O.S.E.L. - Kde bude budoucí největší urychlovač?
 Kde bude budoucí největší urychlovač?
V minulém a předminulém týdnu proběhla v Praze konference ICHEP 2024, která je zaměřena na současnost a budoucnost částicové fyziky. Jedním ze zásadních témat byla budoucnost velkých urychlovačů a následníka v současnosti největšího urychlovače LHC v laboratoři CERN. Budoucí cesta k těmto ještě výkonnějším klíčovým nástrojům pro poznání struktury hmoty a fundamentálních fyzikálních zákonů se řeší právě nyní. Rozhoduje se o tom, zda se postaví v Evropě nebo v Číně.

Největším urychlovačem na světě je v současné době LHC v laboratoři CERN, pro nový urychlovač FCC budou potřeba dipólové magnety s dvojnásobnou intenzitou magnetického pole (zdroj CERN).
Největším urychlovačem na světě je v současné době LHC v laboratoři CERN, pro nový urychlovač FCC budou potřeba dipólové magnety s dvojnásobnou intenzitou magnetického pole (zdroj CERN).

Současný největší urychlovač na světě LHC (Large Hadron Collider) už je v činnosti čtrnáct let a v současné době na něm probíhá třetí etapa experimentování, tzv. Run 3. V ní se téměř dosahuje maximální předpokládané energie urychlovaných částic svazku a také násobně vyšší jeho intenzity, než byla v předchozích fázích experimentování.

 

Proč stále vyšší energie u urychlovačů?

Urychlovač využívá pro urychlení elektrické pole a může tak urychlovat pouze nabité částice. Historie jejich využívání ke studiu struktury hmoty a fyzikálních zákonitostí je spojena s budováním stále větších zařízení, které urychluji částice na stále vyšší energie. Potřeba zvyšování energie částic svazku má tři hlavní důvody.


První se týká produkce nových neznámých částic a vychází ze známé rovnice Einsteina E = mc2 a možnosti přeměny kinetické energie na klidovou hmotnost nově vzniklých částic během srážky urychlených částic. Čím větší je kinetická energie urychlených částic, tím hmotnější částice lze produkovat. A řada hypotéz týkajících se exotické fyziky za Standardním modelem hmoty a interakcí předpovídá existenci i velmi těžkých částic. Přehled potvrzených i hypotetických částic a návod, jak se v nich vyznat, je v dřívějším článku.


Pokud je energie srážky, kterou lze využít pro produkci částic, dostatečně vysoká, můžeme ji na urychlovači vyprodukovat v reálné podobě. Většinou jde o částice s velmi krátkou dobou život, takže se o jejich existenci dovídáme z produktů jejich rozpadu. Pokud tak máme vhodnou sestavu detektorů, můžeme novou částici identifikovat a určit jejich vlastnosti. Například můžeme ze změřených energií a hybností sekundárních částic z rozpadu spočítat klidovou energii (hmotnost) primární částice.


Známky nové částice se však mohou v procesech pozorovaných na urychlovači projevit i tehdy, když nemá dostatečnou energii k jejich reálné produkci. Kvantová fyzika a její Heisenbergův princip neurčitosti umožňují realizaci různých procesů prostřednictvím vzniku a opětné přeměny i velmi hmotné částice. Lze to interpretovat tak, že díky Heisenbergovu principu neurčitosti se na velmi krátkou dobu může narušit zákon zachování energie. Pokud je součin doby existence tohoto narušení a velikosti této energie menší, než hodnota daná právě Heisenbergovým principem neurčitosti, není toto narušení pozorovatelné a neodporuje zákonu zachování energie. V tomto případě mluvíme o virtuální existenci dané částice. Možnost průběhu reakce i prostřednictvím virtuální částice, která má klidovou energii překračující hodnotu energie zúčastněné v procesu, ovlivňuje jeho pravděpodobnost. Může třeba zvýšit pravděpodobnost rozpadu nějaké částice a snížit její dobu života. Může také ovlivnit pravděpodobnosti produkce různých částic. Pokud tak změříme co nejpřesněji pravděpodobnosti daného procesu při srážce částic svazku a určíme tuto pravděpodobnost pomocí modelu, který obsahuje známé částice, můžeme experimentální a vypočtenou hodnotu srovnat. Pokud se objeví rozdíl, může být známkou existence nové částice. Z vlastností konkrétního měřeného procesu a určeného rozdílu pravděpodobností mezi teorii a experimentem lze pak odhadnout vlastnosti neznámé částice. Čím je energie dostupná při srážce vyšší a blíže klidové energie (hmotnosti) neznámé částice, tím jsou projevy její existence větší.


