Jak zazní ve Velkém hadronovém srážeči Higgsův boson?
Higgsův boson je zatím jenom hypotetickým předpokladem nejuznávanější a nejucelenější fyzikální představy o fungování světa – Standardního modelu. Má nulový spin a pro elementární částici obrovskou hmotnost. O potvrzení existence Higgsova bosonu se jaderní fyzikové vytrvale snaží nejen proto, aby se naplnil jeden z cílů nákladného projektu Velkého hadronového srážeče, ale zejména proto, že představuje pro Standardní model velký otazník a když ani nejenergetičtější srážky neposkytnou dlouho očekávaný důkaz, do našich představ se vkrade velký stín nejistoty.
Následující video nabízí vskutku zajímavé a názorné vysvětlení pojmů Higgsovo pole a Higgsův boson. Průvodní slovo je sice v angličtině, ale velmi srozumitelné, s pomalou a důkladnou výslovností.
Fyzikové Higgsův boson zatím nepolapili. I když se jim to podaří, nikdy ho samozřejmě „nespatří“. Mohou ho jenom detekovat podle rozpadových produktů v obrovské spršce částic, která vzniká po vysokoenergetických srážkách hadronů – tedy částic, skládajících se z quarků, jako jsou například protony, neutrony a jejich kombinace - tedy jádra prvků. Urychlovat pomocí magnetického pole je možné jenom nabité částice, tedy ne neutrony. Teoretické modely, simulující jak by Higgsův boson měl při srážce vzniknout a na co se rozpadnout, jsou rozpracované již dávno. Přispěl k nim i samotný Richard Feynman (1918 – 1988). Jádrováci kolem LHC tak přesně vědí, co mají v záznamech z detektorů hledat.
Mladá doktorandka na Londýnské universitě, jaderná fyzička Lily Asquith, se rozhodla realizovat projekt na rozhraní hudby a fyziky. Protože je v týmu, který je součástí mezinárodní spolupráce na jednom ze šesti experimentů LHC – na experimentu ATLAS, s hudebně nadanými přáteli si pohrála s předpokládaným záznamem detektoru, když v něm po srážce hadronů kýžené Higgsovy bosony vzniknou, aby se okamžitě zase rozpadly. Kombinace reálných měření experimentu ATLAS, teoretických modelů rozpadu Higgsova bosonu, hudebných znalostí, kreativity a nadšení vyústilo do několika zvukových záznamů, jenž v tónech reprodukují fyzikální charakteristiky spršky částic - apoštolů reálné existence „božské částice“. V obou následujících ukázkách jde o měření přístroje, který v detektoru experimentu ATLAS zaznamenává energii částic – kalorimetru. Zvuk lze spustit kliknutím na hypertextový odkaz v následujících popisech.
V první ukázce je záznamu simulovaného rozpadu Higgsova bosonu, jenž vznikl v srážce protonů interakcí top-quarku a top-antikquarku. Intensita tónu (amplituda) by měla odpovídat energii a výška (frekvence) místu v kalorimetru, ve kterém se částice zaznamená. Postupnost tónů je daná vzdáleností, kterou se částici podaří překonat od místa srážky.
Druhá ukázka je trochu složitější. Proud částic je zpracován třemi způsoby a složen z 20sekundových sekvencí. První motiv je hudební mapou míst na povrchu kalorimetru, kde se v časovém sledu zaznamená částice. Opět každou buňku povrchu kalorimetru reprezentuje výška tónu. Pak se všechny tóny zahrají spolu. V druhém motivu odpovídá výška tónu vzdáleností od místa srážky a v třetím jde o zhudebnění energií částic. Lilly tyto motivy nazývá „harmonickou pečetí“ proudu částic.
