Rolf-Dieter Heuer: Bude-li nám matka příroda přát, vyrobíme temnou hmotu | E15.cz

Rolf-Dieter Heuer: Bude-li nám matka příroda přát, vyrobíme temnou hmotu

Rolf-Dieter Heuer: Bude-li nám matka příroda přát, vyrobíme temnou hmotu
Rolf-Dieter Heuer
• 
ZDROJ: Anna Vacková
9. dubna 2015 • 06:41
Od roku 2009 vede Evropskou organizaci pro jaderný výzkum (CERN) a netají se, že bádání na tak vysoké úrovni předpokládá přesvědčit členské státy, aby poskytly dostatek peněz. „Dokázali jsme však, že umíme nejen o finance žádat, ale také dodat výsledky,“ říká ředitel CERN Rolf-Dieter Heuer. Kýženým výsledkem práce fyziků na obřím urychlovači by po potvrzení existence Higgsova bosonu měl být vznik takzvané temné hmoty a studium jejích vlastností.

E15: Jak byste popsal CERN z vlastního úhlu pohledu?

Ten první: Místo s úžasnou atmosférou, kde lidé mnoha národností neustále něco kutí a spolupracují. A to je v dnešním světě podle mého názoru velmi vzácný úkaz. A ten druhý pohled, vědečtější: Infrastruktura, laboratoř, která se snaží prozkoumat mikrokosmos a důvod, proč existujeme. A prostřednictvím toho se zároveň snaží porozumět vývoji vesmíru, obzvláště jeho stavu krátce po velkém třesku. Zkoumáním malého poznáváme i to velké. Každého přece zajímá, odkud vzešel, ne?

E15: Takže to pojítko mezi „malým“ a „velkým“ existuje…

Jistě. Zkoumáte-li malé objekty, potřebujete stále lepší a lepší rozlišení. Začínáte klasicky u lupy, pak se přesunete k mikroskopu, potom přesednete k elektronovému mikroskopu, který je mimochodem sám už malým urychlovačem. A pak vám už jen zbývá onen urychlovač zvětšovat, protože k získání vyššího rozlišení potřebujete dosáhnout vyšší energie v daném bodě. A v okamžiku, kdy koncentrujete extrémní množství energie do velmi malého bodu, získáte místo s velmi vysokou hustotou energie. Čím je hustější, tím je zkoumaný bod blíže stavu, ve kterém se vesmír nacházel krátce po velkém třesku. To je to pojítko mezi „velkým“ a „malým“.

E15: Proč jste přijel do Česka?

Jde o rutinní návštěvu. Konalo se zde zasedání Komise pro budoucí evropské urychlovače (Committee For European Future Accelerators, ECFA). Tato komise má na starosti organizaci spolupráce komunity členů CERN z hlediska směřování národních výzkumů a jejich koordinaci s CERN.

E15: Projednávali jste nějaký nový projekt, který v CERN připravujete?

Připravujeme projekt Velkého hadronového urychlovače (LHC) o vysoké luminozitě. Stávající urychlovač byl spuštěn v roce 2009, první srážky proběhly na konci března 2010. Od té doby přístroj běžel takřka tři roky, v jejichž průběhu jsme nasbírali ohromné množství dat, a mimochodem učinili pár vynikajících objevů. Určitě si vzpomenete například na Higgsův boson. Objem dat, která jsme nasbírali, však činí pouhé jedno procento toho, co bychom chtěli a potřebovali získat.

Proto potřebujeme zvýšit počet srážek v urychlovači. Od určitého bodu je ale pro stávající urychlovač enormně obtížné zdvojnásobit statistiku, která by nám poskytla další sadu dat k analýze. A právě v tom nový projekt spočívá – zásadně vylepší schopnost urychlovače dosáhnout vysokého počtu srážek na vyšších energiích a schopnost tyto srážky zaznamenat a zpracovat.

E15: Kdy by tento vylepšený urychlovač mohl být k dispozici?