Druhým důvodem pro výstavbu urychlovačů se stále vyšší energií částic svazku, je snaha o pozorování, stále menších detailů. V kvantovém světě má každý objekt (částice) zároveň částicové i vlnové vlastnosti. Vlnová charakteristika tak určuje neurčitost v poloze částice, kterou nám udává charakteristická vlnová délka. Její velikost je pak nepřímo úměrná hybnosti částice. Čím je tak hybnost, a tedy i energie, částice vyšší, tím menší je neurčitost v určení polohy částice a tím menší detaily ve struktuře pozorovaných objektů můžeme pomocí ní zkoumat. Čím větší je energie urychlených částic, tím větší podrobnosti můžeme pomocí nich vidět. Na LHC můžeme pozorovat detaily, které jsou menší, než je tisícina rozměru protonu.


Třetím důvodem zvyšování energie urychlených částic, je produkce velmi horké a husté hmoty. Pokud se urychlí co nejtěžší jádra, která jsou ve své podstatě kapičkami jaderné kapaliny, dojde při srážce ke stlačení a ohřátí této hmoty. Její hustotu ještě zvyšuje přeměna části kinetické energie v nové částice. Dostáváme tak hmotu, která zde byla na začátku rozpínání našeho vesmíru. Čím je energie urychlených jader vyšší, tím jsou vyšší teploty a hustoty. Zkoumáme tak hmotu odpovídající stále rannějším fázím vývoje našeho vesmíru.

Srážky ultrarelativistických těžkých jader umožňují získat velmi horkou a hustou jadernou hmotu. Zobrazení srážky v experimentu ALICE, nalevo perifernější srážka s menším počtem vzniklých částic, napravo centrální srážka s velkým počtem vzniklých částic. (Zdroj CERN).
Srážky ultrarelativistických těžkých jader umožňují získat velmi horkou a hustou jadernou hmotu. Zobrazení srážky v experimentu ALICE, nalevo perifernější srážka s menším počtem vzniklých částic, napravo centrální srážka s velkým počtem vzniklých částic. (Zdroj CERN).

 

Proč stále vyšší intenzita svazků urychlovačů?

V experimentech se snažíme studovat stále méně pravděpodobné procesy. Potřebujeme tak dosahovat a analyzovat stále vyšší frekvence srážek. To je hlavní důvod, proč je snaha zvyšovat intenzitu svazku a tím počet srážek. Zde nejde jen čistě o zvyšování intenzity svazku, ale v případě srážeče, kdy se urychlují dva svazky částic proti sobě i o zmenšení jejich průřezu a tím i zvýšení pravděpodobnosti srážky při dané jeho intenzitě. Navíc je třeba přizpůsobit systém detektorů pro rozlišení vysoké frekvence srážek, analýzu velkého počtu vznikajících částic a jejich správnému přiřazení ke konkrétním srážkám.


Právě velmi vzácné jevy s extrémně malou pravděpodobností, které probíhají slabou interakcí a narušují některé symetrie a zákony zachování, jsou nejcitlivější k exotické fyzice za Standardním modelem hmoty a interakcí. Vzácně produkované částice a velmi málo pravděpodobné rozpady částic jsou tak klíčové pro hledání známek nové fyziky a kontrolu hypotéz za Standardním modelem.