Vysvětlení, jak byl předpokládaný záznam z kalorimetru převeden do zvukové podoby, asi není příliš srozumitelné. Není to jednoduché podle Lilyiných stránek pochopit. Navíc je často problém se do nich probojovat. Když vás hudební hrátky s daty z detektoru ATLAS zaujaly, po dalších informacích i zvukových záznamech můžete pátrat na stránkách Lily Asquithové -> odkaz na LHCsound website a pak na sounds library. S oficiální stránkou projektu lhcsound.com byly v uplynulých dnech dost potíže. Nejen s jejími výpadky, ale i s možnostmi se na ní k nějakému zvukovému archivu dopracovat.
Jak zní planety, Země a Slunce?
Mnohem méně umělecké, ale více záznamům přístrojů odpovídající, jsou zvuky, které vznikly transformací elektromagnetického pole naměřeného sondami na oběžných dráhách, nebo prolétajícími okolo těles Sluneční soustavy.
Zvuk na následujícím videu má svá vstupná data ve 30 až 40 let starých měřeních sondy Voyager:
Zvuková forma elektromagnetického záznamu Voyageru je tak trochu hudební mystifikací, kterou NASA využila pro propagaci a popularizaci. Doposud se prodává sada 5 CD s těmito nahrávkami a ukázky najdete i na You Tube, když si zadáte heslo Symphonies of the planets NASA.
Ne tak umělecky propracované, ale zvukově asi hodnověrnější záznamy nabízí stránka Slunečního centra Standfordské university. Zdrojovými daty nejsou elektromagnetická pole, ale oscilace plasmatu různých módů, které obrovskou plynnou koulí „třesou“. Jde vskutku o seizmické vlny a jejich výzkumem se zabývá helioseizmologie. Ale stačí uměle zvýšit jejich frekvenci a můžeme je slyšet. Seizmické a zvukové vlny mají stejnou fyzikální podstatu – jsou to materiálové vlny. Proto se nemohou šířit „vzduchoprázdnem“. Pomocí Dopplerova efektu naměřeným Slunečním vibracím ale stačí asi 42 tisíc krát zvýšit frekvenci, dát tónům vhodné zabarvení a můžeme naslouchat zpěvům naší hvězdy. Například tomu, který do slyšitelné formy převedli astronomové britské University v Sheffieldu:
Asi nejzajímavější záznamy volně přístupných „písní kosmických“ nabízí stránka Space Audio americké University v Iowě. Je výběrem toho „nej“ ze zvukových transformací záznamů různých kosmických sond.
Například takto znějí pozemské hvizdy, které vyvolávají blesky při bouřích a které se šíří podél siločar geomagnetického pole zemskou atmosférou.
Hudba genů
Nejen fyzikální svět si transformujeme do viditelné, nebo zvukové podoby. Řídící program pozemského života, který jsme si převedli do dlouhých posloupností písmen A, T, C a G přímo vybízí kreativní (nebo i podnikavé) lidi si pohrát a najít konverzní systém, který umožní DNA využít jako partituru pro jakž-takž poslouchatelnou „hudbu“. Nejde samozřejmě o vědu. Když ale chcete například vědět, jak by mohl znít nějaký váš úsek DNA, stačí ho transformovat například přes stránku Kalifornské university.
Na stránce Katedry mikrobiologie, imunologie a molekulární genetiky, které šéfuje profesor Jeffrey H. Miller, si můžete poslechnout příklady zvukových přepisů různých bílkovin.
Například takhle zní lidský ThyA protein (thymidilát syntáza).
Hudba, jako každý druh umění odráží kulturní prostředí autora. Jak jinak zní genetický přepis z hudební dílny Japonce jménem Nobuo Munakata! Přes odkazy na jeho stránce se proklikáte k mnohým příkladům exoticky znějících DNA preludií. Za všechny alespoň ukázka z You Tube – „zpěv“ SRY genu, který na pohlavním chromozomu Y umožňuje majiteli nebýt ženou:
Zdroje: jsou uvedené v hypertextových odkazech
Diskuze:
