Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 1998  > duben  > obsah

CERN 1998 aneb Za tajemstvím hmoty

Rozhovor s prof. Ing. Jiřím Niederlem, DrSc., předsedou Výboru pro spolupráci ČR s CERN, Fyzikální ústav AV ČR

CERN je největší laboratoř fyziky částic na světě. Vznikla v roce 1954 a leží na francouzsko-švýcarské hranici západně od Ženevy. Je příkladem přímo vzorné mezinárodní spolupráce. Na výzkumu v CERN se totiž podílejí nejen odborníci z jejích 19 evropských členských zemí, ale celkem víc než polovina všech subjaderných a jaderných fyziků na světě, tj. asi 6500 vědců z 350 univerzit a výzkumných institucí z více než 80 zemí.

Pane profesore, CERN má dnes ve světě pozici vedoucí laboratoře fyziky částic. Dá se říci, že se tu vědci z celého světa snaží přijít na kloub tajemství hmoty?

Dá, i když se v CERN řeší i další problémy. v CERN se totiž nejen zkoumají vlastnosti a chování nejmenších částic hmoty, ale i fundamentální síly, které mezi těmito částicemi působí. Jinými slovy fyzikové v CERN hledají odpověď jak na otázku "Co je hmota?", tak i "Odkud pochází?" a "Jak z ní vznikly a vznikají tak složité objekty, jako jsou hvězdy, planety až i sám člověk?". Jsou to otázky, jejichž řešení vedou k nejhlubším našim poznatkům i ke zlepšení našeho bytí.

Fotografie z CERN, snímky událostí mezi částicem nebo jejich záznamy viditelné jen pomocí elektroniky, zobrazují často fantastické miniaturní ohňostroje. Říká se, že jsou obrazem toho, jak to asi ve vesmíru vypadalo po tom, co výbuchem vznikl, neboli co nastal Velký třesk. Jak tomu rozumět a co se vlastně v CERN konkrétně dělá?

V CERN pracují teoretici, kteří vymýšlejí smělé domněnky o tom, jak je vytvořena a funguje příroda kolem nás, ale hlavně tam pracují experimentátoři, kteří jednak prověřují, do jaké míry představy jejich teoretických kolegů odpovídají skutečnosti, jednak se snaží objevit v přírodě jevy, o kterých se teoretikům dosud nesnilo.

Milion atomů položených jeden vedle druhého představuje asi tloušťku lidského vlasu. Chceme-li sílu vlasu překlenout pomocí elementárních částic - objektů, které studují subjaderní fyzici - musíme jich vzít asi stotisíckrát víc než atomů. "Vidět" objekty tak malé můžeme jen pomocí nejvýkonnějších "mikroskopů" - urychlovačů a detektorů částic. Chceme-li totiž zkoumat strukturu hmoty na menších a menších vzdálenostech, musíme použít jako sond částic (střel) s vyšší a vyšší energií. A právě takové částice nám umožňují připravit urychlovače - zařízení pracující na stejných principech jako obrazovky televizorů v našich domácnostech. v detektorech částic pak zachytíme srážky urychlených částic-střel s částicemi vytvářejícími materii (terč) a tím "zjistíme" strukturu hmoty. s růstem energie srážek částic-střel s částicemi v terči napodobujeme však také události, které se odehrávaly při vyšších a vyšších teplotách, tedy blíže a blíže k Velkému třesku. Současné urychlovače a detektory umožňují fyzikům získat informace o stavu vesmíru v 10-12 vteřiny po Velkém třesku. Některé teoretické úvahy jdou dnes dokonce ještě mnohem dál - ke stavu vesmíru v 10-43 vteřiny po Velkém třesku.

V souvislosti s CERN se často hovoří o zvláštních urychlovačích - srážečích -zařízeních, v nichž se urychlují dva svazky částic najednou, a to v opačných směrech. Při srážkách těchto vstřícných svazků dochází k lepšímu využití urychlovače, respektive energie jím urychlovaných částic (terč není v klidu, ale pohybuje se proti střelám), a tedy i k produkci srážek s maximálně dostupnou energií, jež zachycují příslušné detektory. Na obrázcích jsou to úctyhodné stavby, připomínající ve srovnání s lidskou postavičkou před nimi kolosy dávných věků, doklady umu někdejších civilizací.

