Urychlovač LHC: Objevy paralelních vesmírů, nebo konec světa?

O právě spouštěném urychlovači částic LHC ve švýcarském středisku CERN lze na internetu vyčíst buď bujaré diskuse o nových dimenzích, částicích a paralelních vesmírech, nebo katastrofické scénáře, kterak se bude LHC podílet na konci světa.

Zkusme si podívat nezaujatým pohledem na celé dění kolem této nejdiskutovanější události tohoto roku na poli vědy a techniky.

Ač se server DSL zaobírá převážně tématikou internetu a komunikací, článek o největší vědecké události poslední doby zde má své místo. Vždyť právě ve středisku CERN má kořeny i celosvětová síť internet, bez kterého si většina z nás neumíme představit moderní život. Jelikož mě problematika urychlovačů vždy zajímala, sledoval jsem spuštění LHC s velkým očekáváním a úžasem nad pokrokem, jehož budeme svědky. Bohužel, odborné magazíny publikují často úžasná očekávání výsledků pokusů, které se v LHC uskuteční, bulvár pak zmiňuje konec světa, vypouštění miniaturních černých děr nebo vznik nové hmoty, která všechno pohltí. Skutečnost je tedy někde uprostřed těchto krajních úvah. Podívejme se tedy na celou problematiku z nadhledu a pokusme se shrnout všechny známé fakta, teze a informace o LHC.

Jak urychlovač funguje a k čemu slouží

V první fázi si vysvětlíme, k čemu urychlovače slouží a proč se vědci ženou stále za výkonnějšími verzemi. Jednak lze díky srážkám částic v urychlovači získat, resp. potvrdit existenci částic nových, dosud neznámých nebo jen předpokládaných. Dále lze díky srážkám částic sledovat co nejmenší detaily struktury hmoty, tedy jakýsi částicový mikrosvět. Další důvod spočívá v možnosti simulovat fyzikální podmínky, jaké panovaly při zrodu vesmíru. Tím lze studovat chování hmoty v extrémních teplotách a při extrémním tlaku.

Řada lidí vnímá urychlovače jako kruhový tunel, ve kterém se vystřelují částice a prohánějí stále dokola. Nutno podotknout, že v začátcích výzkumů se kruhový model nevyužíval (využívaly se lineární urychlovače), k němu se přešlo až po určité době vývoje. Urychlovač dokáže urychlit jen takové objekty, které jsou elektricky nabité. Samotné urychlení částic probíhá díky elektrickému poli elektrody. To ale pro dosažení velkých rychlostí nestačí. Dalším předpokladem je co možná nejhlubší vakuum. To se v urychlovači udržuje pomocí vakuových pump.

K udržení vakua přispívá i výkonné chlazení, které dokáže vyvinout teplotu cca -271 stupňů Celsia, což je jen krůček od absolutní nuly. Chlazení má v urychlovači i další význam. Urychlený svazek je nutno vést a ovlivňovat jeho dráhu. To se děje pomocí supravodivých magnetů – tyto magnety potřebují ke své práci teplotu tekutého helia. Technicky se urychlovač skládá z urychlovací trubice, která má velmi malý průměr. Kolem ní jsou soustředěny zmíněné supravodivé magnety ovlivňující dráhu svazku částic. Při srážkách dochází ke značné radioaktivitě, takže je nutné, aby urychlovač disponoval nejmodernějším bezpečnostním systémem soustředěném do velínu.

LHC se představuje

Zkratka LHC vychází z anglického sousloví Large Hadron Collider – neboli volně přeloženo – Rozměrný hadronový srážkovač. Díky využití supravodivých magnetů je LHC označován také jako supravodivý urychlovač.  LHC je urychlovač protonových částic, předchozí urychlovač LEP, na jehož místě LHC vnikl, urychloval elektrony a pozitrony. Výhodou protonového urychlovače je, že při správné konstrukci může urychlovat kromě protonů i jádra, a to třeba i ta nejtěžší. LHC je instalován v kruhovém tunelu o obvodu 27 km v hloubce 50-150 m pod zemí. Tunel byl postaven roku 1980 pro předchozí velký urychlovač Large Electon-Positron (LEP). Zajímavostí je, že tunel není umístěn vodorovně, ale má mírný sklon, protože tehdejší technologie nebyly schopny zajistit vyhloubení skrz některé horniny. Tunel přechází mezi hranicemi Francie a Švýcarska ve čtyřech místech, nicméně jeho většina leží ve Francii. Přestože je tunel pod zemí, na povrchu se nachází některé budovy umožňující jeho existenci (např. kompresory, ventilace, chladicí zařízení a ovládací stanice). Více informací naleznete zde.