Dosáhneme toho až někdy za deset let, ale je velmi důležité začít s přípravami již nyní. V tom nám samozřejmě pomáhají vládní granty. Česko nyní představilo jeden se sedmiletým horizontem. Řekl bych, že to je naprosto ideální. Mladým vědcům to totiž ukáže jakousi vizi budoucnosti, přitáhne je nejen proto, že budou mít možnost pracovat na něčem tak úžasném jako LHC, ale také že na tom budou moci dokončit své diplomové práce a později třeba i doktoráty. Jde o vizi stability. Podobný sedmiletý program vyhlásila zatím jen Austrálie, která s ním slavila poměrně značný úspěch. Celý experiment poběží do poloviny třicátých let.

To, co na LHC provádíme, totiž není nic jiného, než co vesmír činí nepřetržitě posledních čtrnáct miliard let

E15: Zmínil jste zvyšování energií srážek. Co očekáváte, že díky tomu odhalíte? Média spekulují o vytvoření miniaturních černých děr, potvrzení existence dalších dimenzí či tvorbě temné hmoty…

Ano, temná hmota. S potvrzením existence Higgsova bosonu jsme dokončili takzvaný standardní model, který ovšem popisuje necelých pět procent vesmíru. Co tvoří zbylých 95 procent, stále nevíme. Jsme schopni říci, že zhruba čtvrtinu z toho tvoří takzvaná temná hmota a tři čtvrtiny takzvaná temná energie, ale nic konkrétního o těchto „věcech“ nevíme. Ve vesmíru je jednoduše něco, co vidíme díky gravitačním silám, ale nevíme přesně, co to je. A nebylo by hezké něco takového vyprodukovat v LHC a prozkoumat to?

E15: Zřejmě bylo, ale bylo by to také bezpečné?

Temná hmota je všude kolem nás, ve vesmíru je jí pětkrát více. Je to nějak nebezpečné? Kdepak, je to naprosto bezpečné. K jejímu prozkoumání máme dva způsoby. Jedním je postupné zvyšování energie částic urychlováním, čímž podle Einsteinova E = mc2 produkujeme částice s vyšší hmotou. Pokud na nás matka příroda bude hodná, částice temné hmoty bychom takto opravdu mohli v blízké budoucnosti vytvořit.

Další možností je nepřímé měření existence temné hmoty prostřednictvím Higgsova bosonu. Standardní model popisuje jeho exaktní vlastnosti a chování. Pokud ale existuje temná hmota, zmíněné vlastnosti Higgsova bosonu by se mohly měnit, a v takovém případě bychom mohli mít více odlišných Higgsových bosonů.

Ke snazšímu pochopení: Představte si, že by vaše kolegyně, která nás tu při rozhovoru fotografuje, měla naprosto identicky vypadající a chovající se dvojče. Obě by byly totožné ve všem až na jediný rozdíl – jak vyslovují jedno vybrané slovo. Jak byste zjišťoval, která je která? Pohledem ani běžným rozhovorem je nerozeznáte, musíte se přesně ptát, až nakonec vysloví to správné odlišující slovo. Jste-li velice chytrý, položíte správné otázky a zjistíte to poměrně rychle. Když to ale nevíte, nezbývá vám nic jiného než je dlouhodobě podrobovat výslechu.

A to nyní děláme s Higgsovým bosonem, potřebujeme ho dlouhodobě pozorovat a zkoumat, zjistit, jak vlastně „mluví“, a přijít na to jedno slovo. Pak teprve budeme vědět, zda je tu více Higgsových bosonů, či nikoli.

E15: A co ty černé minidíry a extra dimenze?

Budu k našim teoretickým fyzikům v tomto případě laskavý: Jsou to všechno hezké teorie. Ty jejich černé mikrodíry nejsou nic jiného než nestabilní částice. Higgsův boson je třeba takovou nestabilní částicí. Na černých minidírách je však zajímavé, že bychom je opravdu mohli na LHC vyprodukovat, ale pouze pokud by existovaly více než tři prostorové dimenze (v současnosti definujeme prostor v rámci tří os x, y a z – poznámka autora). Nepletu-li se, tak by k tomu bylo zapotřebí alespoň šesti dimenzí. Zatím to však nemůžeme ani vyloučit ani potvrdit.