 

Jak dosáhnout co nejvyšší energie a intenzity svazku?

Nejdůležitější není ani tak energie urychlených částic svazku, ale energie, která je využitelná k produkci nových částic nebo pro ohřev a stlačení jaderné hmoty. Při nasměrování svazku na pevný terč se však dá využít jen část energie urychlené částice. Z kinematických důvodů, tedy kvůli splnění zákonu zachování energie a hybnosti, musí zůstat část energie spojena s pohybem těžiště. Podíl této energie, kterou nelze využít, začíná velmi rychle růst v případě, kdy se částice svazku urychlí na relativistické až ultrarelativistické rychlosti, kdy se jejich rychlost blíží rychlosti světla. V tomto případě se vyplatí, když urychlíme dva svazky stejných částic na stejnou energii a namíříme je proti sobě. V tomto případě je těžiště soustavy v klidu vůči laboratoři, na jeho pohyb není potřeba žádná energie a energie dostupná v těžišti je sumou energií srážejících se částic. Proto jsou ty největší urychlovače srážeče (colliders).


Nejčastěji urychlovanými částicemi jsou elektrony (pozitrony) a protony. Výhodou u elektronů (pozitronů) je, že nemají strukturu a pro energie, kterých jsme schopni dosáhnout, se jedná o bodovou částici. Nese tak celou energii získanou urychlením a při srážce s jiným elektronem nebo pozitronem tak může být veškerá energie využita ke zrodu jedné částice s odpovídající velkou hmotností. V případě protonu jde o částici se strukturou, a ta je poměrně komplikovaná. Skládá se ze tří tzv. konstituentních kvarků, které drží pohromadě velmi intenzivní silná interakce. Vzniká tak velmi energetické vakuum složené z virtuálních kvarků a gluonů. Každá ze zmíněných součástí protonu nese část kinetické energie protonu. Při vysokých hybnostech protonu jsou charakteristické vlnové délky spojené s reálnými kvarky a virtuálními kvarky a gluony, které jej tvoří, menší než jeho rozměr. Protony se tak nesrážejí jako celek, ale dochází ke srážkám jednotlivých kvarků a gluonů. Dostupná energie při srážce je tak dána pouze energií, kterou nesou dané konstituenty protonu. Je tak zhruba o řád nižší, než je celková energie systému srážejících se protonů.


Naopak existují i nevýhody využití elektronů oproti protonům. Jedna vzniká v případě využití kruhových urychlovačů. Ty na rozdíl od těch lineárních dovolují využít urychlovací systém mnohokrát a tím dosáhnout vyšší energie. Realizaci kruhové dráhy zajišťují dipólové magnety. Nabitá částice totiž při vhodné orientaci směru pohybu nabité částice a intenzity magnetického pole umožňuje její pohyb po kružnici. Při působení zrychlení na nabitou částici dochází k vyzařování elektromagnetického záření. Na kruhovém urychlovači působí při pohybu po kružnici na urychlovanou nabitou částici dostředivé zrychlení způsobované magnetickém polem, a ta tak vyzařuje elektromagnetické záření. Toto záření je intenzivní pro lehké částice, je nepřímo úměrná kvadrátu jejich hmotnosti. Intenzita tohoto záření zároveň roste s tím, jak se částice stává relativistickou a ultrarelativistickou (její rychlost se blíží rychlosti světla). Už první velké kruhové urychlovače elektronů, které dosahovaly jejich ultrarelativistických energií, tak pozorovaly vznik tohoto záření. Protože těmi urychlovači byly tzv. synchrotrony, označuje se toto záření jako synchrotronové. Zatímco synchrotronové záření u těžkých protonů je zanedbatelné, u lehkých elektronů velmi rychle roste a při určité energii jsou ztráty energie tímto zářením tak vysoké, že další urychlování ztrácí smysl. Urychlovače protonů tak snadněji dosáhnou vyšších energií.


Rozpad higgse na dva fotony gama (zelené čáry) (zdroj CERN).
Rozpad higgse na dva fotony gama (zelené čáry) (zdroj CERN).

