Minulú stredu spustili v CERN-e pri Ženeve najväčší urýchľovač na svete. Svetové médiá o tom informovali ako o dôležitom medzníku v dejinách vedy. V skutočnosti išlo takmer o normálny, aj keď dôležitý pracovný deň.
Spúšťanie LHC (tak sa ten urýchľovač volá) som prežil zväčša pred obrazovkou počítača v dedinke neďaleko Ženevy. Päťdesiat metrov pod nami sa nachádzali v podzemnej hale prístroje experimentu ALICE, na ktorom pracujem. V miestnosti, odkiaľ sa experiment kontroluje, sa tiesnilo niekoľko desiatok ľudí.
Mnohí z nás očakávali, že v tento deň sa budeme musieť venovať viac novinárom ako práci samotnej. Mýlili sme sa. Bol to naozaj skoro obyčajný pracovný deň. Novinári sa síce motali všade okolo a trochu nám prácu komplikovali, ale inak sa nedialo nič mimoriadne. Teda okrem toho, že protóny po prvýkrát prebehli po obvode celého 27 km dlhého kruhového urýchľovača.
.trochu histórie
Čo tomuto mediálne výživnému dňu predchádzalo a čo bude nasledovať? Začnime celkom od začiatku. V roku 1954 sa európskym fyzikom podarilo presvedčiť európskych politikov, aby založili Európsku organizáciu pre jadrový výskum – známu skrátene ako CERN .
Skratka CERN je pozostatok názvu pracovného výboru, ktorý organizáciu zakladal a po francúzsky sa volal Conseil Européen pour Recherche Nucléaire. Fyzikom, a zrejme i politikom, sa slovo CERN zapáčilo a rozhodli sa ho ponechať, i keď nezodpovedá súčasnému stavu organizácie.
K rozhodnutiu založiť CERN určite prispel i fakt, že Európa potrebovala spojiť svoje sily, aby udržala krok s USA a so Sovietskym zväzom. CERN založilo dvanásť západoeurópskych krajín. V súčasnosti je členských krajín dvadsať. Slovensko je členom od roku 1993.
Organizačná štruktúra CERN-u je podobná parlamentnej demokracii – výkonnú moc má v rukách riaditeľ s tímom ľudí, ktorých menuje. Riaditeľa menuje a všetky dôležité rozhodnutia schvaľuje hlasovaním výbor, v ktorom má každý členský štát jeden hlas.
CERN zamestnáva okolo 3 000 ľudí, zväčša inžinierov a úradníkov potrebných na prevádzku „podniku“. Väčšina fyzikov, ktorých v CERN-e stretnete, je však zamestnaná na niektorej z univerzít, ktoré sa podieľajú na jeho projektoch. Týchto takzvaných používateľov CERN-u je okolo 10 000.
Minulú stredu spustený LHC nie je prvý urýchľovač, ktorý bol v CERN-e vybudovaný. V skutočnosti je posledný z radu zariadení, ktoré sa tu od roku 1954 postavili. Pred ním obýval podzemný tunel jeho starší brat. Volal sa LEP a na rozdiel od LHC, ktorý urýchľuje protóny a neskôr bude urýchľovať aj jadrá olova, LEP urýchľoval elektróny a ich antičastice – pozitróny.
Už pri navrhovaní LEP-u v osemdesiatych rokoch mysleli jeho tvorcovia na to, že do tunela raz možno umiestnia LHC. Projekt LHC bol však schválený až v roku 1994. Nebolo to vôbec jednoduché. Pád komunizmu ukončil studenú vojnu a viedol mnohé vlády k zníženiu výdavkov na vedu. Boj o zabezpečenie finančných prostriedkov sprevádzal projekt LHC od jeho zrodu až do dnešných dní.
.trochu financií
Koľko to stojí a kto to všetko platí? Ročný rozpočet CERN-u je okolo miliardy švajčiarskych frankov. Skladajú sa naň členské štáty. Každá krajina platí približne 0,005 % svojho hrubého domáceho produktu.