Kdybychom však přesto nalezli nějakou takovou černou mikrodíru, okamžitě by nám „otevřela dveře“ do naprosto nové sféry fyziky. Potvrdilo by nám to, že zde opravdu existují další dimenze. Ale i kdyby se to stalo, bylo by to naprosto bezpečné, protože černé mikrodíry by se od okamžiku svého vzniku ihned začaly rozpadat a hned by zmizely. To, co na LHC provádíme, totiž není nic jiného, než co vesmír činí nepřetržitě posledních čtrnáct miliard let. A přesto spolu nyní stále hovoříme, nic se nám nestalo.

E15: Má CERN stále ještě v plánu postavit další superurychlovač, tentokrát s obvodem sto kilometrů?

K pochopení našeho způsobu plánování se musíte vrátit do osmdesátých let minulého století. Tehdy jsme začali plánovat výstavbu nynějšího 27kilometrového prstence LHC. Vedly se debaty o jeho potřebě a možnostech. To ještě ani nebyly k dispozici technologie, které se při výstavbě a pozdějším výzkumu nakonec použily – to je třeba příklad supravodivých magnetů, které nyní v urychlovači používáme. Časové měřítko je tak dlouhodobé, že by byla chyba se tím, co nastane po LHC, nezabývat.

Prověřujeme výsledky stávajících experimentů, zda budeme potřebovat kruhový, nebo lineární urychlovač, řešíme, jak získat technologii, kterou k případné další výstavbě budeme potřebovat, jak zajistit finanční zdroje. Tyto přípravné kroky v osmdesátých letech trvaly přibližně deset let a dalších deset let probíhal schvalovací proces, zajišťování zdrojů a dalších deset let pak trvala samotná výstavba. V následujících pěti letech budeme znát odpovědi na tu první řadu otázek – co přesně budeme potřebovat, zda je to realizovatelné a také kolik to bude stát.

E15: Jsou členské státy CERN ochotny nést tyto jistě vysoké náklady na výstavbu většího urychlovače?

Na to odpovím ve dvou částech. Zaprvé pokud máte správně připravený projekt, ospravedlnitelné důvody pro své požadavky a zkušenosti, že něco takového zvládnete, že dodáte výsledky, které jste slíbil, pak si troufám tvrdit, že členské státy jsou velmi ochotné naslouchat. A my máme důvody, připravujeme dobrý projekt a hlavně již jsme celou řadu výsledků podali, a to nejen v podobě toho nejslavnějšího Higgsova bosonu.

Druhou částí odpovědi je to, že tak velké zařízení, přístroj, projekt a tak vysoké finanční náklady si jednoznačně vyžádají spolupráci nejen evropské komunity. K realizaci takového projektu bude zapotřebí nejen peněz, ale také hlavně rukou a mozků lidí ze všech koutů světa. Půjde o zcela globální projekt. A proto jsme přípravy a diskuze o tom stokilometrovém prstenci zahájili v rámci mezinárodní spolupráce, nejen tedy v rámci členských států CERN. Nyní už máme 51 závazných souhlasů nejrůznějších institucí napříč oběma Amerikami, Evropou a Asií k tomu, že se rády budou podílet na přípravě a následujících pracích na takovém přístroji.

Rolf-Dieter HeuerRolf-Dieter HeuerAutor: Anna Vacková

E15: V roce 2009, kdy jste se ujal vedení CERN, zuřila finanční krize a musel jste bojovat o prostředky…

Naštěstí úspěšně! Byť jsem z toho trochu zešedivěl. Ale dokázali jsme, že umíme nejen o finance žádat, ale také, že umíme dodat výsledky. A to činí další žádosti o prostředky mnohem snazší, prokázali jsme naše kompetence.

E15: Na počátku příštího roku vás v ředitelském křesle nahradí Fabiola Gianottiová, která bude první ženou ve vedení CERN. Co pro ni podle vás bude největší výzvou? Nebude to opět ono financování?

Jednoznačně získávání prostředků. To je vždy boj. Krize ještě ve všech zemích zdaleka neodezněla. Podívejte se třeba na stav Řecka. Chápu politiky, že by rádi viděli výsledky za prostředky, které do výzkumu vložili, ještě v rámci svého politického mandátu, zpravidla pětiletého, ale mnohdy i kratšího. Základní výzkum však počítá v mnohem delších obdobích.

