Slovák v CERNE: Boh je nielen majstrovský fyzik

Vo vedeckom tíme špičkových odborníkov vo švajčiarskom výskumnom centre CERN pracuje i niekoľko Slovákov. Medzi nimi aj IVAN MELO z Katedry fyziky Elektrotechnickej fakulty Žilinskej univerzity. 

Bežný človek vie, že v CERNe je veľký urýchľovač častíc, ale väčšinou netuší, čo to vlastne je a načo je vôbec potrebné mať takéto zariadenie. Čo to je a čo sa s tým dá skúmať?

CERN je najväčšie centrum výskumu častíc na svete. V tomto roku oslávilo 60 rokov. Nachádza sa na okraji Ženevy a je tam veľa urýchľovačov, z ktorých najväčší a najznámejší je LHC - Veľký hadrónový urýchľovač. V CERNe pracujú vedci zo 100 krajín, Slovensko je jednou z 21 členských krajín.

Veľký hadrónový urýchľovač je asi najzložitejší vedecký nástroj, aký ľudstvo postavilo. Návštevník, ktorý príde 100 m pod zem, vidí v kruhovom tuneli dlhom 27 km najmä veľké modré magnety chladené na teplotu nižšiu, ako je priemerná teplota vo vesmíre. Na štyroch miestach sa v tuneli nachádzajú experimenty, ktoré samotným zjavom môžu vyraziť dych. Rozmermi, množstvom káblov, komplikovanosťou a predstavou, že sa v tom všetkom niekto vyzná.

Na Veľkom hadrónovom urýchľovači skúmame najmenšie tehličky (elementárne častice), z ktorých je vystavaný tento svet, a sily, ktoré spájajú tehličky do komplikovaných štruktúr, ako sme my, veci okolo nás i hviezdy a galaxie. V súčasnosti vieme z experimentov, že tých najmenších tehličiek je (keď to trochu zjednoduším) 12 a sily sú štyri. Ale stále niečomu nerozumieme. Vychádza nám z rôznych úvah, že tehličiek musí byť viac ako 12. Nasvedčuje tomu, okrem iného, aj existencia tmavej hmoty vo vesmíre, ktorá je určite zložená z niečoho iného, ako sú známe elementárne častice, ale viac nevieme.

Tak trochu dúfame, že na Veľkom hadrónovom urýchľovači by sme mohli objaviť časticu tmavej hmoty. V poznaní zloženia nášho vesmíru by nás to posunulo zo súčasných 5 % na asi 25 %. Ak neuvidíme tmavú hmotu, tak s rovnakým napätím budeme hľadať nejaké ďalšie neznáme častice.

Ako prebieha takýto výskum?

Veľký hadrónový urýchľovač urýchľuje protóny (jadrá vodíkových atómov) takmer na rýchlosť svetla. V urýchľovači krúžia vo dvoch zväzkoch, každý iným smerom. V miestach, kde sú experimenty, sa oba zväzky prekrížia a dôjde k čelnej zrážke protónov. Čím vyššia je energia zrážky, tým je to zaujímavejšie.

"Predstavte si, že urýchlite dve jahody a potom ich čelne zrazíte. Čo sa stane? Väčšina ľudí správne odpovie, že vznikne jahodový džem. Ale pri zrážkach na Veľkom hadrónovom urýchľovači je energia taká vysoká, že okrem jahodového džemu vzniknú aj úplne iné veci, ktoré tam pôvodne vôbec neboli. Napríklad maliny alebo melóny, prípadne také exotické ovocie, aké ešte nikto nikdy nevidel."

Zdieľať

Skúsim to vysvetliť pomocou „podobenstva“. Predstavte si, že urýchlite dve jahody a potom ich čelne zrazíte. Čo sa stane? Väčšina ľudí správne odpovie, že vznikne jahodový džem. Ale pri zrážkach na Veľkom hadrónovom urýchľovači je energia taká vysoká, že okrem jahodového džemu vzniknú aj úplne iné veci, ktoré tam pôvodne vôbec neboli. Napríklad maliny alebo melóny, prípadne také exotické ovocie, aké ešte nikto nikdy nevidel. To je čaro kvantovej fyziky a teórie relativity. Protóny sú tými jahodami, v ich zrážke vzniknú stovky iných častíc, ktoré sa rozletia na všetky strany. Úlohou experimentov je tieto častice identifikovať.

V zrážkach zvyčajne vznikajú častice, ktoré už poznáme (maliny, melóny), zriedkavo však môžu vzniknúť aj úplne nové častice (exotické ovocie) a keď sa ich podarí zaregistrovať, je to významný objav. Napríklad objav Higgsovho bozónu viedol k udeleniu Nobelovej ceny za fyziku za rok 2013. Celkom určite by k takej cene viedol aj objav tmavej hmoty.

