V evropském středisku CERN byl po velkém upgradu a malé, neortodoxně provedené opravě uveden do provozu urychlovač LHC. Jeho schopnosti mají otevřít nové horizonty a prokázat existenci pro nás laiky velmi exotické fyziky. Když před dvěma lety přerušil urychlovač LHC svůj provoz, bylo to obrazně řečeno na vrcholu slávy. Největší, nejsložitější a nejdražší vědecký experiment po počátečních problémech (přesněji malém výbuchu) pracoval podle představ fyziků i techniků a dokázal existenci dlouho hledaného Higgsova bosonu. Dvouletá odstávka označovaná jako LS1 (Long Shutdown 1) ale nebyla zdaleka odpočinková. Kolem urychlovače se po celou dobu pracovalo na dvě směny, jak docházelo k úpravám. Nešlo přitom ani tak o to, že by urychlovač dostal výkonnější „motor“ – spíše bychom mohli říct, že došlo k odstranění vadných dílů, které omezovaly maximální „rychlost“. Nejdůležitější součástí operace byla náhrada desítky tisíc vodivých spojů u supravodivých magnetů, které nebyly dobře vyřešeny a nemohly bezpečně pracovat s původně plánovaným výkonem (nezvládaly proud cca 10 000 ampérů, který je nutný k urychlení částic na maximální plánovaný výkon). Po výměně by se z LHC mělo konečně podařit „vyždímat“ maximum (abychom byli úplně přesní, energie srážejících se protonů zůstane i po úpravě mírně pod plánem, ale jen o pár procent). Úpravami, kontrolou či menšími upgrady prošla i další zařízení, ale výměna spojů byla nejdůležitější součástí prací. Spoje v sektoru 3–4 urychlovače LHC byly zničené během havárie v září 2008. Z magnetů tehdy začalo unikat hélium tak rychle, že šlo v podstatě o malý výbuch, při kterém vyskočily ze svého místa i několikatunové díly. I když uvedení LHC do provozu o velikonočním víkendu proběhlo hladce, předcházel mu jeden „kaskadérský kousek“. Během kontrol a „záběhu“ jednotlivých částí okruhu se v jednom z nich objevil zkrat. Jak se ukázalo, do jedné diodové skříně se dostala malá kovová částečka, která neměla na místě co dělat. Rozebrání skříně a odstranění kovu by zdrželo restart o několik týdnů (i proto, že systém už byl chlazen héliem na teplotu blízkou absolutní nule), a tak se v CERN rozhodli pro mnohem přímočařejší postup, jak zařízení za zhruba 9 miliard eur uvést do provozu bez dalších odkladů. Poslali do zkratu velký proud a nežádoucí kovový předmět, který obvod zkratoval, prostě roztavili a zničili. Možná to bylo odvážné, ale nepochybně byl celý postup pečlivě zvážený a promyšlený. Koneckonců LHC samotné je také „odvážný experiment“ a unikátní zařízení, které musí z podstaty věci pracovat na maximum a na hranici rozumného rizika – jinak by sice pracovalo spolehlivě, ale nic nového by nezjistilo. Začínáme zvo lna První svazky částic tak mohly urychlovačem proběhnout už během velikonočního víkendu, přesněji dopoledne v neděli 5. dubna. Zatím se jednalo skutečně jen o zkoušku přístroje, hluboko pod hranicí možného – paprsky měly energii jen zhruba 5 procent maxima. Než bude přístroj uvedený plně do provozu, proběhne podobných či důležitějších zkoušek ještě celá řada. Plného výkonu by mělo být dosaženo zhruba na začátku léta. Proč? V tomto ohledu je částicová fyzika poměrně jednoduchá – větší energie srážek jednoduše znamená, že se může objevovat více událostí, které při běžných energiích vidět nemůžeme. Ještě jinak: při srážce dvou částic se část jejich pohybové energie může přeměnit na hmotnost úplně nových částic. (Znovu připomínáme Einsteinovo E = mc2. Hmota je tedy převoditelná na energii.) Pokud je energie málo, vzniknou jen obvyklé částice. Pokud jí je opravdu hodně, „na troskách“ částic zaniklých při srážce vzniknou i velmi těžké a exotické částice, které běžně pozorovat nemůžeme. A v tom je celé kouzlo. Částice, které můžeme pozorovat běžně, máme až na výjimky popsané do detailů. Ale to nic neříká o stavbě vesmíru „nad nimi“ – včetně otázek, co ho vlastně tvoří, jak vznikal nebo jak vlastně funguje gravitace atp. Existuje řada hypotéz, které (každá jinak a obvykle navzájem neslučitelnými způsoby) na základě známých údajů vysvětlují mezery v našem fyzikálním poznání. Tyto myšlenky a systémy jsou různě propracované a různě přesvědčivé, ale všechny mají společné jedno: nemáme pro ně empirické důkazy. LHC by to mohl změnit. Mezi „exoty“ vznikajícími během srážek by se mohly objevit i částice, které připouští jen některé z těchto teorií a jiné nikoliv. Dnes posuzované fyzikální hypotézy by se tak mohly ještě důkladně probrat a fyzikové by měli získat lepší informace o tom, který směr jejich uvažování je ten správný. Pro současnou fyziku jde tedy o zcela zásadní okamžik. Jak na to I když záběr LHC je velmi široký a zařízení je velmi všestranné, práce na něm se logicky soustředí především do několika zvláště slibných směrů. Jedním bude přesnější proměřování už objeveného Higgsova bosonu do všech detailů (i když od jeho objevu se jich už dost vynořilo a s nimi i řada nových otázek). Výkonnější LHC by měl těchto částic