Urychlovač LHC – testy zastaveny

Před několika týdny oběhla celým světem zpráva o spuštění nového supervýkonného urychlovače částic LHC (the Large Hadron Collider). Jedná se o největší a nejkomplikovanější vědecké zařízení na světě, s pomocí kterého budou vědci zkoumat chování částic za neobvyklých podmínek, velmi vysokých rychlostí a následných srážek, jejichž důsledkem budou stavy odpovídající podmínkám obdobných na počátku vesmíru. Vědci doufají, že získané výsledky odpoví na některé otázky z oblasti kvantové fyziky mikročástic, osvětlí některé nejasnosti v teoriích popisujících vesmír těsně po velkém třesku. A jak bývá u podobných projektů dobrým zvykem, výsledkem budou nejen odpovědi, ale i nové otazníky. :-)

Obr. 1: Atlas – jeden z největších detektorů urychlovače LHC.

Několik technických dat

Urychlovač LHC byl vybudován přímo u výzkumných laboratoří CERN na okraji Ženevy ve Švýcarsku. Tento kolos se nachází 50 až 175 metrů pod povrchem země. Tvoří ho 27 km dlouhý tunel s průměrem téměř čtyři metry, který částí svého obvodu zasahuje na území Francie. Celý komplex je za pomoci desítek tun tekutého hélia ochlazovaný na přibližně mínus 271 °C. V prstenci urychlovače je udržováno vakuum srovnatelné s vakuem ve vesmíru. Po obvodu urychlovače jsou umístěny jednotlivé testovací komory (experimenty): ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, TOTEM a LHCf. Projektu se účastní kolem sedmi tisíc fyziků z celého světa a jeho cena je odhadována na osm miliard dolarů.

Experimenty a jejich detektory

Úkolem částicového urychlovače je zaznamenávat a vizualizovat exploze částic, které jsou důsledkem srážek. K tomuto účelu je urychlovač vybavem několika detektory, které pomohou fyzikům zjistit identitu dané částice.

Nejvýznamější experiment obsahující 100 milionů detektorů nese označení ATLAS. Rozměry Atlasu jsou 46 x 25 x 25 m a váží 7 000 tun. Je to víceúčelový přístroj, který má bádat v širokém oboru fyziky, což obsahuje hledání Higgsova bosonu, extra dimenzí a částic, které by měly tvořit temnou hmotu vesmíru.

Dalším experimentem je ALICE. Zařízení je 26 m dlouhé s průměrem 16 m a váhou 10 000 tun. Je umístěno na území Francie, kam LHC zasahuje. V Alici se budou srážet ionty olova, aby napodobily podmínky těsně po Velkém třesku v laboratorních podmínkách. Ze získaných údajů budou fyzici usuzovat na podmínky v kvark-gluonovém plazmatu těsně po Velkém třesku.

CMS je o něco menší než ALICE (21x15x15 m) a váží 12 500 tun. Stejně jako Alice je umístěn na francouzském území, ale jeho zaměření se podobá Atlasu. Také CMS bude hledat Higgsův boson, dodatečné dimenze a částice tvořící temnou hmotu, ale jinými metodami.

LHCb (LHC beauty). Beauty je jméno jednoho z kvarků (základních „kamenů“ jaderných částic). Rozměry je LHCb podobný CMS, ale váhou je poloviční. Také tento experiment je na francouzském území a měl by nám pomoci pochopit, proč je náš svět tvořen hmotou a ne antihmotou.

Další experiment LHCf má za úkol simulovat kosmické záření v laboratorních podmínkách za pomoci částic vytvořených uvnitř LHC. Co do počtu vědců (22), je nejmenším experimentem. Získání znalostí o chování kosmického záření resp. těchto kaskád částic pomůže vědcům vypracovat velké experimenty, které pokryjí tisíce kilometrů.

Experiment TOTEM se zaměří na zkoumání jevů, které se nevešly do škály úkolů víceúčelových detektorů ATLAS a CMS. Bude měřit velikosti částic a přesně monitorovat luminozitu LHC.

Současnost projektu

Urychlovač částic byl spuštěn do provozu 10. září roku 2008. Po několika dnech postupného spouštění bylo zařízení z důvodu poruchy zařízení chladicího systému odpojeno. Samotná oprava vadného třicetitunového transformátoru je záležitostí několika dnů, nicméně servisní zásah vyžaduje zdlouhavé ohřívání supermagnetů a následné opětné ochlazení na -271 °C. Celý proces se protáhne až do plánované zimní odstávky, takže LHC bude znovu uveden do provozu až na jaře roku 2009. Nezbývá než držet palce s očekáváním, že tento ambiciózní projekt přinese spoustu zajímavých vědeckých výsledků.