Kromě dosažení co nejvyšší energie je pro studium vzácných jevů důležité i dosažení vysokého počtu srážek. Jejich frekvenci popisuje veličina, které se říká luminosita a její podrobnější popis lze najít v článku z počátku fungování urychlovače LHC. Jejího zvýšení lze docílit zvýšením intenzity svazku a v případě srážeče i zmenšením průřezu srážejících se svazků částic. Toho se dociluje fokusací svazku pomocí kvadrupólových magnetů.

 

Speciálně zaměřené urychlovače

Ne všechny snahy musí cílit u urychlovačů zkoumajících strukturu hmoty, vlastnosti elementárních částic a hledajících známky exotické fyziky na ty nejvyšší energie. Často stačí urychlovače s energií nižší. Většinou se zaměřují na produkci specifických částic. Jde například na velmi intenzivní svazky protonů, které slouží pro vytváření intenzivních svazků neutrin. Na neutrinovou fyziku se například zaměřuje urychlovač Tevatron v laboratoři Fermilab, který byl největším urychlovačem protonů před urychlovačem LHC. Nyní vytváří intenzivní svazky protonů, které po dopadu na masivní terč produkují intenzivní svazek mezonů pí a v jejich rozpadech intenzivní svazky mionových neutrin a antineutrin. Umožňuje tak studovat oscilace mezi různými typy těchto částic. V této laboratoři se také produkují intenzivní svazky mionů využívané při hledání známek nové fyziky pomocí přesného měření magnetického dipólového momentu mionu.


Urychlovač elektronů a pozitronů v japonské laboratoři KEK umožňuje produkovat částice obsahující těžké kvarky b. Stejně tak se japonský urychlovač protonů J-PARC využívá pro produkci mionů, neutrin a podivných částic i hyperjader. Speciální urychlovače umožňují urychlovat polarizované částice a jádra. Na studie využívající polarizované svazky se nyní zaměřuje i známý urychlovač RHIC v Brookhavenu. Zařízení SIS a budovaný FAIR v GSI Darmstadt i sestava NICA v SÚJV Dubna budou srážejí jádra při nižších energiích, než je dosažitelná na urychlovačích LHC nebo RHIC. Dosahují tak nižší teploty, ale vysoké baryonové hustoty jaderné hmoty. Jde o hmotu, která je podobná hmotě v nitru neutronových hvězd. Podrobný rozbor výzkum v této oblasti jsem psal v nedávném článku. A to jsou jen některé příklady takových specificky zaměřených urychlovačů

Pokrok ve vývoji dosažených energií a luminosit u velkých urychlovačů (zdroj Sergei Nagaitsev na ICHEP 2024).
Pokrok ve vývoji dosažených energií a luminosit u velkých urychlovačů (zdroj Sergei Nagaitsev na ICHEP 2024).

Ovšem realizace urychlovače s tou nejvyšší energií je stále vrcholem, který dramaticky posouvá naše schopnosti poznání nové fyziky a je extrémní výzvou.

 

LHC zvyšuje energii částic i intenzitu svazku

Současným největším urychlovačem na světě je LHC v evropské laboratoři CERN. Kvůli problémům s magnety zahajoval urychlovač LHC při nižších energiích, než jsou maximální plánované. Při spouštění urychlovače v roce 2008 došlo ke zkratu na supravodivém dipólovém magnetu, který zajišťuje oběh částic po zhruba kruhové dráze. Ke spuštění tak došlo až na přelomu let 2009 a 2010, první svazek měl energii 1,18 TeV, která pak byla postupně zvýšena na 3,5 TeV. Pro představu 1 TeV je 1000 GeV a klidová energie protonu je necelý 1 GeV. První etapa experimentování (Run 1), která se protáhla zhruba do poloviny února 2013, tak probíhala s energií dostupnou v těžišti 7 TeV, což je energie postačující k produkci více než 7000 dalších protonů. Jednalo se o prodloužení experimentování oproti plánu, které bylo dáno snahou získat dostatečnou statistiku po objevu Higgsova bosonu.