Je třeba trochu udržovat balanc mezi vědou s rychlou návratností, v podobě aplikovaných technologií a vědou s pomalou návratností, tedy základním výzkumem. Nádherným případem takových rozdílů ve výzkumech či vědách je třeba známá zobrazovací metoda PET (pozitronová emisní tomografie), která využívá antihmotu. Teorie, na níž je tento přístroj založen, byla definována zhruba před 85 lety, přístroj sám však vznikl mnohem později.

E15: Hovořil jste o přípravné fázi nynějšího LHC v osmdesátých letech. Dokážete odhadnout, kolik lidí se na projektu od té doby podílelo?

Podívejte se na stávající situaci: momentálně pracuje na čtyřech velkých projektech v CERN osm tisíc vědců. „Pouhé“ tři a tři tisíce na ATLAS a CMS. Ale to se bavíme o nynější situaci. Když přihlédnu k předchozím projektům a průběžné cirkulaci výzkumníků, je dost možné, že by celkové číslo šlo zaokrouhlit až na dvacet tisíc lidí. A to nesmíme zapomínat na množství teoretických fyziků, administrativu…

E15: Narážím na to, zda již máte představy, kolik lidí bude potřeba k realizaci onoho globálního projektu superurychlovače.

Myslím, že k tomu budou zapotřebí všichni, kteří někdy pracovali na jakémkoli urychlovači, nejen na LHC.

E15: Už máte plány, jak zapojit třeba USA a Čínu? Obě země totiž mají v CERN jen status pozorovatele.

Se statusem pozorovatele již do budoucna v tomto novém projektu nepočítáme a uzavíráme standardní smlouvy o spolupráci. Nyní vyjednáváme se Spojenými státy a připravujeme se na Rusko a pak Čínu. Snažíme se tím říct, že věda by měla zůstat mimo politická kolbiště. Naopak by měla národy spojovat. Například máme velmi dobré kontakty s Japonskem.

E15: Často o sobě hovoříte jako o nevyléčitelném optimistovi…

V mé pozici musíte být optimistou.

E15: Je to povinné?

Ředitelská pozice to má prostě v popisu práce. Když jsem v roce 2009 nastoupil do funkce, urychlovač nefungoval, nálada v CERN v té době byla kvůli tomu velmi špatná. Mnoho schůzí jsem strávil přesvědčováním a motivováním. I teď jim občas musím říkat: „Ok, teď se ti zrovna něco nepodařilo, ale neboj se, dopadne to dobře, vím, že na to přijdeš.“ Řekl bych, že být optimistou je povinností. Musí tu být někdo, kdo udrží morálku i v případě, že se zrovna náhodou nedaří. Někdo, kdo vědce motivuje, udržuje jejich soustředění, nabídne řešení či možný způsob vyrovnání se s nějakým problémem.

E15: Zůstanete optimistou i po skončení svého mandátu?

Jednoznačně.

E15: Co byste si přál, aby se v CERN povedlo?

Rád bych viděl první světlo vesmíru.

Rolf-Dieter Heuer (66)
Německý částicový fyzik, od roku 2009 ředitel CERN. Zájem o fyziku projevoval již v základní škole. Po získání doktorátu v Heidelbergu v roce 1977 pracoval v nejrůznějších institutech a na fyzikálních experimentech v Německu, od roku 1984 pracoval na experimentu OPAL, jehož mluvčím se stal v roce 1994. Sám o sobě říká, že je nevyléčitelným optimistou, a byť se aktuálně na žádném výzkumu nepodílí, manažerský post ředitele CERN považuje za vrchol své kariéry. Počátkem roku 2016 jej ve funkci ředitele nahradí Fabiola Gianotti a Heuer se ujme vedení Německé fyzikální společnosti, jejímž prezidentem byl nedávno jmenován.

 

Hlavní zprávy

Newsletter
Využijte služby
zasílání zpráv do vaší
e-mailové schránky!

Mohlo by vás zajímat