Okrem členských štátov existuje i štatút nečlenského štátu. Tie sa nepodieľajú na prevádzke CERN-u, môžu sa však zúčastniť na využívaní jeho zariadení. Nečlenské štáty prispievajú na projekty, na ktorých sa zúčastňujú podľa dohody.
Vinou nedostatku zdrojov po ukončení studenej vojny cernský výbor koncom roku 1994 schválil, že budovanie LHC prebehne v dvoch fázach. V prvej fáze sa mala postaviť neúplná mašina, ktorá sa bude postupne zdokonaľovať.
To sa fyzikom veľmi nepozdávalo. Nasledovalo diplomatické úsilie manažmentu CERN-u, ktoré prinieslo ovocie a nečlenské krajiny – Japonsko, USA, Rusko, Kanada a India – sľúbili prispieť značnou sumou.
Stále však chýbalo pár miliónov švajčiarskych frankov. Gordický uzol rozsekol Llevelyn Smith, vtedajší riaditeľ CERN-u. Navrhol, aby si CERN na dobudovanie LHC požičal peniaze. To dovtedy nebolo prípustné (prísne finančné pravidlá organizácie to jednoducho neumožňovali), ale Smith v roku 1997 presvedčil cernský výbor, aby s pôžičkou súhlasil a schválil vybudovanie LHC v plnom rozsahu do roku 2005.
To bol významný impulz pre budovateľské úsilie LHC, ale ani zďaleka to nebol koniec finančnej anabázy tohto urýchľovača. V roku 2001 skončil svoje poslanie LEP, už spomínaný starší brat LHC. Pri tej príležitosti sa účtovníci CERN-u pozreli poriadne do účtov a zistili, že projekt LHC stojí viac ako sa plánovalo. Opäť sa diskutovalo, uťahovali sa opasky a spustenie LHC sa nakoniec posunulo na rok 2007. Mimochodom súčasné odhady ceny LHC sa pohybujú na úrovni troch miliárd švajčiarskych frankov.
.trochu techniky
To, že sa spustenie urýchľovača plánované na rok 2005 a posunuté na rok 2007 uskutočnilo až v roku 2008, má však aj iné, než len finančné dôvody. V poslednom zdržaní už hrali hlavnú úlohu inžinieri, a nie účtovníci.
LHC je zariadenie, v ktorom sa pomocou elektrického a magnetického poľa urýchľujú nabité častice. Tie sa pohybujú približne po kruhovej dráhe v trubici, z ktorej je vyčerpaný skoro všetok vzduch. Optimálnu polohu častíc udržuje sústava supravodivých magnetov chladených supratekutým héliom.
Najväčšie nebezpečenstvo pre supravodivé magnety LHC je, že zrazu prestanú byť supravodivé. V tej chvíli elektrický prúd, ktorý tiekol magnetom s nulovým odporom, pocíti odpor. Je to podobné, ako keď sa šmýkate po ľade a zrazu sa ľad skončí. Vy pocítite odpor a väčšinou spadnete. Prúd, ktorý pocíti odpor, začne produkovať teplo, chladiace hélium sa začne zohrievať a vrieť. Na konštrukciu magnetu začnú pôsobiť veľké sily v rôznych smeroch. Vydrží to magnet?
Pri teste na jar v roku 2007 to nevydržal. Ukázalo sa, že pri navrhovaní konštrukcie magnetu bola chyba vo výpočtoch. Chybu bolo pomerne jednoduché nájsť, ale bolo treba opraviť osem magnetov, čo prinieslo niekoľkomesačné zdržanie.
.trochu fyziky
Na akú rýchlosť či energiu sa vlastne častice v LHC budú urýchľovať? Budú sa urýchľovať takmer na rýchlosť svetla, pričom energia jedného urýchleného protónu bude asi taká veľká, ako je energia letiaceho komára.
Načo potrebujeme tak veľké rýchlosti a energie? Na to, aby sme sa vedeli pozrieť do „vnútra“ protónov. Ako to vnútri protónu vyzerá, tomu rozumieme v súčasnosti celkom dobre, stále však existuje niekoľko otvorených otázok. Jednou z nich je existencia Higgsovej častice (pozri týzdeň 5/2006). Produkcia tejto častice v zrážkach protónov v LHC a jeho následná detekcia je hlavná úloha LHC.
