Prof. Branislav Sitár: CERN je vlastne obrovská fabrika na výsledky

14. máj. 2018 • Fyzikálne vedy

Prof. Branislav Sitár: CERN je vlastne obrovská fabrika na výsledky

Najväčšie laboratórium časticovej fyziky na svete už vlastne ani nie je potrebné nejako špeciálne predstavovať. Samotný názov CERN je skratkou pre Európsku organizáciu pre jadrový výskum, medzinárodnú organizáciu štátov so sídlom v Ženeve vo Švajčiarsku. V CERN-e sa skúmajú základné vlastnosti hmoty a energie, elementárnych častíc a fundamentálnych síl a tiež tu nájdeme najväčší urýchľovač častíc na svete – tzv. LHC. Slovensko je členským štátom CERN-u od roku 1993. Naši vedci pracujú na dvoch tamojších experimentoch  – ATLAS a ALICE. S profesorom Branislavom Sitárom z Katedry jadrovej fyziky a biofyziky, Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave (FMFI UK) sme hovorili predovšetkým o druhom z nich ALICE (A Large Ion Collider Experiment).

A. DEVÁNOVÁ: Skôr než sa dostaneme k samotnému projektu, asi by sme mali začať Higgsovým bozónom. Mnoho vedcov spochybňuje verejnosťou obľúbený názov Božská častica, pretože vraj preháňa význam tejto častice. Čo si o to myslíte? Je tento názov prehnaný?

B. SITÁR: Názov „Božská častica“ nevymysleli fyzici, ale novinári, takže vedci ho nemajú veľmi v láske. A je to podľa mňa správne. Je to príliš prehnaný výraz. Pôvodný názov v preklade znamená skôr pekelná, než Božská častica. Na druhej strane bol jej objav veľmi významný. Potvrdilo sa tým určité fyzikálne smerovanie. Keby sa nebola objavila, to smerovanie by bolo iné alebo by sme nevedeli kam presne smerujeme. Dá sa povedať, že ide o objav desaťročí. Na tento objav sa čakalo 48 rokov. Toľko totiž ubehlo odvtedy, čo ho šesť fyzikov –teoretikov predpovedalo. Až o tak dlhý čas sa táto častica experimentálne našla. Hľadá sa skutočne veľmi ťažko.

A. D.: Čím je to spôsobené, že sa ťažko hľadá, objavuje?

B. SITÁR: Pretože je veľmi ťažká, a to myslím svojou hmotnosťou. Tým pádom sa jej rodí veľmi málo a navyše keď už vznikne, je ťažké ju identifikovať. Hovoríme o hmotnosti približne 125 gygaelektrónvoltov. Pre laickú predstavu, je asi 130-krát ťažšia ako protón, je skutočne ťažká.

A. D.: Objav tejto častice asi nie je dôležitý len pre ňu samotnú. Prečo teda?

B. SITÁR: Je dôležitá hlavne kvôli Higgsovmu mechanizmu, resp. Braut-Englert-Higgsovmu mechanizmu. Tento mechanizmus je veľmi dôležitý pre objasnenie vzniku hmoty po Veľkom tresku. Súvisí so spontánnym narušením symetrie, a to konkrétne elektroslabej symetrie. Pri Veľkom tresku bola vo vesmíre len čistá energia a až potom sa vytvorila hmota, čo bol krátky proces trvajúci menej ako miliardtinu sekundy. Hmota vznikla spomínaným spontánnym narušením symetrie, v ktorej hrá dôležitú úlohu Braut-Englert-Higgsov mechanizmus. A objav Higgsovho bozónu je dôkazom toho, že to tak skutočne bolo. Dvaja z týchto troch pánov získali za popísanie tohto mechanizmu aj Nobelovu cenu.

A. D.: Ako pri experimentoch viete, že ide o Higgsov bozón?

B. SITÁR: Predpokladáme (citujem teoretického fyzika Michelangela Mangana, CERN), že „náš priestor je vyplnený tzv. Higgsovým kondenzátom a keď po ňom buchneme, tak z toho Higgs vyskočí“. V priestore sú prítomné kvantové fluktuácie, a keď v jednom momente dodáme veľmi veľa energie do jedného bodu (toto presne na experimentoch na LHC robíme), Higgs (h) z priestoru vyskočí, ale len na krátky okamih, následne sa hneď rozpadne. To, čo vidíme v experimentoch, sú rozpady h, no stále s jeho hmotnosťou 125 GeV. Podľa toho vieme, že je to častica, že je to Higgsov bozón. Takto získavame dôkaz, že h existuje.

A. D.: Existujú však aj teórie o tom, že Higgsov bozón nie je možno jediný...

B. SITÁR: To je pravda. Nevieme, či ich nie je viac. Existuje teória, že ich môže byť až päť, a to by úplne zmenilo vnímanie fyziky. S týmto sa však stretávame často. Existuje množstvo teórií, ktoré sa potvrdia, alebo vyvrátia, až po desiatkach rokov. Naše ľudské vnímanie je veľmi obmedzené. To že niečo nevidíme, neznamená, že to neexistuje. To len my nie sme prispôsobení na to, aby sme to vnímali. Prechádzajú cez nás rôzne častice, či kvantá energie, ktoré nevyžarujú ani neodrážajú svetlo, takže ich nemôžeme vidieť, ani vnímať zmyslami, ako napríklad infračervené svetlo, ultrazvuk, neutrína a podobne.

