LHC je zkratka pro Large Hadron Collider, tedy Veliký Srážeč Hadronů, vědecké zařízení, které se nachází 100 metrů pod zemí v tunelech kolem Ženevy. „Veliký" v tomto případě znamená skoro 30 kilometrů. LHC je kruhový urychlovač těžkých elementárních částic jako jsou například protony, obecně pak hadrony. Lehkým částicím se pak říká leptony, což jsou třeba elektrony, miony a neutrina.
Ve „srážeči" se na rozdíl od obyčejného urychlovače akcelerují dva proti sobě jdoucí svazky těžkých částic a nechají se srazit v experimentálním prostoru. Pozoruje se, jaké další subatomární částice při kolizích vznikají a jak se chovají. Výsledná srážková energie je tedy dána součtem energií obou svazků, vzhledem k tomu, že se oba pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla, nelze stejným způsobem sečíst rychlosti.
Konstrukce LHC
Subjaderné fyzice se také říká fyzika vysokých energií, protože podmínky pro studování exotických elementárních částic se zlepšují s rostoucí energií. Subatomoví vědci si tedy staví pro svoje potěšení stále větší a větší urychlovače. I nový LHC, který bude letos uveden do provozu, je postaven v tunelech předchozího urychlovače v evropském centru pro jaderný výzkum (CERN) ve Švýcarsku.
Komplex LHC tvoří krom samotného urychlovače, který je zdrojem vysoce energetických částic, několik experimentů, tedy speciálních zařízení s masivními detektory, kde dochází ke zkoumaným srážkám. Vše je zakopané v tunelech a halách v podzemí, nejen kvůli částečné izolaci od kosmického záření, ale také proto, že je levnější vykopat 27-mi kilometrový tunel a pár továrních hal 100 metrů pod zemí, než kupovat stejné množství pozemků u Ženevy.
Každý jeden proton získá při cestování tunelem energii 7 TeV (tera elektron volt), tedy asi tisícinásobnou, než je energie elektronů v synchrotronech. Rychlost částic je pak asi 99.99..% rychlosti světla, ale to už ani nemá smysl o rychlosti uvažovat a proto se udává energie. Pro zamezení kolizím hadronů s částicemi vzduchu v trubici urychlovače je potřeba vyčerpat celou trubku na ultravysoké vakuum, což znamená skutečně hodně vysoké vakuum, prakticky vyšší vakuum než je ve volném vesmíru. Celý takto čerpaný objem je velký jako tělocvična, asi 6500 kubických metrů.
Aby protony pěkně zatáčely v kruhovém tunelu a vůbec dodržovaly správnou trajektorii, musí na ně působit silné magnetické pole, které je generováno 1200 supravodivými magnety. Aby byly magnety supravodivé, musí se chladit 96-ti tunami kapalného helia. Teplota helia ve vnitřním okruhu je 1.8 Kelvin (tedy dva stupně nad absolutní nulou, neboli -271.4°C) a to je opět větší zima než je ve volném vesmíru. Za této teploty je helium totiž supratekuté, a jako takové má vyšší tepelnou vodivost.
Na tomto místě bych se chtěl omluvit čtenáři, který nesdílí mé nadšení pro technické detaily. Předchozí část můžeme stručně shrnout, řekneme-li, že jde o největší vysavač a mrazák na planetě.
Výzkum na LHC
Urychlené částice z LHC bude využívat 6 srážkových experimentů (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, TOTEM), které jsou rozmístěny kolem okruhu urychlovače. Na každém experimentu se podílí několik stovek až tisíců vědců a techniků z celého světa. Každý experiment je zaměřený na něco jiného, ať už je to průzkum kvark-gluonového plazmatu, což je stav hmoty blízký velkému třesku, hledání Higgsova bosonu, supersymetrických částic a vyšších dimenzí prostoru, zodpovězení otázky nerovnováhy mezi hmotou a antihmotou, zpřesňování platnosti Standardního modelu nebo studium povahy temné hmoty.
Experimenty budou probíhat v obrovských podzemních halách vybavených olbřímími válcovitými detektory, složenými z tisíců fotonásobičů, scintilátorů a mlžných komor. Tyto detektory umožňují lokalizovat srážky a sledovat dráhu ionizovaných částic, měřit jejich energii a identifikovat je. Očekává se, ze za plného provozu bude LHC produkovat asi petabyte (milion gigabytů) dat ročně.
Když se rozhlédneme kolem sebe, jistě najdeme spoustu stejně rozsáhlých a komplexních projektů, ovšem na LHC mě fascinuje to zahledění dovnitř. Nic se zde nevyrábí, nic se s tím nedá pozorovat, žádné nové materiály se nevymyslí. Všechna pozornost je věnována několika mikrometrům krychlovým, ve kterých do sebe narazí protony a produkují spršky částic vylétávajících do okolí. Ty desetimetrové detektory slouží jen a jen k pozorování jednoho malého místa, ve kterém je však obsažený celý vesmír, velký třesk a možná i černé díry.
Vesmír jaký je
V oblíbených a častých diskusích na téma užitečných či neužitečných povolání, nebo účelně či neúčelně vynaložených prostředků, si vždycky vzpomenu na LHC. Fyzikové si za pár miliard euro (3 miliardy euro je cena jen za urychlovač a nezahrnuje již existující infrastrukturu, tunely, a ani experimenty samotné) postaví mašinku, která spotřebuje tolik energie jako všechny domácnosti v Ženevském kantonu a koukají Bohu do karet. Je třeba si uvědomit, že žádné praktické výsledky tento výzkum nepřinese. V myslitelné budoucnosti neexistuje využití Higgsova bosonu. To, co se tady provádí, je úžasně čistá věda, hnaná pouze touhou po objektivním poznání, která prostupuje celou naší fascinující civilizací, navíc na takové úrovni, že nelze skoro vůbec přiblížit laikovi, co se to vlastně měří. Na rozdíl od třeba Hubbleova teleskopu z LHC ani nepolezou žádné pěkné barevné obrázky, jen publikace ve Physical Review.
Nutno přiznat, že já sám jsem pouze poučeným a žasnoucím laikem.
Existence takto rozsáhlých vědeckých projektů mě naplňuje hřejivou jistotou o skutečném směřování západní kultury jako celku. Naše touha po poznání je nábožná a zároveň svatokrádežná. Hlubší a hlubší přírodovědný výzkum odhaluje stále víc krásnou a pravidelnou strukturu našeho světa, lidskému úsilí poznat nikde nestojí v cestě nevysvětlitelná záhada. Vše nakonec do sebe zapadá a je slučitelné s naším rozumem. Přesto, a právě proto, musíme vědět stále víc.
Chcete vědět víc?