produkovat více, a tak by bylo možné především přesněji určit, kolik jich opravdu vzniká. Různé fyzikální teorie předpovídají v tomto ohledu různé hodnoty, a některé by tedy bylo možné vyřadit. I když je další výzkum již objevené částice velmi zajímavý, pozornost bude soustředěna v příštím období zejména na SUSY. Pod touto zkratkou se skrývá tzv. teorie super symetrie. Základní premisou této domněnky zjednodušeně řečeno je, že všechny známé částice mají svého symetrického partnera – částici s řadou vlastností stejných, ale s posunutou hodnotou jedné ze základních vlastností, tzv. spinu. Je to asi podobné dělení jako rozdělení na částice a antičástice, jen kritérium je jiné. (Trochu podrobnější vysvětlení je, že v každém symetrickém páru je díky posunu spinu jedna částice boson a druhá fermion. Je to zásadní rozdíl, jak je asi jasné i z toho, že všechnu hmotu tvoří výhradně fermiony. Systémy z bosonů na to nejsou kvůli jejich vlastnostem dost stabilní.) Stejně jako v případě objevu antihmoty i důsledky objevu super symetrie by byly pro fyziku zásadní. Hlavním uživatelům výsledků by byla zprvu asi kosmologie. Vědci zabývající se popisem vzniku vesmíru a jeho zákonitostí se totiž už zhruba půl století potýkají s vážným inventárním problémem: ve vesmíru je zřejmě mnohem více hmoty, než kolik ji vidíme. Z praxe dobře víme, že námi pozorované galaxie se chovají trochu zvláštně. Rotují tak rychle, že by se měly podle všech fyzikálních vědomostí rozlétnout na jednotlivé hvězdy. Něco je evidentně drží pohromadě a většina fyziků se dnes domnívá, že tím záhadným lepidlem je gravitace hmoty, kterou nemůžeme pozorovat. Zatím nejpravděpodobnější vysvětlení, které fyzika nabízí, je přítomnost tzv. temné hmoty, běžnými metodami nepozorovatelná. Temná hmota by se zcela běžně měla vyskytovat všude kolem nás, nejen někde daleko ve vesmíru, ale přímo v našich tělech. Sice jen ve velmi malém množství, ale dohromady by mělo temné hmoty být tolik, že viditelnou hmotu by měla na hmotnost převyšovat zhruba pětinásobně. Co ale tuhle vesmírnou záhadu může tvořit? Nápadů mají teoretičtí fyzikové poměrně dost, ale nejpravděpodobnější je, že by mohlo jít skutečně o nějaké super symetrické partnery jiných, běžnějších částic. Podle teoretických modelů by mohly být skutečně dostatečně hmotné a přitom dostatečně netečná, aby se nenechaly ovlivňovat většinou fyzikálních sil, právě s výjimkou gravitace. Mohly by tedy bez problémů procházet běžnou hmotou a soustřeďovat se do míst se zvýšenou gravitací, jako jsou třeba středy galaxií. Vysvětlení záhady temné hmoty přitom není to jediné, co by objev super symetrie mohl přinést, možných přínosů je celá řada. Co naznačuje Higg s Jaká je ale pravděpodobnost, že SUSY na LHC skutečně objevíme? Nikdo neví přesně, ale můžeme zkusit jít po finanční stopě. Například český fyzik a blogger Luboš Motl má už 5 let uzavřenou sázku s jiným fyzikem, Adamem Falkowskim na 10 000 dolarů, že super symetrie objevena bude. Je to asymetrická sázka – pokud se český fyzik mýlí, a SUSY se neobjeví, zaplatí jen 100 dolarů. Pro média ovšem uvedl, že si je svou výhrou jistější, než by naznačoval kurz 1 : 100. Souvisí to i s objevem Higgsova bosonu. Hmotnost této dlouho hledané částice sice není na částicové poměry nijak malá (cca 125 GeV, tedy zhruba dvojnásobek hmotnosti atomu mědi), ale je nižší, než předpokládala celá řada fyzikálních hypotéz. Pokud tuto hodnotu dosadíme do nejlepší předpovědi o podobě SUSY, vychází, že supersymetrické částice by měly být také poměrně lehké. Hmotnost těch, které by mohl LHC snadno „vidět“ (především tzv. gluino), by mohla být těsně za hranicí výkonností „starého“ LHC (jde o hmotnosti kolem 1000 GeV). Upgradovaný přístroj by tak mohl jejich existenci potvrdit nebo vyvrátit poměrně rychle, možná už během týdnů. Jistotu ovšem nemáme. Existují i věrohodné hypotézy, podle kterých LHC neuvidí v podstatě nic nového. Existují modely, podle kterých sice SUSY opravdu existuje, ale supersymetrické částice mají tak vysokou hmotnost, že je LHC nemá šanci vidět. I temná hmota může být z částic, které vznikají za tak vysokých energií, že v CERNu zatím vznikat nemohou. A pokud SUSY neexistuje, je to konstelace ještě méně nakloněna novým objevům: je totiž téměř jisté, že urychlovač nemá dost síly, aby zahlédl nějaké experimentální důkazy o existenci teorie strun či tzv. velkého sjednocení. Scénáři, kdy ani posílený LHC neobjeví nic nového, se někdy přezdívá „noční můra částicové fyziky“, ale tak špatné by to asi nebylo. I negativní objev by naznačil, jak může vypadat svět skrytý naší bezprostřední zkušenosti. Někteří teoretičtí fyzikové například říkají, že „neobjev“ nové částice na LHC by byl velmi zajímavým argumentem pro podporu teorie existence mnoha vesmírů, tzv. multiverza, multiuniverza či multivesmíru. Zatím je ale na podobné úvahy ovšem brzo – naopak se můžeme těšit, že ze Ženevy by mohly už brzy dorazit velmi zajímavé zprávy. /jj/