Jestliže kolosy a pyramidy dokládají úroveň dřívějších civilizací, tak dnešní urychlovače a detektory v CERN představují největší a nejsložitější výzkumná zařízení, která kdy lidé sestrojili. Například velký urychlovač vstřícných svazků elektronů a protonů v CERN, tzv. LEP, je kruhové zařízení dlouhé 27 km, umístěné v tunelu asi 50-150 m pod povrchem země, a příslušné detektory jsou zase přístroje rozměrů tří- až čtyřpatrových domů, váhy 3000 tun a se schopností zachytit 40 000 srážek elektronů s positrony za vteřinu.

A to je nic proti tomu, co se chystá. Nový superurychlovač v CERN, tzv. LHC, bude používat několik tisíc supravodivých magnetů budících pole 10 Tesla a pracujících při teplotách kolem 1,8K (asi -271o C) a jeho detektory budou rozměrů desetipatrových domů a se schopností zachytit až 800 milionů srážek vysokoenergetických silně interagujících částic za vteřinu. To bude vyžadovat zpracování takového množství informací, které je dnes typické pro telekomunikační a informační systémy všech evropských zemí dohromady. CERN není tedy jen prvotřídní fyzikální laboratoří, ale i mohutným informačním a výpočtovým centrem, v němž se zpracovává gigantické množství dat, vyvíjí nová informační síť a výpočtová technika. Nepřekvapí proto, že dnes nejčastěji používaná síť, tzv. www, je děckem zrozeným v CERN.

Laboratoř CERN tedy funguje i jako líheň technologií a materiálů 21. století?

Ano, výzkum v CERN svojí náročností stimuluje rozvoj a vývoj špičkových technologií a nových materiálů, a to např. v oblasti supravodivých magnetů, vakuové a kryogenní techniky, vývoj nových, v přírodě neexistujících krystalů, vývoj pikosekundové, radiačně odolné elektroniky a optoelektroniky, nejprogresivnější výpočtové techniky apod.

To všechno jistě souvisí i s průmyslem?

Ano, CERN průmyslu svých členských zemí poskytuje informace o špičkových technologiích vyvinutých v CERN či umožňuje mu se podílet na vývoji těchto technologií, dává mu možnost získat různé zakázky, stejně jako zvyšovat kvalifikaci jeho techniků. Řada technologií vyvinutých v CERN se již začíná průmyslově uplatňovat: např. supravodivé magnety pro budoucí rychlovlaky, detekční systémy a svazky částic k nejprogresivnější diagnostice a léčbě nádorových onemocnění.

Podle Světové zdravotnické organizace do roku 2010 bude každý třetí obyvatel Evropy postižen nádorovým onemocněním. Dosavadní způsoby léčby (chirurgické, ozářením, chemoterapií), které nyní vedou k uzdravení 45 % postižených, se budou muset výrazně zlepšit. Uzdravit další pacienty se zdá možné jen přesnější diagnostikou, která zachytí nádorové onemocnění již v ranné fázi, a účinnější likvidací nádorů, a to co možná bez poškození okolních zdravých tkání nebo důležitých orgánů.

Takové možnosti nabízí fyzika částic vyvíjená v CERN. Detektory, které zachycují srážky částic, totiž mohou s velkou přesností (zlomky mm) zachycovat též nádorová ložiska a urychlené svazky protonů nebo iontů, mohou nádory se stejnou přesností likvidovat, a to účinněji než dosud používané rentgenové paprsky díky zcela jinému mechanizmu předání ničivé dávky energie do nádoru. Navíc nedochází při ozáření svazky protonů k poškození zdravých okolních tkání či orgánů. Tak u některých nádorů orgánů (např. oka) stoupá pravděpodobnost vyléčení z dosavadní nuly až na 93 %!

CERN vyvíjí i léčebné metody, při nichž se zdroj destrukčního záření ve formě vhodného radioizotopu umístí přímo do nádoru a při nichž stejný radioizotop pouze jiným svým způsobem rozpadu dovoluje i zjišťovat velikost destrukční dávky předané nádorovým tkáním, a tak podstatně snížit riziko opětné regenerace nádoru. A to nemluvím o detekčních metodách fyziky částic, které dávají zcela nové možnosti studia fyziologických procesů v organizmu apod.