Očekávané přínosy urychlovače LHC

Na LHC se budou provádět dva typy výzkumů. Prvním typem je studium srážek protonů. Zde jde o dovršení našeho poznání standardního modelu hmoty a interakcí a hledání projevů vyšší teorie (nové fyziky), která by standardní model obsahovala, ale dokázala by popsat chování hmoty při ještě vyšších energiích a při ještě menších rozměrech. Druhým typem výzkumů budou srážky těžkých jader. Při nich je hlavním cílem zkoumání jaderné hmoty při velmi vysoké teplotě a velmi vysoké hustotě energie. Jde o přesně takovou hmotu, která zde byla velmi krátce po vzniku našeho vesmíru.

Kromě těchto obecných očekávání jsou ve vědecké komunitě i očekávání daleko konkrétnější. Především by měla být potvrzena existence jednoho nebo více Higgsových bosonů. Kromě něj jsou očekávány i další, dosud neznámé částice. Experiment ALICE by měl podrobně prostudovat nový stav jaderné hmoty za velmi vysoké teploty a hustoty, který byl objeven v předchozích experimentech na urychlovačích SPS a RHIC. Jedná se o systém složený z volných kvarků a gluonů – kvark-gluonové plazma.  Nalezení projevů dalších rozměrů plynoucích ze strunových teorií, mikroskopických černých děr, podivnůstek, magnetických monopolů je daleko méně pravděpodobné.

Fantastické teorie a nové objevy

Na internetu se můžeme dočíst také skvělé teze o přínosech urychlovače LHC. Jedna z nich například hovoří o potvrzení více rozměrů. Jiné teorie zase připouštějí existenci paralelních vesmírů, které by mohl LHC pomoci odhalit. Právě zmíněný Higgsův boson by mohl být částicí, schopnou cestovat mezi jednotlivými dimenzemi. Další výkřik do tmy je univerzální teorie všeho. Mělo by se jednat o sloučení Newtovonových gravitačních zákonů a kvantové mechaniky do jednotné teorie všeho. Sloučení těchto modelů v současné době není možné, neboť se vzájemně vyvracejí. Nové poznatky by tak mohly otevřít bránu k univerzální teorii, kterou bychom mohli popsat jakýkoli děj.

Katastrofické scénáře konce světa

Často se také na internetu diskutují katastrofické scénáře zániku světa, který bude vyvolán právě kvůli pokusům na LHC. Několik vizí lze vidět také na Youtube, například zde. Hlavní témata zastrašovačů jsou podivnůstky, fázový přechod vakua, vznik černé díry či vznik mnoha mikroskopických černých děr. Podívejme se na jednotlivé hrozby samostatně.

Podivnůstky – V zásadě jde o vznik nové hmoty Kvark-gluonového plazma s větším množstvím kvarků typu „s“. Existují hypotézy, že toto podivné plazma zůstane po svém vzniku stabilní nebo metastabilní i za normálních podmínek. Podivné kvark-gluonové plazma by v takovém případě bylo stabilnější než normální hmota. V případě, že by se setkalo s normální jadernou hmotou, mohlo by fungovat jako katalyzátor a přeměňovat ji na podivné kvark-gluonové plazma. Tím by teoreticky mohla být celá planeta přeměněna na jednu velkou podivnůstku.

Fázový přechod vakua – Kritici LHC tvrdí, že pokusy v rychlovar by mohly vyvolat fázový přechod vakua. Při fázových přechodech se velmi drasticky měnily vlastnosti vesmíru. Tím bychom ovlivnili nejen život na Zemi, ale také stav celého vesmíru.

Vznik černé díry - Třetí možnost, která se uvažuje nejčastěji, je vznik černé díry, která by Zemi pohltila. To zobrazuje i animace zmiňovaná na výše. Pravděpodobnost tohoto scénáře je dle odborníku mizivá.

Mikroskopické černé díry – Zde již pravděpodobnost vzniku miniaturních černých děr je mnohem vyšší, než u „klasické“ vesmírné černé díry. Co se stane, když taková mikroskopická černá díra na urychlovači LHC vznikne? Její hmotnost je velmi malá. Měla by se tedy velmi rychle vypařit v podobě Hawkingova záření. Kritici ale poukazují na to, že se tak nestane a časem nás obklopí tisíce mikroskopických černých děr.

Závěrem

Osobně nevěřím, že nastane úžasný objev ani světová katastrofa. Jistě LHC přinese nové poznatky o hmotě, mikrosvětě částic a možná i přispěje k přepsání některých fyzikálních zákonů. Že by nám ale kvůli tomu ujela tramvaj do práce, to nepředpokládám. Koho tato problematika více zajímá, nechť navštíví stránky vědce Vladimíra Wagnera, zejména sekci populárních článků.

25. 9. 2008

Autor: David Procházka