Denník N

V CERN-e pozorujeme stav, v ktorom bol vesmír 10 až 100 mikrosekúnd po Veľkom tresku, vraví fyzik

KAREL ŠAFAŘÍK (62) bol viac ako desať rokov koordinátorom fyzikálneho výskumu v detektore ALICE na Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN). Momentálne pracuje ako vedúci oddelenia fyziky a programovania na tomto experimente. Bol medzi prvými desiatimi ľuďmi, ktorí navrhli detektor pre experiment ALICE, ktorý pracuje na urýchľovači a študuje zrážky ťažkých iónov. Na fotografii názorne vysvetľuje takúto zrážku, pri ktorej sa zrodia až desaťtisíce subatomárnych častíc. Foto – Marcel Serina
KAREL ŠAFAŘÍK (62) bol viac ako desať rokov koordinátorom fyzikálneho výskumu v detektore ALICE na Veľkom hadrónovom urýchľovači (LHC) v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN). Momentálne pracuje ako vedúci oddelenia fyziky a programovania na tomto experimente. Bol medzi prvými desiatimi ľuďmi, ktorí navrhli detektor pre experiment ALICE, ktorý pracuje na urýchľovači a študuje zrážky ťažkých iónov. Na fotografii názorne vysvetľuje takúto zrážku, pri ktorej sa zrodia až desaťtisíce subatomárnych častíc. Foto – Marcel Serina

Jednou z hlavných úloh modernej fyziky bude vysvetlenie povahy temnej energie a tmavej hmoty, tvrdí Karel Šafařík, jeden z popredných fyzikov vo švajčiarskom CERN-e.

KAREL ŠAFAŘÍK je fyzikálny koordinátor experimentu ALICE. Ide o jeden z detektorov na Veľkom hadrónovom urýchľovači v CERN-e. Fyzika sme sa pýtali na Higgsov bozón, tmavú hmotu, temnú energiu a výstavbu plánovaného FCC urýchľovača. Mal by byť takmer štyrikrát väčší než LHC.

Ako dlho trval návrh detektora pre ALICE?

Od prvých náčrtov na papieri v roku 1992 až po jeho spustenie to trvalo asi dvadsať rokov.

Líši sa dnešný výskum od očakávaní pri spúšťaní ALICE?

Na začiatku sme mali veľa rôznych návrhov, museli sme si spočítať, koľko by stálo ich postavenie. Mimochodom, konečná cena detektora je viac než sto miliónov švajčiarskych frankov. A to nie je málo.

Počas vývoja a návrhov sa muselo všetko optimalizovať. V podstate si myslím, že výkonnosť dnešnej ALICE je to, čo sme plánovali. V rámci Veľkého hadrónového urýchľovača máme štyri experimenty – ATLAS, ALICE, CMS a LHCb. Každý z nich má svoju zvláštnosť – nie sú rovnaké, každý meria niečo iné.

Sleduje každý z tímov v CERN-e vo svojom výskume niečo iné?

Svojím spôsobom áno. ALICE sa špecializuje na zrážky ťažkých iónov. V jednej z nich sa „narodí“ viac ako 10-tisíc nových častíc. Iné experimenty, napríklad ATLAS a CMS, sú zase navrhnuté na zrážky protónov.

Keď dôjde k zrážke častíc, vznikne hmota s veľmi vysokou hustotou a teplotou. Ide o stav, v ktorom sa vesmír nachádzal 10 až 100 mikrosekúnd po Veľkom tresku.

  • Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN) – európska organizácia pre základný a aplikovaný výskum predovšetkým v oblasti časticovej fyziky
  • Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) je urýchľovač častíc. Nachádza sa v CERN-e. V miestach zrážok častíc sa nachádzajú detektory ATLAS, ALICE, CMS, LHCb, TOTEM a LHCf.
  • ALICE – experiment, ktorý meria zrážky jadier olova. Nachádza sa na okruhu LHC.
  • Kvarky – elementárne častice, z ktorých sú zložené protóny alebo neutróny.

Čo všetko sa študuje v ALICE pri zrážke iónov?

Napríklad takzvaná kvark-gluónová plazma. To je stav hmoty, ktorý bol asi 10 až 100 mikrosekúnd po Veľkom tresku. Kvarky sa v tomto stave nachádzali voľne v priestore, neboli pospájané silnou interakciou. Prechodom z tohto stavu vznikali protóny a neutróny, a to tak, že sa kvarky pozliepali dohromady.