V LHC sa súčasne urýchľujú dva zväzky častíc v protichodných smeroch. Po dosiahnutí požadovanej energie sa dráha protichodných zväzkov jemne vychýli tak, aby sa protóny začali zrážať. Toto sa deje, respektíve bude diať, v štyroch rôznych miestach. V týchto miestach sú umiestnené prístroje (takzvané detektory), ktoré umožňujú pozorovať častice vyprodukované v zrážke. Detektory sú zoskupené do experimentov. Na LHC sú štyri hlavné experimenty: ATLAS, CMS, LHCb a ALICE.
Cieľom experimentov ATLAS a CMS je práve produkcia a detekcia Higgsovej častice. Experiment LHCb by mal pomôcť pochopiť otázku, prečo vo vesmíre pozorujeme viac hmoty ako antihmoty. No a ALICE bude v zrážkach olova skúmať fázu hmoty, ktorá existovala vo vesmíre krátko po Veľkom tresku.
Práve ALICE je experiment, v ktorom má Slovensko silné zastúpenie – slovenskí fyzici tvoria jednu z najsilnejších skupín. Pracoviská experimentálnej a jadrovej fyziky z Bratislavy a Košíc sa zúčastňujú i v experimente ATLAS. Nezanedbateľná je aj práca teoretických fyzikov z Bratislavy, Banskej Bystrice, Košíc a Žiliny, riešiacich problémy, ktoré priamo súvisia s experimentálnym programom LHC.
.trochu záveru
Takže, čo sa to vlastne stalo minulú stredu? Protóny po prvýkrát obehli celý okruh LHC. Zväzky sa však ešte navzájom nepretli a protóny ešte nemajú maximálnu energiu, ktorú môžu dosiahnuť. Prvé zrážky prídu v dňoch, keď čítate tieto riadky. Energia protónov sa bude zvyšovať postupne, maximum sa dosiahne pravdepodobne začiatkom budúceho roka. Experimenty potom pobežia dlhé mesiace, ich vyhodnotenie bude trvať roky. Ale isté je, že nás čakajú vzrušujúce časy.
Autor je fyzik
Spúšťanie LHC (tak sa ten urýchľovač volá) som prežil zväčša pred obrazovkou počítača v dedinke neďaleko Ženevy. Päťdesiat metrov pod nami sa nachádzali v podzemnej hale prístroje experimentu ALICE, na ktorom pracujem. V miestnosti, odkiaľ sa experiment kontroluje, sa tiesnilo niekoľko desiatok ľudí.
Mnohí z nás očakávali, že v tento deň sa budeme musieť venovať viac novinárom ako práci samotnej. Mýlili sme sa. Bol to naozaj skoro obyčajný pracovný deň. Novinári sa síce motali všade okolo a trochu nám prácu komplikovali, ale inak sa nedialo nič mimoriadne. Teda okrem toho, že protóny po prvýkrát prebehli po obvode celého 27 km dlhého kruhového urýchľovača.
.trochu histórie
Čo tomuto mediálne výživnému dňu predchádzalo a čo bude nasledovať? Začnime celkom od začiatku. V roku 1954 sa európskym fyzikom podarilo presvedčiť európskych politikov, aby založili Európsku organizáciu pre jadrový výskum – známu skrátene ako CERN .
Skratka CERN je pozostatok názvu pracovného výboru, ktorý organizáciu zakladal a po francúzsky sa volal Conseil Européen pour Recherche Nucléaire. Fyzikom, a zrejme i politikom, sa slovo CERN zapáčilo a rozhodli sa ho ponechať, i keď nezodpovedá súčasnému stavu organizácie.
K rozhodnutiu založiť CERN určite prispel i fakt, že Európa potrebovala spojiť svoje sily, aby udržala krok s USA a so Sovietskym zväzom. CERN založilo dvanásť západoeurópskych krajín. V súčasnosti je členských krajín dvadsať. Slovensko je členom od roku 1993.