Druhá etapa experimentování (Run 2) začala po opravách a vylepšeních magnetů a jejich vycvičení. I v tomto případě se ještě nedosáhlo maximální možné energie svazku. Experimentování začalo začátkem dubna 2015 a energie svazku byla 6,5 TeV, tedy energie dostupná v těžišti byla 13 TeV. V tomto období dosáhl urychlovač o 40 % vyšší frekvenci srážek, než byla plánovaná. Tato etapa trvala do prosince 2018.


Pak nastalo čtyřleté období vylepšování urychlovače. Bylo zaměřeno na zvýšení energie, a hlavně na zvýšení intenzity svazku, a tedy frekvence srážek. Vysoké frekvenci srážek se musely přizpůsobit i detekční sestavy. Podařilo se ji zvýšit násobně. Třetí etapa experimentování (Run 3) s vysokou frekvencí srážek (luminositou) začala na konci dubna 2022. Zároveň se mírně zvýšila energie svazku na hodnotu 6,8 TeV, a tedy 13,6 TeV dostupných v těžišti. Třetí etapa experimentování bude probíhat až do konce roku 2025

 

Přehled etap experimentování urychlovače LHC (zdroj prezentace Sergei Nagaitsev na ICHEP 2024).
Přehled etap experimentování urychlovače LHC (zdroj prezentace Sergei Nagaitsev na ICHEP 2024).

Poté by se měla realizovat tříletá přestávka, při které dojde k vylepšení urychlovače LHC a jeho detekčních systémů, aby dokázaly pracovat při ještě vyšších intenzitách svazku (luminositách). Ty by měly překročit až sedminásobek nominální hodnoty. Také by se mělo dosáhnout maximální projektové energie svazku, která je 7 TeV, znamenající energii dostupnou v těžišti 14 TeV. Zařízení pak bude označováno jako HL-LHC (High Luminosity LHC).

 

Nový plánovaný největší urychlovač

V současné době se připravuje výstavba nových velkých urychlovačů, které by překonaly LHC. Jak by mohly vypadat tyto ještě větší urychlovače, jsem popsal v podrobném přehledu před čtyřmi roky. Od té doby se v jejich přípravě zásadně pokročilo a v nejbližších letech se čeká rozhodnutí o jejich výstavbě. Jde o projekty lineárních urychlovačů elektronů a pozitronů, ale hlavně extrémně velkých kruhových urychlovačů – synchrotronů. Předpokládá se, že ve vybudovaném tunelu by se nejdříve postavil srážeč elektronů a pozitronů, který by byl strojem na produkci higgsů i Z a W bosonů. Díky bodovosti elektronů, a tomu, že neinteragují silnou interakcí, by šlo o velmi čisté srážky s minimem pozadí. Ideální nástroj pro studium procesů spojených s elektroslabou interakcí. Potlačení zmíněného synchrotronového záření lze dosáhnout zvětšením poloměru, které vede ke zmenšení dostředivého zrychlené pro danou energii elektronu či pozitronu. Proto by měl nový urychlovač daleko větší poloměr a obvod než stávající urychlovač LHC.


Po vyčerpání hlavního potenciálu srážeče elektronů a pozitronů by se ve stejném tunelu s co největším využitím stávající infrastruktury vybudoval srážeč protonů a jader, Jde o úplně stejný postup, jaký se uplatnil i v případě stávajícího urychlovače v laboratoři CERN. I tam se nejdříve v tunelu s obvodem 26,7 km vybudoval srážeč elektronů a pozitronů LEP, který podrobně prostudoval vlastnosti nově objevených bosonů Z a W a vlastností elektroslabých interakcí. Teprve po ukončení jeho činnosti se ve stejném tunelu vybudoval srážeč protonů a jader LHC, který objevil Higgsův boson. Velmi důležité je, že v případě urychlování na velmi vysoké energie to nelze realizovat pouze jedním urychlovačem. Dipólové magnety totiž nemohou pracovat v příliš širokém rozmezí intenzit magnetického pole. Proto se musí využívat sestava několika kruhových urychlovačů, která urychluje částici postupně na stále vyšší energii. U LHC se tak využívají jako předurychlovače starší synchrotrony PS a SPS. I v případě nového ještě většího urychlovače by se pak urychlovač LHC využil jako předurychlovač pro tento ještě větší stroj.