Načo potrebujeme CERN? Majú výsledky výskumov nejaký praktický význam?

Okrem samotných vedeckých výsledkov, ktoré odhaľujú úplné základy materiálneho sveta, sa ukazuje, že aj fundamentálny výskum môže priniesť praktické využitie. World Wide Web je asi najslávnejším „produktom“ CERNu. Bol vyvinutý pred 25 rokmi pre potreby veľkých medzinárodných experimentálnych skupín, ktorých členovia potrebovali zdieľať informácie na internete efektívnym spôsobom.

Iným príkladom sú masovo používané dotykové obrazovky vyvinuté v CERNe pred 40 rokmi. Mimoriadne dôležité je využitie urýchľovačov častíc v medicíne na diagnostiku a ožarovanie, napríklad na veľmi žiadanú protónovú terapiu, pri ktorej sa na ožarovanie nádorov používajú urýchlené protóny. Tie ničia rakovinové bunky oveľa efektívnejšie a zároveň šetrnejšie k zdravému tkanivu ako klasické metódy. V nemocnici potom máte akoby malú verziu Veľkého hadrónového urýchľovača s jedným zväzkom protónov pri podstatne nižších energiách. Aj toto je vedľajší produkt výskumu elementárnych častíc.

"Generálny riaditeľ celej organizácie Rolf Heuer nedávno povedal slovenským novinárom, že CERN je model Európy, ktorá funguje. Napĺňa sa tak vízia zakladateľov, ktorí boli presvedčení, že veda v CERNe môže významne prispieť k mieru v Európe."

Zdieľať

Ale sú tu aj ďalšie dôležité veci. CERN potrebujeme na to, aby sa združili sily a prostriedky na vybudovanie urýchľovačov a experimentov, ktoré by inak jednotlivé krajiny bez spolupráce neboli schopné vybudovať. Je to miesto, kde pracujú na jednom projekte ľudia mnohých národností a učia sa prekonávať kultúrne rozdiely. Veda hovorí jedným jazykom, a to vedcov spája. Generálny riaditeľ celej organizácie Rolf Heuer nedávno povedal slovenským novinárom, že CERN je model Európy, ktorá funguje. Napĺňa sa tak vízia zakladateľov, ktorí boli presvedčení, že veda v CERNe môže významne prispieť k mieru v Európe.

V poslednej dobe si ľudia dávajú CERN do súvislosti s objavom Higgsovho bozónu. Medzi laickou verejnosťou je táto častica známa skôr pod názvom „božská častica“. Prečo sa fyzici tak dlho snažili o jej objavenie a načo je dobrý tento objav?

Väčšina z dvanástich najmenších tehličiek má hmotnosť a my nerozumieme, odkiaľ sa tá hmotnosť berie. Teória by vyzerala lepšie bez hmotnosti, ale nemôžeme ignorovať, že napríklad elektrón hmotnosť má. To je experimentálny fakt. Stálo to veľa úsilia, kým teoretici prišli s prijateľným vysvetlením. Bolo to pred 50 rokmi a vysvetlenie je fascinujúce. Podľa neho je celý vesmír zaplavený zvláštnou substanciou, Higgsovým poľom, ktorá sa takmer nijako neprejavuje. Všetko, čo robí, je, že dáva elementárnym časticiam hmotnosť.

Je to dosť bizarné tvrdenie, pretože rovnako dobre by sme mohli tvrdiť, že hmotnosť dávajú časticiam trpaslíci, ktorých nevidieť, a preto sa to nedá overiť. Bol však predpovedaný ešte jeden prejav Higgsovho poľa, ktorý sa napokon ukázal ako rozhodujúci. Podľa predpovede sa Higgsovým poľom dá zatriasť, ako keď hodíte kameň do vody a začnú sa šíriť vlny. Keď tú vlnu „chytíte“, máte novú časticu, ktorú fyzici nazvali podľa autora myšlienky Petra Higgsa Higgsovým bozónom. Nie je však vôbec jednoduché zatriasť Higgsovým poľom, potrebujete na to veľa energie. Trvalo 50 rokov, kým sa nám to podarilo pri zrážkach protónov na Veľkom hadrónovom urýchľovači. Termín božská častica je novinárskym zveličením, ktorí fyzici nemajú radi, ale určite je vzrušujúce, že vďaka objavu Higgsovho bozónu máme správnu predstavu aspoň o tej malej časti (5 %) vesmíru, ktorej zloženie poznáme.

