Česká republika a DESY Hamburk

Skupina 12 fyziků z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze se účastní experimentu H1 na vstřícných svazcích elektronů a protonů HERA. V experimentu se provádí výzkum struktury hmoty v měřítku 10 - 16 cm, což představuje nejmenší dosažitelné rozměry. Hmota se s tímto rozlišením jeví složena ze vzájemně interagujících kvarků, gluonů, leptonů, fotonů a intermediálních bozonů. Výsledky měření fyzikálních procesů v experimentu H1 jsou publikovány ve 100 původních vědeckých pracích v kolektivu 350 fyziků ze 40 evropských laboratoří včetně dvou pražských. Spolupráce na experimentu H1 pomáhá při výchově mladé generace fyziků. Na výsledcích měření bylo obhájeno šest diplomových a dvě doktorandské práce.

O výzkumu připravovaném na další léta informovala dne 15. listopadu 2000 v Malé aule Karolina v Praze přednáška prof. Albrechta Wagnera, ředitele německého výzkumného ústavu Deutsches elektronen synchrotron (DESY) Hamburk. Přednáška byla zaměřena na nový projekt TESLA, který se v případě schválení bude realizovat v DESY v příštích deseti letech.

V současné době jsou v DESY v provozu tři urychlovače HERA, DORIS a PETRA, umožňující jak základní výzkum ve fyzice elementárních částic, tak v aplikacích, které používají synchrotronní záření. Různých oblastí výzkumu se zúčastňuje asi 3500 vědeckých pracovníků z celého světa. Česká republika spolupracuje rovněž s DESY, např. od roku 1987 v rámci experimentu H1 umístěném na urychlovači HERA. Skupina fyziků z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR a Matematicko - fyzikální fakulty UK se podílí na výzkumu struktury hmoty v měřítku, které odpovídá stomiliontině rozměru atomu.

Obsahem nového mezinárodního projektu TESLA jsou 2 lineární urychlovače umístěné v tunelu o délce 30 km, kde se budou srážet elektrony a pozitrony o supervysokých energiích 250 miliard elektronvoltu. Kromě toho vysoce kvalitní elektronový svazek dovolí produkovat koherentní synchrotronní záření, které bude základem tzv. elektronového laseru, jehož intenzita přesáhne tisíckrát intenzitu na všech dosud přístupných zařízeních podobného typu. Laser umožní široký aplikační výzkum v chemii, biologii a ve struktuře materiálu. V současné době je v provozu testovací část, která bude v nejbližší době rozšířena a bude od roku 2003 přístupná pro výzkumnou činnost. Kolem projektu TESLA bude vytvořeno interdisciplinární centrum založené na široké mezinárodní spolupráci.

Záměrem přednášky prof. A. Wagnera bylo poukázat na výzkumné možnosti otevírané projektem TESLA v širokém spektru vědních oborů.

red.

Interview s profesorem Albrechtem Wagnerem, předsedou rady ředitelů německého výzkumného centra DESY

DESY je vědecké centrum s podobným zaměřením jako laboratoř CERN v Ženevě. Jaký je rozdíl mezi jejich výzkumnými programy?

Ano, DESY můžeme srovnávat s CERN, obě střediska primárně provádějí výzkum v oblasti fyziky elementárních částic. DESY je však specializovaná laboratoř s přesně definovanou úlohou - vyvinout a provozovat mohutný urychlovač elementárních částic a využívat jej jednak pro stejné účely jako CERN, jednak pro výzkum synchrotronního záření, jež je užitečné i pro obory mimo vědní oblast fyziky. Na rozdíl od CERN má DESY v plánu užívat tento urychlovač rovněž pro generování měkkého rentgenového záření, které může sloužit jako nový, unikátní nástroj při zkoumání struktury hmoty.

Váš nový projekt, urychlovač TESLA, má tedy přinést úplně nové možnosti; v čem spočívá jeho unikátnost?

TESLA (TeV-Energy Superconducting Linear Accelerator) je přístroj, který bude vystřelovat elektrony proti jejich antičásticím, pozitronům. Pokusy provedené v minulosti dokázaly, že tento typ urychlovače (jenž je pro urychlování elektronů na velmi vysoké energie efektivnější než známější typ kruhového urychlovače) významně přispívá k pochopení vlastností částic a detailních mechanismů působení sil na této úrovni. Nový přístroj, který plánujeme postavit v DESY, umožní pracovat s vyššími energiemi než dosud a snad pomůže vědcům odhalit další tajemství původu hmoty.