Protón je z troch kvarkov, neutrón tiež, len z trocha iného typu. Kvark-glónovú plazmu si možno predstaviť aj ako fázový prechod ľadu na kvapalnú vodu alebo ako premenu vody na vodnú paru. Kvarky držia v protónoch a neutrónoch pokope vďaka gluónom. Keď dôjde k ich uvoľneniu, vznikne kvark-gluónová plazma.

Veľký tresk teda nie je iba obyčajná teória, je to experimentálny fakt. My v CERN-e robíme jeho obdobu v menšom – Malý tresk.

V CERN-e sa pripravuje aj antihmota. Priblížte nám tento výskum.

Vyrábame antičastice. Robíme to zrážaním protónoveho zväzku pri nie veľmi vysokej energii, iba niekoľko GeV (gigaelektrónvoltov). Na jeden milión protónov sa vyrobí jeden antiprotón. Je to vysoko neefektívny proces, ale lepšie sa to nedá.

Prepnutím fázy urýchľovača vieme častice aj spomaliť. Na to, aby sme vytvorili antihmotu, musia byť antiprotóny spomalené v absolútnom vákuu, aby neprišli do styku so štandardnou hmotou a nezanikli.

Potom k nim pošleme zväzok pozitrónov, teda antielektrónov, ktoré potom začnú krúžiť okolo antiprotónov, a tak vzniknú atómy antivodíka.

Takže vytvoríte antivodík?

Áno, a dokážeme ho udržať asi desať minút, čo je fantastický čas. Robí sa to v špeciálnych pasciach, ktoré kombinujú elektrické a magnetické pole a obsahujú všelijaké oktupóly (osem pólov – poz. red.). Dokážeme však pripraviť len nejakých 10-tisíc atómov antivodíka. Avogardovo číslo je rádovo 1023 atómov (počet atómov v jednom mol. 6,022 x 1023 atómov v 12 gramoch uhlíka – pozn. red.).

Množstvo atómov antihmoty, ktoré vyprodukujeme, je oproti tomu veľmi malé a nie je nebezpečné, ani keby všetky anihilovali (anihilácia je proces zániku častíc hmoty a antihmoty po ich zrážke, hmota sa mení na energiu – pozn. red.).

Je vypočítané, že na vytvorenie gramu antihmoty ako v knihe Anjeli a démoni od Dana Browna by sme ju museli akumulovať rádovo niekoľko desiatok miliárd rokov.

Aké sú riziká vytvorenia mikročiernych dier?

Existujú všelijaké teórie, že vyrobíme čiernu dieru. Na to existuje veľmi jednoduchá odpoveď – energia, s ktorou v urýchľovači pracujeme, je o niekoľko rádov nižšia oproti energii procesov prebiehajúcich v zemskej atmosfére vďaka kozmickému žiareniu. Príroda teda robí to isté v oveľa vyšších energiách a oveľa častejšie. Takže čiernu dieru nevytvoríme.

Je známe, že sa plánuje stavba ešte väčšieho urýchľovača, ktorý by urýchľoval častice až na 100 TeV oproti dnešným 13. Kedy by sa malo začať s výstavbou?

Tento projekt je zatiaľ na úrovni diskusií, ešte to nie je schválené. Malo by ísť o 80 kilometrov dlhý urýchľovač. Ten náš má 27. Predpokladáme, že sa do tej doby zlepší technológia magnetov, takže budeme schopní zvýšiť aj energiu obiehajúcich častíc. Dosah na objavenie častíc sa tak zvýši desaťkrát.

Veľký hadrónový urýchľovač má svoj program naplánovaný zatiaľ tak asi do roku 2035. Tipoval by som preto, že niekedy v tom čase sa začne s výstavbou nového urýchľovača. Hovorí sa mu FCC, Future Circular Collider, teda Budúci kruhový urýchľovač.

Karel Šafařík na chodbách CERNu. FOTO – Martina Hestericová
Karel Šafařík na chodbách CERN-u. Foto – Martina Hestericová

Jedným z hlavných cieľov LHC bolo dokázať existenciu Higgsovho bozónu, známeho aj ako „božská častica“. Aká je motivácia pre stavbu FCC?

To je veľmi dobrá otázka. Vo fyzike existuje niečo, čomu sa hovorí „štandardný model“. Je to veľmi fundovaná teória opisujúca všetky základné elementárne častice. K tejto teórii bolo treba dokázať existenciu Higgsovho bozónu. Podarilo sa to hneď dvoma detektormi nezávisle od seba.