Experimenty v CERNe nám pomáhajú pochopiť, čo sa udialo pri vzniku vesmíru. Nemáte niekedy pocit, že sa snažíte pochopiť Stvoriteľa?

Ani nie tak priamo Stvoriteľa ako dielo jeho rúk. Všetka zložitosť materiálneho sveta sa dosiahne pomocou dvanástich častíc, štyroch síl a Higgsovho poľa. Rovnice, ktoré ich opisujú, sa dajú zapísať síce jednoducho, ale len pomocou náročnej matematiky. Vystupuje v nich 21 parametrov, ktoré nevieme vypočítať, ale musia byť namerané. Fyzici (veriaci i neveriaci) sú presvedčení, že úplná teória sveta by mala byť krásna a jednoduchá v tom zmysle, že by mala obsahovať len jeden parameter a ďalších 20 by sa malo dať vypočítať, a že namiesto štyroch síl by mala byť len jedna, ktorá sa krátko po vzniku vesmíru rozštiepi na tie štyri.

"Boh je nielen majstrovský fyzik, ktorý vymyslel tie zložité rovnice, ale aj ten, ktorý kreoval hmotu a prikázal jej, aby poslúchala tieto rovnice – všemohúci Stvoriteľ."

Zdieľať

Táto predstava vo mne vždy evokovala dokonalého Boha, ktorý nepotrebuje namáhavo nastavovať 21 parametrov, štyri sily a potom všetky tie zložité štruktúry. Stačila jedna jeho myšlienka, jeden parameter, a tá bola taká bohatá, že keď sa rozvinula, rozprestrela, vzniklo celé bohatstvo všetkých podôb prírody a vesmíru. A z toho mi vychádza, že Boh je nielen majstrovský fyzik, ktorý vymyslel tie zložité rovnice, ale aj ten, ktorý kreoval hmotu a prikázal jej, aby poslúchala tieto rovnice – všemohúci Stvoriteľ.

Ako ste sa dostali k práci v CERNe a čo tam robíte?

Slovensko je členským štátom, a tak sa prirodzene od našich časticových fyzikov očakáva, že budú nejakým spôsobom prispievať k výskumu v CERNe. Ja som teoretik, ktorý väčšinou pracuje doma na Žilinskej univerzite, takže v CERNe netrávim toľko času ako experimentátori. Pobudnem tam týždeň alebo dva každý rok. Chodím na stretnutia medzinárodnej skupiny pre popularizáciu časticovej fyziky. Spolu premýšľame, ako čo najlepšie priblížiť náš výskum stredoškolákom a verejnosti.

Ponúkame niekoľko programov. Najúspešnejším sú Medzinárodné Masterclasses, počas ktorých stredoškoláci prídu na Žilinskú univerzitu (a na ďalšie univerzity na Slovensku a vo svete), aby sa na jeden deň stali časticovými fyzikmi. Rozprávame im o tých dvanástich tehličkách, štyroch silách a Higgsovom bozóne a potom ho hľadajú v experimentálnych dátach z experimentov na Veľkom hadrónovom urýchľovači.

Na záver dňa žiaci vo videokonferencii diskutujú s fyzikmi z CERNu a so svojimi rovesníkmi z iných krajín, ktorí merali to isté. Stredoškoláci z odľahlých regiónov ako Orava a Kysuce majú možnosť vlastnými rukami siahnuť na špičkovú vedu. Som presvedčený, že robíme niečo veľmi dôležité, čo neexistovalo, keď som ja bol v ich veku. Aj toto je CERN – snaha dať každému, kto má záujem, šancu spoznať krásu i námahu vedeckej práce.

V čom sú fyzici pracujúci v CERNe iní ako ostatní ľudia?

Sú zapálení pre to, čo robia. Veľmi dôslední pri hľadaní pravdy. Neuspokoja sa ľahko s niečím, čo nie je presvedčivé, idú na podstatu veci. Toto je nesmierne dôležité. Je to priam kresťanská cnosť, ktorú tento svet veľmi potrebuje. A ešte sú mimoriadne bystrí. Vždy sa musím veľmi poctivo pripraviť, keď tam mám niečo prezentovať, inak by ma rýchlo prekukli. A ja tam reprezentujem nielen seba, ale aj našu krajinu.

Andrea Bednárová

Foto: Miroslav Jaroš, archív

Rozhovor pôvodne vyšiel v magazíne Naša Žilinská diecéza, uverejnené s dovolením redakcie.

Pozrieť diskusiu

Fungujeme vďaka finančnej podpore našich čitateľov a pravidelných podporovateľov. Ďakujeme.

Podporte nás aj vy, aby sme vám mohli priniesť ďalšie kvalitné články.

Podporiť pravidelnou sumou Podporiť jednorazovo