Evropská organizace CERN , kte rá je dnes světovým tahounem výzkumu v částicové fyzice, vydala v červnu 2020 strate gický dokument pro násled ující roky. Směr v něm vytyčený není asi nijak překvapivý: částicová fyzika podle něj potřebuje je ště větší urychlovač, než je dnešní LHC . Díky většímu urychlovači by věda měla být schopna v pozemském prostředí pozorovat chování částic v ještě extrémnějších podmínkách (tj. při srážkách s ještě vyššími energiemi), než bylo možné dosud. To by mělo umožnit nahlédnout dále za hranici „každodenní“ fyziky světa kolem nás, která už je velmi dobře popsána. Strategie není úplně závazný dokument, je spíše vyjádřením „přání“ fyzikální komunity, a neřeší tedy například otázku financování. S tímto dokumentem v ruce se odborníci pokusí veřejnost a vlády přesvědčit, aby ho zafinancovala. Byť tedy neobsahuje závazné plány, budoucnost několika příštích let je už víceméně „hotovou věcí“. Největší událostí několika příštích let totiž bude zvyšování výkonů urychlovače LHC díky tzv. High Luminosity Upgrade. V jeho rámci by se měl výrazně zvýšit počet měření, která vědci při provozu urychlovače získávají. Nebude se měnit samotná velikost urychlovače, ten bude stále ve stejném kruhovém tunelu o délce 27 km, ale „upgradem“ projde celá řada zařízení jak na samotném LHC, tak také na jednotlivých detektorech, ve kterých probíhá samotné měření (a pro jejichž potřeby LHC vlastně částice urychluje). Na „vylepšení“ LHC, označovaného také jako HL-LHC, se už začalo fyzicky pracovat v roce 2018, s novým výkonem by měl začít fungovat ke konci roku 2027. Na zařízení se mění vše možné, od měřicích prvků na jednotlivých detektorech přes zařízení změny v systému urychlování a „vstřikování“ protonových svazků do okruhu až třeba po změnu geometrie svazů těchto částic, aby se optimalizoval počet srážek. Jednoduše shrnuto: kolize částic v detektorech ve výsledku nebudou probíhat s většími energiemi, bude jich však podstatně více (a detektory je také mají zvládnout rychleji a přesněji měřit). Během provozu by tak vylepšený urychlovač měl sesbírat zhruba desetkrát více dat než původní LHC. Provoz „upgradovaného“ LHC by měl skončit v roce 2038. A v podstatě tímto mezníkem končí skutečně konkrétní část nové strategie evropské částicové fyziky. Po tomto datu dokument počítá s několika možnými scénáři. Úsečka nebo kruh Strategie doporučuje samozřejmě rozvíjet různé aspekty částicové fyziky, ale mezi „úkoly s vysokou prioritou“ řadí především stavbu dalších, výkonnějších urychlovačů. Konkrétně zmiňuje dva typy, o kterých se ve fyzikální komunitě hovoří již delší dobu. Jednou možností je veliký lineární (tj. rovný) urychlovač s délkou zhruba 30–50 km, druhou kruhový urychlovač v podzemním tunelu o délce asi 100 km, tedy přibližně čtyřikrát větším než dnešní LHC. Energie srážek v něm probíhajících by měla být až zhruba 100 TeV (teraelektronvoltů) proti zhruba 14 TeV u LHC. V principu by se fyzici jistě nebránili tomu, aby měli urychlovače oba. Do jisté míry by se totiž mohly doplňovat a nikdy není na škodu mít dva různé experimenty. Z rozpočtového hlediska by ovšem pro evropskou fyziku šlo o těžko dostupný luxus. Všeobecně se spíše odhaduje, že „rovný“, lineární urychlovač pracovně nazývaný ILC (International Linear Collider, tedy Mezinárodní lineární urychlovač) by nakonec mohl vzniknout v Japonsku za výrazného finančního příspěvku tamní vlády, ale také s účastí evropských fyziků. O této možnosti se hovoří již roky. Otázka je zatím otevřená. Podle neoficiálních zpráv z japonské fyzikální komunity by ovšem mělo být jasno do konce roku a situace není beznadějná. ILC by měl samozřejmě vícero použití. Hodil by se například k důkladnému prověření vlastností Higgsova bosonu. Urychlovač by měl být schopen produkovat srážky s takovou energií, aby těchto částic vznikalo více než v LHC (Large Hadron Collider, tedy Velký hadronový urychlovač). Protože by měl urychlovat jednodušší a lehčí částice (konkrétně elektrony a pozitrony) než LHC, při srážkách by v něm mělo vznikat méně „odpadu“ a výsledky by mělo jít snáze zaznamenávat a měřit. Pokud by na sebe Japonsko vzalo skutečně významnou