Letecký snímek krajiny, kde je laboratoř CERN. Modrou kružnicí je vyznačena poloha tunelu urychlovače LHC a HL-LHC, červenou pak možná poloha tunelu urychlovače FCC (zdroj CERN).
Letecký snímek krajiny, kde je laboratoř CERN. Modrou kružnicí je vyznačena poloha tunelu urychlovače LHC a HL-LHC, červenou pak možná poloha tunelu urychlovače FCC (zdroj CERN).

 

Laboratoř CERN se tak intenzivně pracuje na projektu urychlovače FCC (Future Circular Collider), nejdříve by šlo o srážeč elektronů a pozitronů FCC-ee, který by se později přebudoval na srážeč protonů a jader (tedy hadronů) FCC-hh. V letech 2014 až 2018 se pracovalo na předběžné koncepci a designu urychlovače. Do roku 2025 by se měla dokončit studie proveditelnosti. Mezi lety 2025 až 2027 by měl být připraven předběžný projekt zařízení (tzv. TDR) a v roce 2028 by měl CERN rozhodnout o realizaci projektu. Tunel by se pak měl začít razit v roce 2032. V roce 2041 by pak ukončil provoz HL-LHC a okolo roku 2045 by se rozběhl FCC-ee a fungoval 15 let, srážeč FCC-hh by pak začal pracovat někdy okolo roku 2070.


Obvod tunelu FCC by měl být 90,7 km (obvod LHC je 26,7 km), dipólové magnety by měly magnetickou indukci 14 – 20 T (u LHC je to 8,3 T) a podle velikosti magnetické indukce by energie dostupná v těžišti pro protonový srážeč měl být mezi 84 – 120 TeV (u LHC je maximum 14 TeV). Měla by zde být čtyři místa, kde by se srážely svazky, pro výstavbu detekčních sestav. Urychlovač by měl daleko větší počet silnějších magnetů, a hlavně rezonančních urychlovacích dutin. Těch bylo u LEP 288, u LHC je jich jen 16, ale u FCC to bude více než 1000 těchto zařízení.


Vývoj pokročilých magnetů a urychlovacích rezonančních dutin je pak klíčovou podmínkou pro úspěch projektu. Budou se používat supravodivé magnety, které nepotřebují tak nízké teploty. Bude stačit 4,5 K místo 1,9 K, které jsou u LHC. Bude snaha získat supravodivé dipólové magnety, u nichž teplota nemusí jít pod 10 K. Předpokládané technologie jsou na hraně současných možností, a je třeba teprve ověřit, zda jsou dosažitelné. Jejich testování by probíhalo i při vylepšování LHC na HL-LHC. Na jejich vývoji nepracuje pouze CERN s potenciálními dodavateli, ale také čínské a další vědecké technologické organizace. Velké úsilí je věnováno pokroku ve vysokoteplotní supravodivosti a jejímu využití.


Svůj projekt srážeče elektronů a pozitronů, který by se posléze přebudoval na srážeč protonů a jader, má také Čína. Na jejím projektu pracuje čínský IHEP (Institute of High Energy Physics). Jednalo by se CEPC (Chinese Electron Positron Collider), který by měl při srážce v těžišti energii 240 GeV. Posléze by byl přebudován na SPPC (Super Proton-Proton Collider), který by měl energii dostupnou v těžišti 75 TeV pro obvod do 100 km a při využití magnetů s magnetickou indukcí okolo 12 T.