Organizačná štruktúra CERN-u je podobná parlamentnej demokracii – výkonnú moc má v rukách riaditeľ s tímom ľudí, ktorých menuje. Riaditeľa menuje a všetky dôležité rozhodnutia schvaľuje hlasovaním výbor, v ktorom má každý členský štát jeden hlas.
CERN zamestnáva okolo 3 000 ľudí, zväčša inžinierov a úradníkov potrebných na prevádzku „podniku“. Väčšina fyzikov, ktorých v CERN-e stretnete, je však zamestnaná na niektorej z univerzít, ktoré sa podieľajú na jeho projektoch. Týchto takzvaných používateľov CERN-u je okolo 10 000.
Minulú stredu spustený LHC nie je prvý urýchľovač, ktorý bol v CERN-e vybudovaný. V skutočnosti je posledný z radu zariadení, ktoré sa tu od roku 1954 postavili. Pred ním obýval podzemný tunel jeho starší brat. Volal sa LEP a na rozdiel od LHC, ktorý urýchľuje protóny a neskôr bude urýchľovať aj jadrá olova, LEP urýchľoval elektróny a ich antičastice – pozitróny.
Už pri navrhovaní LEP-u v osemdesiatych rokoch mysleli jeho tvorcovia na to, že do tunela raz možno umiestnia LHC. Projekt LHC bol však schválený až v roku 1994. Nebolo to vôbec jednoduché. Pád komunizmu ukončil studenú vojnu a viedol mnohé vlády k zníženiu výdavkov na vedu. Boj o zabezpečenie finančných prostriedkov sprevádzal projekt LHC od jeho zrodu až do dnešných dní.
.trochu financií
Koľko to stojí a kto to všetko platí? Ročný rozpočet CERN-u je okolo miliardy švajčiarskych frankov. Skladajú sa naň členské štáty. Každá krajina platí približne 0,005 % svojho hrubého domáceho produktu.
Okrem členských štátov existuje i štatút nečlenského štátu. Tie sa nepodieľajú na prevádzke CERN-u, môžu sa však zúčastniť na využívaní jeho zariadení. Nečlenské štáty prispievajú na projekty, na ktorých sa zúčastňujú podľa dohody.
Vinou nedostatku zdrojov po ukončení studenej vojny cernský výbor koncom roku 1994 schválil, že budovanie LHC prebehne v dvoch fázach. V prvej fáze sa mala postaviť neúplná mašina, ktorá sa bude postupne zdokonaľovať.
To sa fyzikom veľmi nepozdávalo. Nasledovalo diplomatické úsilie manažmentu CERN-u, ktoré prinieslo ovocie a nečlenské krajiny – Japonsko, USA, Rusko, Kanada a India – sľúbili prispieť značnou sumou.
Stále však chýbalo pár miliónov švajčiarskych frankov. Gordický uzol rozsekol Llevelyn Smith, vtedajší riaditeľ CERN-u. Navrhol, aby si CERN na dobudovanie LHC požičal peniaze. To dovtedy nebolo prípustné (prísne finančné pravidlá organizácie to jednoducho neumožňovali), ale Smith v roku 1997 presvedčil cernský výbor, aby s pôžičkou súhlasil a schválil vybudovanie LHC v plnom rozsahu do roku 2005.
To bol významný impulz pre budovateľské úsilie LHC, ale ani zďaleka to nebol koniec finančnej anabázy tohto urýchľovača. V roku 2001 skončil svoje poslanie LEP, už spomínaný starší brat LHC. Pri tej príležitosti sa účtovníci CERN-u pozreli poriadne do účtov a zistili, že projekt LHC stojí viac ako sa plánovalo. Opäť sa diskutovalo, uťahovali sa opasky a spustenie LHC sa nakoniec posunulo na rok 2007. Mimochodom súčasné odhady ceny LHC sa pohybujú na úrovni troch miliárd švajčiarskych frankov.
.trochu techniky
To, že sa spustenie urýchľovača plánované na rok 2005 a posunuté na rok 2007 uskutočnilo až v roku 2008, má však aj iné, než len finančné dôvody. V poslednom zdržaní už hrali hlavnú úlohu inžinieri, a nie účtovníci.
