Novákoviny

Důkaz existence Higgsova bosonu byl jedním z nejvýznamnějších počinů fyziky posledních let - ne nadarmo měla tato částice hmoty přezdívku božská částice a stala se hlavním hrdinou udílení Nobelových cen za rok 2013. Ty sice dostali dva vědci Peter Higgs a Francois Englert za teoretickou předpověď její existence, ale teprve důkaz dal této teorii váhu. Mohl se uskutečnit jen díky obřímu urychlovači LHC a armádě fyziků, matematiků a dalších specialistů, kteří na něm pracovali. Jedním z oddílů tohoto početného vojska jsou i čeští vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR.

Proč je vlastně Higgsův boson tak důležitý, že evropské státy vynaložily přibližně 8 miliard dolarů na stavbu LHC a další milióny ročně stojí jeho provoz?

Především proto, že jeho objev je základním krokem k rozluštění podstaty hmoty i celého vesmíru. Pokud patříte mezi takzvané realisty a ptáte se, k čemu vám jsou takové znalosti dobré, pak jediná seriózní odpověď zní: k ničemu. Ale když Luigi Galvani 1780 zjistil, že po doteku vidličky sebou na jeho talíři škubla porce chutných žabích stehýnek, také nebyl žádný praktický užitek v dohledu - a dnes díky tomu máme elektřinu.

Podobně tomu může být i s Higgsovým bosonem. Když hodně popustíme uzdu fantazie, tak jednou může jeho znalost přispět třeba ke stavbě mezihvězdné lodi, nebo ovlivňování gravitace, protože právě díky němu teď sedíte u stolu a neplácáte sebou někde u stropu.

Za tajemstvím gravitace

V 70. letech minulého století vznikla představa uspořádání hmoty, která se snažila vyhovovat jak Einsteinově teorii relativity, tak i kvantové mechanice. Problém byl v tom, že obě tyto teorie zjevně měly pravdu, přitom si ale v mnoha věcech protiřečily. Pro usmíření těchto rozporů vytvořili vědci představu, které se od té doby říká Standardní model.

obr: Existenci Higgsova bosonu se vědci snaží dokázat pomocí obřího urychlovače Large Hadron Collider (LHC)

Předpokládá, že veškerá hmota vesmíru se skládá z šesti druhů částic zvaných kvarky a šesti druhů částic zvaných leptony. Všechny její pozorovatelné projevy pak má na svědomí čtveřice sil.

Existenci všech částic předpovězených touto teorií se už podařilo dokázat - s výjimkou jediné. Jenže zrovna ta byla pro standardní model klíčová, protože - velmi zjednodušeně řečeno - celou jeho konstrukci drží pohromadě. Právě proto jí americký fyzik a nositel Nobelovy ceny Leon Ledermann dal v jedné ze svých knih (The God Particle) přezdívku božská částice.

Už v 60. letech minulého století popsal Peter Higgs z University of Edinburgh mechanismus, který (opět velmi zjednodušeně řečeno) ostatním elementárním částicím umožňuje, aby měly hmotnost. Je tedy mimo jiné i zodpovědný za gravitaci - ale především za to, že atomy, molekuly a hmota vůbec drží pohromadě. Teorie počítala s existencí oné částice nepolapitelné částice ze Standardního modelu a dostala jméno Higgsův boson.

Bosony jsou jedním ze dvou druhů částic, které se vyznačují určitými vlastnostmi (těm druhým se říká fermiony). Mezi bosony patří například fotony, zatímco v rodině fermionů najdeme třeba elektron, proton nebo neutron.

Stroj pro výrobu Velkého třesku

Lov na Higgsův boson se stal jedním z hlavních důvodů pro stavbu největšího urychlovače světa Large Hadron Collider (LHC). Vznikl v impozantním důlním díle, jenž v mnohém překonává podzemní síť metra leckterého velkoměsta - v kruhovém tunel dlouhém 27 kilometrů nacházejícím se nedaleko Ženevy.

obr: Large Hadron Collider útočí na největší tajemství hmoty a vesmíru. Na výzkumu se podílejí i vědci  z Akademie věd České republiky

Tvoří jej 1600 supravodivých elektromagnetů ochlazovaných kapalným héliem na teplotu necelé dva stupně nad bodem absolutního mrazu (tj. přibližně -271 stupňů Celsia). Magnety vytvářejí dvě souběžné dráhy, v nichž se urychlují svazky protonů na rychlost blízkou rychlosti světla. Za vteřinu tak každý proton proletí dráhu tunelu jedenáctisíckrát.

V každém svazku ale protony letí opačným směrem. - a na několika místech je dráha uspořádaná tak, aby se mohly ve vhodné chvíli srazit. Na krátký okamžik tak vznikne teplota stotisíckrát převyšující teplotu v nitru Slunce a podmínky blízké těm, jaké panovaly na počátku vesmíru během Velkého třesku. Několik detektorů pak zachycuje částice, které při tom vznikly.

Členskou zemí CERN je i Česká republika proto se na obřím urychlovači u Ženevy se proto podíleli i zdejší vědci a firmy. Mají podíl na stavbě jednoho z jeho čtyř detektorů - zařízení ATLAS (A Toroidal LHC AparatuS). To je víceúčelový detektor subatomových částic zaznamenávající dráhu a povahu částic vzniklých při srážkách protonů. Nyní se zabývají zpracováním na něm získaných dat, aby se potvrdilo, že nalezená částice opravdu je Higgsův boson.

"Dospěli jsme k takovým výsledkům, že jsme si jistí, že pozorujeme nový boson," říká Jiří Chudoba z Fyzikálního ústavu AV ČR. "Jestli je to Higgsův bosonn, to si ještě úplně jistí nejsme."

Jan A. Novák

Psáno pro iHned.cz

You have no rights to post comments