 

Vývoj klíčových technologií pro čínský projekt urychlovače CEPC (zdroj prezentace Haijun Yang na ICHEP 2024).
Vývoj klíčových technologií pro čínský projekt urychlovače CEPC (zdroj prezentace Haijun Yang na ICHEP 2024).

Pří zvýšení magnetické indukce magnetů na 20 až 24 T by pak byla možná energie až 125 – 150 TeV. V příštím roce 2025 by měl být publikován předběžný inženýrský projekt zařízení EDR a měla by být podána žádost na vládu o financování projektu. Předpokládá se zahájení výstavby v roce 2027 a urychlovač CEPC by se měl rozběhnout v roce 2037.

 

Závěr – co rozhodne, kde urychlovač bude?

Jak bylo zmíněno v úvodu, jedním z klíčových témat konference ICHEP 2024 (International Conference on High Energy Physics), která proběhla v Praze, byla právě příprava projektu nového následníka urychlovače LHC. Jde o tradiční největší celosvětovou konferenci zaměřenou na částicovou fyziku, která probíhá každé dva roky už více než půl století. V paralelních sekcích byl prezentován stav různých prací na vývoji jednotlivých komponent budoucích urychlovačů a přípravě projektů, ať už se jedná o evropský FCC nebo čínský CEPC.


V plenárních přednáškách pak byl přehled současného stavu v oblasti využívaných a budovaných urychlovačů a také stav projektu urychlovače FCC. Velmi důležitým bodem programu byla panelová diskuze zaměřená právě na budování nových velkých urychlovačů. Panelisty byly ředitelé čtyř největších světových laboratoří s urychlovači, zaměřenými na částicovou fyziku velmi vysokých energií. Šlo o ředitelku laboratoře CERN Fabiolu Gianotti, ředitelku laboratoře FNAL (Fermilab) Liu Merminga, ředitele čínské laboratoře IHEP Yifang Wanga a ředitele japonské laboratoře KEK Shoji Asai.

 

Záběr z panelové diskuze o výstavbě nových velkých urychlovačů, které se zúčastnili čtyři ředitelé velkých laboratoří zaměřených na fyziku vysokých energií (zdroj autor).
Záběr z panelové diskuze o výstavbě nových velkých urychlovačů, které se zúčastnili čtyři ředitelé velkých laboratoří zaměřených na fyziku vysokých energií (zdroj autor).

Všichni se shodli, že je extrémně důležité takový nový velký srážeč v nejbližších desetiletích vybudovat. Stejně tak všichni zdůrazňují důležitost vzájemné mezinárodní spolupráce na tomto projektu. Je také jasné, že evropský a čínský projekt jsou konkurenční, a že se bude budovat jen jeden z nich. Nemá cenu stavět dva stejné urychlovače.


Z tohoto hlediska je hodně klíčové vyjádření čínského ředitele čínské laboratoře IHEP. Ten prohlásil, že Čína má téměř 20 % obyvatel země a s podílem 20 % na světovém HDP je ekonomickou velmocí. Je tak její povinností toto zařízení vybudovat. Navíc finance na tento projekt nepřekračují částky, které dává čínská vláda na jiné klíčové směry vědeckého a technologického výzkumu. Předpokládá tak, že čínská vláda projekt, který bude podán v roce 2025, schválí. Podle něj existují pouze dva důvody, proč by se nerealizoval. První je, že se ukáže, že by se nedal dokončit před rokem 2040. Druhým pak, když CERN před rozhodnutím čínské vlády jasně ukáže, že má financování projektu a je plně rozhodnut projekt realizovat.


