Květen 2007

Nervozita stoupá

Martin Uhlíř

Vědci postavili obří stroj za miliardy eur. Co objeví?

Představte si, že jste částicový fyzik, vybídl své čtenáře nedávno americký časopis Science. Vlády různých zemí vám svěřily miliardy eur, abyste vysvětlil, odkud se bere hmotnost všeho kolem nás – atomů, lidí, planet. Vy odpověď v podstatě znáte, chybí vám už jen maličkost: nalézt poslední chybějící článek vaší teorie, tajemnou částici zvanou Higgsův boson. Abyste ji objevil, postavil jste obrovský stroj skrytý pod zemí. Po dvaceti letech příprav máte ruku na vypínači, jímž se monstrum uvádí do chodu, a vaše nervozita stoupá...

Připomíná vám to tíživou noční můru? Pravda je, že tu zaznívá poněkud škodolibá nadsázka. Úkolem urychlovače LHC, který má být letos dokončen v Evropské laboratoři fyziky částic (CERN), nebude jen lov na Higgsův boson. Zařízení umístěné v kruhovém podzemním tunelu o délce 27 km by mělo potvrdit, že naše představy o struktuře vesmíru jsou správné, a především ukázat, kudy se ve výzkumu ubírat dál.

Nervozita je přesto na místě. Kdyby urychlovač žádné nové částice nenalezl, otřásla by se fyzika v základech. Znamenalo by to, že dvě důležité disciplíny, kvantová mechanika a Einsteinova speciální teorie relativity, stojí na chybných předpokladech. „Zhroutilo by se všechno, co jsme si dosud mysleli, že o světě kolem nás víme,“ říká na stránkách Science fyzik Harvey Newman z Kalifornského technologického institutu v Pasadeně.

Není příliš pravděpodobné, že k tomu dojde. Mnohem víc se však někteří vědci obávají toho, že urychlovač objeví pouze Higgsův boson a nic jiného. Pro fyziky by byl důkaz o existenci této částice triumfem, vlády by se ale mohly ptát, proč musely společně vynaložit pět miliard eur kvůli odpovědi na jedinou otázku. A vynořily by se i další problémy.

Smutný příběh z Texasu

Původně měli Higgsův boson najít Američané. Vykopali 24 kilometrů dlouhý tunel pod prérií v Texasu. Utratili dvě miliardy dolarů, téměř polovinu plánovaného rozpočtu, načež zjistili, že budou potřebovat ještě téměř pětkrát tolik. V roce 1993 došla kongresmanům trpělivost a projekt výstavby gigantického urychlovače zastavili.

Pro vědu to byla velká ztráta. Zařízení v Texasu by ve výzkumu mikrosvěta udávalo tón po desítky let. Projekt nicméně zkrachoval a do hry vstoupila Evropa, která už od 80. let plánovala vlastní, byť skromnější urychlovač nazvaný LHC (Large Hadron Collider).

Evropští projektanti se dokázali vyvarovat chyb, které se jejich americkým kolegům staly osudné: obří zařízení nezačali budovat v prérii daleko od civilizace, ale v zavedené laboratoři CERN u Ženevy, která sdružuje dvacet evropských zemí (včetně České republiky). Využili přitom již hotový podzemní tunel po předchozím urychlovači a ušetřili tím miliardy eur.

Pomyslným vypínačem pracovníci CERN poprvé otočí letos v listopadu. Do kruhového prstence urychlovače LHC vyšlou dva proti sobě se pohybující svazky protonů. Mikroskopické projektily budou několik hodin obíhat sedmadvacetikilometrovým prstencem a dosáhnou při tom téměř rychlosti světla. Pak se protony srazí a v nitru urychlovače na okamžik zavládnou podmínky, které v kosmu panovaly nedlouho po velkém třesku. V tomto pekle se objeví svědkové procesů probíhajících daleko za horizontem našeho vychladlého světa. Fyzikové doufají, že po vyladění urychlovače mezi nimi naleznou nejen Higgsův boson, ale i některé další důležité částice, jejichž existenci se dosud nepodařilo prokázat.

V co věří Hawking

Vědci vytvářeli desítky let teorii zvanou standardní model, která je velmi dobrým popisem mikrosvěta, neukazuje však, kudy se ubírat na cestě za některými hlubšími tajemstvími vesmíru. Nevyplývá z ní totiž příliš jasně, jakým způsobem spolu souvisejí některé základní přírodní síly: tou první je elektromagnetismus, druhou reprezentuje interakce, díky níž drží pohromadě protony a neutrony v atomových jádrech, a třetí se projevuje jistým typem radioaktivního rozpadu.

Krátce po velkém třesku tvořily tyto síly patrně sílu jedinou, podobně jako se cestou ke kořenům stromu větve spojují v kmen. Jak ale vesmír chladl, postupně se oddělily. Srážky v nitru LHC by měly naznačit, zda je lze opět spojit. Pokud jsou představy fyziků o tom, jak se z větví stává kmen, správné, měl by nový urychlovač zachytit stopy takzvaných supersymetrických částic, jejichž existenci teoretici předpověděli počátkem 70. let.

Kdyby se ale podařilo najít jen Higgsův boson, ocitli bychom se ve slepé uličce. Byla by to elegantní tečka za větou, dokonalé potvrzení správnosti standardního modelu. V pohledu na základní síly vesmíru by ale bez dalších objevů zavládl zmatek. Jako by matka příroda vytyčila hranici, za niž lidské poznání zatím nepustí. A co horšího, odmítala by naznačit, kudy jít dál. Pak by fyzikové jen velmi těžce sháněli peníze na další urychlovač, který mají v plánu stavět.

Většina vědců nicméně pesimismu nepropadá a věří, že LHC bude chrlit jeden objev za druhým. Stephen Hawking například doufá, že v urychlovači vzniknou po srážce atomových jader miniaturní černé díry, které bude možné prozkoumat. Mluví se o jiných dimenzích prostoru nebo o vyřešení hádanky temné hmoty v kosmu (ta by se mohla skládat se zmíněných supersymetrických částic).

V každém případě si Evropa nyní upevňuje pozici jednoho z vědeckých těžišť světa. Gravitace tohoto pracoviště spolehlivě přitáhne fyziky z USA i dalších zemí. Urychlovač je také svědectvím o technologické vyspělosti kontinentu (byť se na jeho stavbě podílely i USA, Japonsko a další státy). Vezměme třeba detektory částic – jeden nich má rozměry osmiposchoďového domu postaveného na ploše fotbalového hřiště. Přitom měří polohu místa, v němž došlo ke srážce mikroskopických projektilů, s přesností setin milimetru.

Evropská unie často nutí vědce, aby se sdružovali do velkých mezinárodních týmů. Označuje to slovníkem konstruktérů atomových bomb: koncentrace mozků má vytvořit „kritické množství“ duševní kapacity, které odstartuje řetězovou reakci nových objevů. Často se to příliš nedaří. V případě CERN je ale koncentrace peněz a mozků přirozená, tak velký projekt je nad síly jediné země, což spolehlivě ukázal příběh z Texasu. Chce-li Evropa vsadit na investice do vědy a technologií, je projekt urychlovače cestou, kterou by se měla ubírat.

(Respekt, www.respekt.cz)