niekoľko anomálií vo výsledkoch, no žiaden nepriestrelný dôkaz.

A aj preto bude nasledujúci chod urýchľovača rozhodujúci pre budúcnosť výskumu časticovej fyziky. Ak sa podarí nájsť niečo – napríklad novú elementárnu časticu – znamená to, že nová fyzika je na dosah. Ak však zostaneme pri náznakoch, bude získavanie 10-20 miliárd eur na jeho konštrukciu náročné.

CERN zohral významnú úlohu, ťažisko časti fyzikálneho výskumu vrátil späť do Európy. Drží tu študentov, výskumníkov a technologické firmy.  Zároveň, podobne ako Hubblov teleskop, zohráva úlohu Divu sveta, púta pozornosť ľudí a napĺňa nás hrdosťou, čo sme ako spoločnosť dosiahli. Najbližšie roky sa ukáže, či najväčším časticovým urýchľovačom na svete aj zostane, alebo nie.

[Samuel]

Pridaj komentár