Můj dojem je, že začíná být jasné, že urychlovač nakonec postaví Čína, a i v této oblasti se dostane na špici ve světě. Zásadní je podle mě vůle ve vědecké komunitě i společnosti ke snaze o vědecký a technologický pokrok a poznání. Jestliže čínský ředitel IHEP přijde za vedením státu s projektem, který je na takové úrovni, že Čínu dostane na špici vědy a technologie v daném oboru, tak mu finance na něj dá. A i u obyvatel Číny je ve velké míře povědomí, že právě rozvoj vědy a technologií umožňuje zvyšování jejich životní úrovně, rozvoj ekonomiky a reálnou ochranu i zlepšování jejich životního prostředí. Takže i velká část společnosti se dívá na tento projekt pozitivně. To je důvod, proč Čína zásadně podporuje vědecký a technologický rozvoj, proč se chce dostat na Měsíc (a možná tam bude dříve než USA viz zde) a proč bude mít s největší pravděpodobností do roku 2040 i největší urychlovač na světě.

##seznam_reklama##

Naopak, pokud se snažíte prosadit klíčový vědecký projekt v Evropě, je nejdůležitější papírově prokázat, že je udržitelný a minimalizuje emise CO2. Celá jedna paralelní sekce a jedna souhrnná plenární přednáška byla věnována této oblasti. Bohužel se to pro evropské úředníky a politiky stává jedním z nejdůležitějších parametrů pro posuzování možnosti schválení konkrétního projektu. Je jasné, že by měla být každá činnost člověka ohleduplná k přírodě a životnímu prostředí. Ovšem velká část požadovaných parametrů nemá s reálnou škodlivostí nic společného a jde o čistě ideologické papírování a úřednické výkaznictví. Ideologická kampaň vede k tomu, že mladá generace se nesmyslně považuje za tu poslední a ztracenou, a je přesvědčována o nesmyslnosti poznání a znalostí. Když se pak s nimi bavím, tak o dané problematice ví kromě naučených nesmyslných hesel minimum. A už vůbec neví nic o reálných možnostech vytvoření nízkomisního energetického mixu (viz třeba má diskuze s účastníky stávky za klima).


Vzpomněl jsem si i na své diskuze s Janem Hollanem z Ústavu výzkumu globálních změn AV ČR, který razil názor, že by se LHC měl zavřít, že žádného higgse nepotřebujeme. Jde podle něj o nesmysl, který jen zbytečně produkuje emise CO2. A právě jedině potlačení emisí CO2 za každou cenu má smysl. Souhlasím s racionální snahou omezovat emise CO2, ale pokud je to provázeno nesmyslnou ideologickou kampaní a mimo reálná fakta, tak je něco opravdu špatně. V takto masírované společnosti se tak těžko bude vědecký a technologický rozvoj prosazovat. A ve všech směrech budeme zaostávat nejen za Čínou.


Nový velký urychlovač je zařízením základního výzkumu a studuje fundamentální přírodní zákonitosti. Jeho výsledky tak budou veřejně publikovány, a pokud jej bude budovat Čína, je vysoce pravděpodobné, že bude dříve, než by to bylo v případě, že se bude budovat v laboratoři CERN. Je to dáno i tím, že jeho dokončení lze realizovat až po odstavení LHC. A opravdu nemá smysl nevyužít co nejvíce potenciál HL-LHC a vypínat jej předčasně. V případě čínské realizace mám větší šanci se nového urychlovače a jeho výsledků dožít. Přesto bych byl radši, kdyby Evropa co nejdříve jasně deklarovala výstavbu urychlovače FCC a závazek jeho financování. Jeho přínos totiž není jen ve fundamentálním výzkumu, ale doprovází jej obrovský rozvoj technologií a pobídka pro špičkový průmysl. Což zvedá celkovou technologickou, průmyslovou a tím i ekonomickou úroveň zúčastněných států.

Na konferenci ICHEP 2024 se prezentovala celá řada extrémně zajímavých výsledků. Pokusím se v následujících článcích prezentovat alespoň některé z těch, které mě nejvíce zaujaly.

 

Video: Panelová diskuze se čtyřmi řediteli největších laboratoří zaměřených na částicovou fyziku

 

Trochu nostalgie: přednáška „Putování světem urychlovačů“ z doby, kdy se urychlovač LHC teprve budoval:


Autor: Vladimír Wagner
Datum:31.07.2024