část závazku za lineární urychlovače, CERNu by se tak uvolnily ruce na stavbu velkého kruhového urychlovače, který je zatím známý jako FCC (Future Circular Collider, tedy kruhový urychlovač budoucnosti). Strategie předpokládá, že by šlo o zařízení, které by se výrazně inspirovalo nejen technickou stránkou, ale také procesem vzniku LHC. Požadovaný 100km tunel by pro něj nepochybně vznikl v blízkosti laboratoří CERNu, tedy v okolí Ženevy. Jakékoliv jiné řešení by bylo výrazně dražší a komplikovanější. Ve stejném tunelu by však byly postupně vybudovány dva urychlovače, podobně jako v případě 27km tunelu, kde je dnes LHC. Ten totiž mezi lety 1989 a 2000 využíval urychlovač LEP (Large Electron-Positron Collier, tedy Velký elektron-pozitronový urychlovač). Byl to poněkud jiný typ než LHC: srážely se v něm elektrony a jejich antihmotové protějšky, tedy pozitrony. V „následnickém“ LHC se srážejí výrazně těžší částice (především protony), kterým díky vyšší hmotnosti dokáže urychlovač dodat více energie. Výsledkem jsou pak srážky s výrazně vyššími energiemi. Na LEP se experimentálně ověřila a upřesnila celá řada fyzikálních znalostí, důkladně se „proměřily“ některé, do té doby málo známé částice – objev Higgsova bosonu mu ovšem unikl. Na něj měl LEP příliš malý výkon, a srážky tedy neměly dostatečnou energii. Pokud by se v CERNu stavěla další generace „kruhových urychlovačů“, strategický dokument navrhuje, aby se tento postup zopakoval. Nejprve by se v tunelu měl provozovat elektron-pozitronový urychlovač, později urychlovač těžších částic (tzv. hadronů, které známe z názvu LHC). Elektron-pozitronový urychlovač by podobně jako lineární urychlovač LHC měl sloužit například jako „továrna na Higgsovy bosony“, tedy k přesnějšímu zkoumání této sice již objevené, ale zatím poměrně málo poznané částice. Například k měření toho, jak se tato částice „chová“ k jiným částicím (tedy jak interaguje s jinými bosony). K čemu to bude I když tedy minimálně jeden scénář je vlastně zopakováním procesu stavby LHC, v jednom důležitém ohledu je situace jiná: dnes si nikdo netroufá předpovědět, zda a jaký objev by nové urychlovače mohly udělat. Před spuštěním LHC málokdo z fyziků pochyboval, že LHC objeví o pár desítek let dříve předpovězený Higgsův boson. Dnes takový výhled chybí. Objevem Higgsova bosonu se uzavřela teorie známá jako tzv. standardní model částicové fyziky. Ta, zjednodušeně řečeno, dobře vysvětluje vznik, podobu a chování všech známých částic. Výsledky výpočtů na základě standardního modelu s velkou přesností odpovídají všem měřením. To ostatně ukázal i objev Higgsova bosonu: teoretici dokázali experimentátorům sdělit, jak má částice zhruba vypadat, a ti mohli postavit takový urychlovač, který měl šanci ho najít. Jen se standardním modelem si při snaze o pochopení celého vesmíru nevystačíme. Nevysvětluje například povahu tzv. temné hmoty a beze zbytku ani gravitaci. Je to nepochybně velmi úspěšná teorie, ale přitom je tak dokonale kompletní a uzavřená, že vůbec nenaznačuje, kterým směrem se vydat dále. Teoretičtí fyzikové vyhlížejí nový výsledek, který by jim naznačil směr dalšího postupu. Velmi dobrou stopou by byl samozřejmě objev nové částice, kterou standardní model nepředpovídá a která se mu vymyká, ale stejně dobře by mohlo posloužit například i nějaké nestandardní, nevysvětlené chování nějaké známé částice. Ve fyzice tak existuje celá řada více či méně „divokých“ hypotéz, které míří, obrazně řečeno, za standardní model. Úplně pro ně však chybí experimentální důkazy. LHC dokázal celou řadu z nich vyloučit tím, že neobjevil částice, které tyto hypotézy předvídaly, nic jiného však neobjevil. Z hlediska fyzikálního je to jistě zajímavá situace, protože vědci před sebou mají úplně neprobádané území. Otázkou je, zda jejich vzrušení z nejistoty a zvědavost budou sdílet vlády a veřejnost zemí, které projekt musejí nakonec zaplatit. Celková cena za velký urychlovač FCC by podle představitelů CERNu měla přesáhnout 20 miliard eur v dnešních cenách. Po započtení inflace a předpokládatelných zpoždění, kterým se u podobného projektu jde jen těžko vyhnout, půjde o částku ještě vyšší. /jj/