LHC je zariadenie, v ktorom sa pomocou elektrického a magnetického poľa urýchľujú nabité častice. Tie sa pohybujú približne po kruhovej dráhe v trubici, z ktorej je vyčerpaný skoro všetok vzduch. Optimálnu polohu častíc udržuje sústava supravodivých magnetov chladených supratekutým héliom.
Najväčšie nebezpečenstvo pre supravodivé magnety LHC je, že zrazu prestanú byť supravodivé. V tej chvíli elektrický prúd, ktorý tiekol magnetom s nulovým odporom, pocíti odpor. Je to podobné, ako keď sa šmýkate po ľade a zrazu sa ľad skončí. Vy pocítite odpor a väčšinou spadnete. Prúd, ktorý pocíti odpor, začne produkovať teplo, chladiace hélium sa začne zohrievať a vrieť. Na konštrukciu magnetu začnú pôsobiť veľké sily v rôznych smeroch. Vydrží to magnet?
Pri teste na jar v roku 2007 to nevydržal. Ukázalo sa, že pri navrhovaní konštrukcie magnetu bola chyba vo výpočtoch. Chybu bolo pomerne jednoduché nájsť, ale bolo treba opraviť osem magnetov, čo prinieslo niekoľkomesačné zdržanie.
.trochu fyziky
Na akú rýchlosť či energiu sa vlastne častice v LHC budú urýchľovať? Budú sa urýchľovať takmer na rýchlosť svetla, pričom energia jedného urýchleného protónu bude asi taká veľká, ako je energia letiaceho komára.
Načo potrebujeme tak veľké rýchlosti a energie? Na to, aby sme sa vedeli pozrieť do „vnútra“ protónov. Ako to vnútri protónu vyzerá, tomu rozumieme v súčasnosti celkom dobre, stále však existuje niekoľko otvorených otázok. Jednou z nich je existencia Higgsovej častice (pozri týzdeň 5/2006). Produkcia tejto častice v zrážkach protónov v LHC a jeho následná detekcia je hlavná úloha LHC.
V LHC sa súčasne urýchľujú dva zväzky častíc v protichodných smeroch. Po dosiahnutí požadovanej energie sa dráha protichodných zväzkov jemne vychýli tak, aby sa protóny začali zrážať. Toto sa deje, respektíve bude diať, v štyroch rôznych miestach. V týchto miestach sú umiestnené prístroje (takzvané detektory), ktoré umožňujú pozorovať častice vyprodukované v zrážke. Detektory sú zoskupené do experimentov. Na LHC sú štyri hlavné experimenty: ATLAS, CMS, LHCb a ALICE.
Cieľom experimentov ATLAS a CMS je práve produkcia a detekcia Higgsovej častice. Experiment LHCb by mal pomôcť pochopiť otázku, prečo vo vesmíre pozorujeme viac hmoty ako antihmoty. No a ALICE bude v zrážkach olova skúmať fázu hmoty, ktorá existovala vo vesmíre krátko po Veľkom tresku.
Práve ALICE je experiment, v ktorom má Slovensko silné zastúpenie – slovenskí fyzici tvoria jednu z najsilnejších skupín. Pracoviská experimentálnej a jadrovej fyziky z Bratislavy a Košíc sa zúčastňujú i v experimente ATLAS. Nezanedbateľná je aj práca teoretických fyzikov z Bratislavy, Banskej Bystrice, Košíc a Žiliny, riešiacich problémy, ktoré priamo súvisia s experimentálnym programom LHC.
.trochu záveru
Takže, čo sa to vlastne stalo minulú stredu? Protóny po prvýkrát obehli celý okruh LHC. Zväzky sa však ešte navzájom nepretli a protóny ešte nemajú maximálnu energiu, ktorú môžu dosiahnuť. Prvé zrážky prídu v dňoch, keď čítate tieto riadky. Energia protónov sa bude zvyšovať postupne, maximum sa dosiahne pravdepodobne začiatkom budúceho roka. Experimenty potom pobežia dlhé mesiace, ich vyhodnotenie bude trvať roky. Ale isté je, že nás čakajú vzrušujúce časy.
Autor je fyzik
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.