Napriek tomu má štandardný model stále svoje trhliny. Vieme napríklad, že vo vyššej energetickej škále musí existovať niečo nové, nejaký ostrov zatiaľ neobjavených častíc. V našom urýchľovači o ich existencii nemáme zatiaľ žiadnu indíciu. Nový väčší urýchľovač chceme postaviť preto, aby sme mohli skúmať práve tieto veci.

Hovoríte o „ostrove nových častíc“.  Myslíte tým tmavú hmotu?

Aj to. Tiež by sa mohla dať študovať temná energia. Myslíme si, že je to nejaká substancia vo vákuu, ktorá vytvára tlak a spôsobuje rozpínanie vesmíru. O tomto zatiaľ iba špekulujeme, netušíme, čo by to mohlo byť. To je jedna z hlavných úloh, ktoré nás vo fyzike čakajú.

Zmeňme tému. Fyziku ste vyštudovali na Univerzite Komenského v Bratislave. Ťahalo vás to k fyzike odmalička?

Popravde, keď som sa narodil, nevedel som, čo je to fyzika. (smiech) Záujem o vedu u mňa vznikal postupne, najviac určite na strednej škole. Pamätám si, že som chcel byť meteorológom, lebo oni smú beztrestne klamať. (smiech) Teraz vážne: počul som, že tam treba veľa matematiky, ktorá ma v tom čase bavila.

Po štúdiu v Bratislave ste precestovali svet, začali ste v Rusku. Ako ste sa prepracovali do Švajčiarska?

Po ukončení pracovného pobytu v Rusku som v roku 1989 odišiel naspäť do Československa. Chcel som začať učiť. V tom čase ma nepúšťali von za hranice, hoci som mal veľa pozvaní všelikde do sveta. Potom, keď sa situácia zmenila, som v deväťdesiatom roku odišiel do Paríža. Ostal som tam tri roky.

Odtiaľ som začal jazdiť do Ženevy, kde mi v roku 1993 ponúkli miesto. Odvtedy som tu.

Pracovná nástenka Karela Šafaříka. FOTO – Martina Hestericová
Pracovná nástenka Karla Šafaříka. Foto – Martina Hestericová

Ťahalo vás to celú dobu k výskumu, alebo ste niekedy zvažovali odchod z akademického sektora?

Zvažoval som to, samozrejme. Myslím, že každý z mojich kolegov to okolo štyridsiatky zvažuje. To isté sa stalo aj mne, keď som bol ešte v Paríži. Rozmýšľal som nad tým, že by som sa začal zaoberať nejakým technologickým vývojom. Nakoniec som zostal verný fyzike.

Aká bola cesta na vedúcu pozíciu fyzikálneho koordinátora experimentu ALICE?

Najprv mi v CERN-e ponúkli dočasné miesto. Pracoval som s jedným kamarátom, ktorý je už na penzii. V tom čase sa začalo uvažovať, čo sa bude robiť s urýchľovačom, a bolo jasné, že na ňom budú prebiehať štyri experimenty.

Jeden z nich mal súvisieť s tým, na čom sme s kamarátom pracovali. Nakoniec som bol medzi prvými desiatimi ľuďmi, ktorí tento experiment celý navrhli. Dnes sa týka vyše 1500 ľudí. Keďže som bol na jeho úplnom začiatku, stal som sa jedným z vedúcich.

Aký je váš názor na slovenské školstvo a vedu?

Veda na Slovensku je v rôznych oblastiach na rôznej úrovni. Podľa mňa by sa mali stanoviť priority podpory rôznych oblastí. Veda by sa mala prestať kúskovať. Tým myslím situáciu, čo sa deje na SAV. Spravilo sa veľa nových ústavov po piatich či šiestich ľuďoch a hovoria tomu ústav SAV. Kto toto dopustil, to naozaj netuším, no nikde inde na svete to asi neexistuje.

V školstve nevidím žiadnu ucelenú koncepciu. Raz sa ministerstvo školstva rozhodne, že sa zníži počet odučených hodín fyziky, a hneď nato prídu s tým, že sme industriálna krajina a nikto nechce študovať techniku a prírodné vedy. To ma naozaj šokuje.

Teraz najčítanejšie

Náš život je vo vašich rukách. Ilustračné foto – Paddy O’Sullivan/Unsplash