Dnešní stadium poznání organizace hmoty vychází z podobného systému jako periodická soustava prvků, v níž má každý prvek místo podle uspořádání elektronů v obalu atomu. Podobný, ale jednodušší model existuje i o úroveň níž v oblasti elementárních částic - hmota se skládá z dvojic kvarků a leptonů, které tvoří tzv. rodinu. Celkem tři různé rodiny tvoří tři základní stavební kameny, z nichž je vystavěn celý svět.

Výzkum elementárních částic probíhá již desítky let, ale dosud neznáme odpověď na klíčovou otázku. Víme, že existují tisíce různých modifikací hmoty, že jsou různé druhy částic, lehké a těžší, některé nemají vůbec žádnou hmotnost… Co nevíme, je PROČ příroda stvořila různě hmotné částice. Celý vesmír je navíc kromě částic plný "věcí", které necítíme, tzv. polí (např. elektromagnetické, gravitační). Jakmile však umístíme jinak nehmotnou částici do nějakého pole, začne jej ovlivňovat a sama zpětně také mění svou hmotnost. Dá se to přirovnat k večírku se spoustou lidí v jedné místnosti a efektu, který nastane, když náhle na slavnost přijde známá osobnost a hosté se kolem ní shluknou. Tím je omezena schopnost volného pohybu dotyčného - musí vynaložit více úsilí na vytvoření si prostoru. Stejně tak částice získá větší hmotnost. Z této myšlenky vychází dnešní teorie vlastností různých typů částic a jejich chování za různých okolností a tuto teorii je třeba experimentálně ověřit.

Nové možnosti výzkumu, k nimž patří i projekt TESLA, nám dovolují doufat, že budeme moci laboratorně simulovat podmínky, jež podle našich představ panovaly při Velkém třesku na počátku vzniku vesmíru, a zjistit, co se stalo v první, řekněme, pikosekundě.

Pro které další vědní obory mohou být výsledky plánovaných experimentů na tomto zařízení přínosem?

Využití TESLA v jiných oborech vychází z výzkumu synchrotronního záření. V urychlovači vzniká elektronový paprsek, krátký a koncentrovaný, který je schopen poskytnout vědě nástroj, jaký již dlouho hledala - superintenzivní rentgenový laser. Lasery se běžně používají při analýze struktury látek. Tento však bude schopen vytvořit ve stejném čase bilionkrát více snímků a jeden obrázek zachytí dění během setiny femtosekundy. Jejich řazením vznikne jakýsi film zachycující vývoj probíhající např. v molekule bílkoviny. V současnosti můžeme zkoumat strukturu pouze poloviny všech bílkovin, těch, které jsou v krystalické podobě, využití laseru by tedy přineslo fascinující možnosti dalšího výzkumu v biologii a chemii.

Jak je stanoven harmonogram prací - zhodnocení projektu, výstavba, uvedení do provozu?

Na projektu pracujeme už osm let, zatím jsme řešili odborné aspekty fungování urychlovače. Kompletní odborná a technická dokumentace výstavby celého zařízení bude zpracována během příštího roku. Poté bude projekt předložen německé spolkové vládě. Doufáme ve schválení v roce 2002 a v ukončení výstavby v roce 2010.

DESY je německé národní výzkumné centrum. Za jakých podmínek se mohou projektu zúčastnit vědci z dalších zemí?

V současné době využívá stávající zařízení v DESY asi 3400 našich spolupracovníků. Z nich je 1200 fyziků se specializací na fyziku elementárních částic a 2200 odborníků zabývajících se synchrotronním zářením. Jsou mezi nimi mineralogové, krystalografové, experti na fyziku pevných látek a především chemici a biologové. Rovněž TESLA je mezinárodní projekt, na němž už nyní spolupracuje 40 vědeckých ústavů z 11 zemí. Předpokládám, že mezinárodní kooperace při výstavbě zařízení bude fungovat na principu kompletování částí vyrobených různými pracovišti a financovaných v rámci vědeckých programů různých zemích. Časem snad vytvoříme celosvětovou síť institucí se stejným zaměřením.

Jakou možnost spolupráce mají vědci z České republiky? Jaký bude podíl Fyzikálního ústavu AV ČR na připravovaném projektu TESLA?

Přijel jsem na pozvání Fyzikálního ústavu do Prahy právě proto, abych představil náš projekt a zjistil zájem a možnosti spolupráce. Jednáme s Akademií věd a s Univerzitou Karlovou. Vaše vědce známe již z dřívějších projektů a víme že některé týmy mají zájem participovat na novém projektu, zvláště na výzkumu v oblasti fyziky elementárních částic.

LENKA REICHOVÁ