A. D.: Spomínali ste, že dosiaľ máme preskúmané len asi 4 % vesmíru, pričom zvyšok tvorí tmavá hmota a tmavá energia. Môžete nám o tom povedať niečo viac?

B. SITÁR: Astronómovia a astrofyzici vidia vo vesmíre mnoho javov, ktoré súčasná fyzika nedokáže objasniť. Bežná hmota, z ktorej sa skladajú všetky predmety okolo nás tvorí len 4 % energie vesmíru. Hovorím o energii, lebo stopercente platí Einsteinov vzťah E=mc2, podľa ktorého môžeme a vieme premieňať energiu na hmotu a naopak. To v CERN-e robíme denne, tvoríme nové častice (hmotu, antihmotu, Higgs, atď.) z energie. Hmotnosť všetkých hviezd a planét vo vesmíre predstavuje len 0,5 % energie vesmíru. Do 4 % to dopĺňa medzihviezdny plyn a prach. Toto všetko dohromady voláme viditeľná hmota. Viditeľná preto, že ju môžeme vidieť ako žiari alebo odráža viditeľné (aj neviditeľné) svetlo, odborne povedané, že elektromagneticky interaguje. Astronómovia však namerali, že galaxie (aj naša Mliečna dráha) neobsahuje dosť viditeľnej hmoty (dosť gravitačnej sily) na to aby sa nerozpadla a naše Slnko z nej neutieklo. Nápad, ktorý by to vyriešil je, že galaxia musí obsahovať asi päťkrát viac hmoty, ktorá je však iná – neviditeľná, preto ju nazvali tmavá hmota. Hľadanie častíc, ktoré by mohli tvoriť tmavú hmotu je teraz jednou z priorít experimentov vCERN-e. Zatiaľ sme však nič nenašli, no hľadať neprestávame. Elementárne častice, z ktorých sa skladá viditeľná hmota dobre popisuje Štandardný model. Nie je to fyzikálne konzistentná teória, preto to nazývame model a nie teória, ale je zaujímavé že neuveriteľne dobre súhlasí s experimentmi. Napriek tomu v CERN-e intenzívne hľadáme niečo, čo je za Štandardným modelom.

A. D.: Experiment ALICE skúma zrážky ťažkých iónov pri vysokých energiách. Môžete nám skúsiť vysvetliť o čo presne ide?

B. SITÁR: Moja skupina pracuje na experimente ALICE, ktorý sa zaoberá hlavne výskumom novej formy hmoty – kvarkovo gluónovej plazmy. Takáto hmota existovala vo vesmíre milióntinu sekundy po Veľkom tresku. Moderné urýchľovače ako LHC umožňujú realizovať zrážky iónov olova v extrémnych podmienkach aké boli vo vesmíre milióntinu sekundy po Veľkom tresku. Pri každej zrážke sa vyprodukujú tisíce elementárnych častíc, ktoré nesú informáciu o tom, akými stavmi prechádzala jadrová hmota po zrážke. Našou úlohou je vybrať vhodné signály, pomocou ktorých by sme mohli určiť jej fyzikálne vlastnosti. Ukazuje sa, že kvarkovo-gluónová plazma má vlastnosti ideálnej tekutiny. Študujeme vlastnosti kvarkovo-gluónovej plazmy, stavu hmoty, kedy sú kvarky a gluóny za extrémne vysokej teploty a hustoty  voľné a nie sú uväznené vnútri hadrónov (napr. protónov a neutrónov). Hmota v takomto stave zrejme existovala predtým, než sa vytvorili častice ako sú protóny a neutróny. Je dôležité, že poznávame ako hmota vznikla. Stále však celkom dobre nevieme čo je hmota, vieme ju však vyrobiť z energie.

A. D.: Už 25 rokov pracujete na experimente ALICE. Nie je vám ľúto, že nebudete vidieť ako budú vaše objavy využité pre pokrok ľudstva, keďže na potvrdenie teórií sa čaká desiatky rokov, a teda je pravdepodobné, že sa o nich nedozviete?

B. SITÁR: Ani Marie Curie-Sklodowska, keď skúmala rádioaktivitu, ani Ernest Rutherford alebo Enrico Fermi keď rozbil atóm, nevedeli aký to bude mať reálny prínos pre ľudstvo a dnes máme vďaka ich práci jadrové elektrárne ako obrovský zdroj energie. Rovnako ani my nevieme povedať čo z našej práce bude, aký prínos alebo využitie, ale veríme že nejaký áno. Výsledky výskumu v oblasti časticovej fyziky a fyziky vysokých energií sa neprejavujú hneď, no napríklad technológie používané pri tom sa neskôr môžu využívať aj v bežnom živote.

A. D.: Ďakujeme za rozhovor.

 

Rozhovor poskytol: prof. Branislav Sitár, FMFI UK Bratislava

Zhovárala sa: Andrea Devánová, NCP VaT pri CVTI SR

Foto: https://sluzby.fmph.uniba.sk/ludia/sitar1

Uverejnila: VČ

Hore
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
TVT 2017 články
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Srdce netopiera urobí pri najvyššom výkone až 800 úderov za minútu.