Česka republika měla to štěstí, že byla přijata mezi členské země CERN. Jednání začala už v roce 1968, ale srpnová invaze všecky kontakty přerušila. Členským státem jsme se stali ještě jako Československo až 1. ledna 1992 a pak jako Česká republika od 1. července 1993. Dostali jsme tak, jak jste říkal, nejen možnost podílet se na prvotřídním výzkumu struktury hmoty, ale otevřel se nám i přístup k špičkovým technologiím, novým materiálům, nanosekundové a pikosekundové elektronice, k nejprogresivnější výpočetní a vakuové technice. Česká republika také dostala možnost tyto technologie a technický pokrok zavádět do svého průmyslu a výzkumných institucí, získat zakázky pro průmysl. Jak si stojíme v CERN dnes, po pěti letech našeho členství?

Spolupráce České republiky s CERN je dnes rozsáhlá a dá se říci, že úspěšná. Účastní se jí přes 250 vědců, techniků a studentů z 8 vysokoškolských a akademických pracovišť, a to nejen z Prahy. v oblasti základního výzkumu se tato spolupráce soustřeďuje na řešení celého spektra teoretických otázek i na sedm důležitých experimentů ze subjaderné i jaderné fyziky. Úspěšně se podílíme i na vývoji deseti progresivních technologií od nové generace radiačně odolných detektorů, laserového zdroje těžkých iontů přes nanášení mikroskopických vrstev kovových materiálů (např. niobu na povrch rezonančních urychlovacích dutin) až po vývoj výpočetní techniky a software pro experimenty příští generace. Úspěšné bylo i získání řady průmyslových zakázek z CERN, jejichž objem přesahuje náš příspěvek do této organizace.

Není to tak dávno, co lidé věřili, že nejmenší částicí hmoty je atom, z něhož vznikají seskupení, která jsou základem všeho, co tvoří náš Vesmír. Ale pak byly objeveny elektrony, atomové jádro bylo rozbito a objevily se protony a neutrony, v nichž byly zjištěny kvarky. Půjde to tak pořád dál? Jaké překvapení chystá CERN?

O existenci kvarků máme jenom nepřímé důkazy a máme i důvod, a to principiální, že pozorovat přímo kvarky nebudeme moci ani v budoucnu (tzv. uvěznění kvarků v protonu apod.).

V roce 1997 CERN významně zmodernizoval své urychlovače, detektory i způsob zpracování experimentálních dat, což mu má umožnit získat zcela unikátní fyzikální výsledky. Modernizace zařízení se především týkala velkého urychlovače Large Electron Positron Collider - LEP. Znamenala zvýšení celkové energie jeho vstřícných svazků elektronů a positronů ze 140 GeV na 183 GeV. To mimo jiné podstatně zvýšilo šanci objevit v CERN tzv. Higgsovu částici, kýženou částici, která je patrně klíčem k pochopení vzniku hmoty ve Vesmíru.

Rovněž nadějně pokračují v CERN experimenty jak na vysvětlení faktu, že Vesmír kolem nás je prakticky výlučně stvořen z částic, a ne napůl z částic a napůl z antičástic, tak i experimenty, které by měly odhalit složení 90 % hmoty Vesmíru, o které dosud skoro nic nevíme. A samozřejmě CERN připravuje i budoucí generaci experimentů, které by měly vyjasnit otázku tzv. superčástic, či otázku nových exotických skupenství hmoty apod.

Je tedy na dosah rozluštění tajemství hmoty a vytvoření tzv. finální teorie?
Takové otázky se asi ve světě vědy nekladou. Nebo se na ně alespoň neodpovídá.
Věda, při vší své neodbytnosti, je zdrženlivá, cudná. Nebo opatrná?
Ví své. Zná míru svých možností, hodnotu času, tíhu nevědění, lesk poznání, cenu trpělivosti, Sisyfovský úděl hledajících.
Na prahu 21. století míří v nejrůznějších svých oborech stále rychleji přicházejícími objevy k dalším slabikám odpovědi na zneklidňující otázky, které si lidstvo odedávna kladlo: Kdo jsme ? Kde jsme? Odkud přicházíme a kam směřujeme? A proč?

Připravila Sylva Daníčková