Denník N

Fyzika je o predpovedaní budúcnosti, hovorí vedec, ktorý v CERN-e skúma kvantové previazanie

Časticový fyzik Tomáš Dado. Zdroj - archív T.D.
Časticový fyzik Tomáš Dado. Zdroj – archív T.D.

➡️ Počúvanie podcastov Denníka N je najpohodlnejšie v aplikácii Denníka N. Zvuk Vám nepreruší, ani keď zmeníte stránku, a počúvať môžete aj bez pripojenia na internet. Sťahujte kliknutím sem.

Tento text načítal neurálny hlas. Najlepšie sa počúva v aplikácii Denník N, aj s možnosťou stiahnutia na počúvanie offline. Našli ste chybu vo výslovnosti? Dajte nám vedieť.

[25 rozhovorov o slovenskej vede v knižnej podobe – to je novinka Ako chutí tarantula? reportérky Zuzany Vitkovej.]

„Mnoho bežnej elektroniky funguje na princípe kvantovej mechaniky, aj keď si to neuvedomujeme. Aj to, že cez sklo vidíme a cez drevený stôl nie, je kvantovou mechanikou. Len nad tým tak neuvažujeme,“ hovorí fyzik Tomáš Dado, ktorý pracuje v CERN-e na experimente ATLAS.

Jeho skupine sa nedávno podarilo experimentálne namerať kvantové previazanie top kvarkov.

V rozhovore preto vysvetľuje, ako na prvý pohľad bizarný kvantový svet funguje, prečo mu stále úplne nerozumieme a ako môže výskum kvantového previazania teoreticky pomôcť kvantovým počítačom.

V rozhovore sa dočítate aj:

  • prečo sa Einstein do smrti nezmieril s tým, že kvantová fyzika funguje;
  • čo majú spoločné kvantové previazanie a hračka 90. rokov klik-klak;
  • čo majú spoločné kvantová fyzika a filozofia;
  • ako fungujú kvantové počítače a prečo je ich výskum často utajený;
  • čo sa deje, keď má Veľký hadrónový urýchľovač (LHC) poruchu.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award – oceneniu, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku. 

Kvantová mechanika hovorí o javoch, ktoré aj Einstein považoval za strašidelné, až nepravdepodobné. Schrödinger za ňu síce dostal Nobelovu cenu, no napriek tomu bol presvedčený, že je absurdná. Rozumiete v roku 2023 viac týmto dvom pánom a ich skepse alebo samotnej kvantovej mechanike?

Kvantová mechanika funguje na oveľa menších škálach, než sme zvyknutí, a tak nemáme vybudovanú intuíciu na to, čo sa v nej deje. V tomto zmysle rozumiem, že sa to týmto dvom pánom javilo podivné. Ale samotná kvantová mechanika je v poriadku a konzistentná, akurát my s ňou nemáme skúsenosť.

Čo je na nej teda to divné?

Za divné môžeme považovať viacero vecí. Najviac asi to, že nie je úplne deterministická. Z nášho bežného sveta sme zvyknutí, že fyzika hovorí o veciach jasne. Napríklad, ak hodím oštep konkrétnou rýchlosťou a konkrétnym smerom pri určitých podmienkach, tak viem vyrátať, kam presne dopadne.

Kvantová mechanika hovorí, že to síce vieme vyrátať, no výsledkom je len pravdepodobnosť, kam ten „oštep“ dopadne. To podľa mňa narúša predstavu ľudí o svete, pretože nie sme zvyknutí, že výsledkom je náhoda. Máme pocit, že fyzikálne veci máme úplne pod kontrolou. No kvantová mechanika hovorí, že máme pod kontrolou iba pravdepodobnosť.

Takže ak niekto povie, že náhody neexistujú, kvantová fyzika mu odporuje?

V istom zmysle áno. Svet na týchto mikroskopických škálach je síce náhodný, ale nie úplne náhodný. Vládnu tam pravidlá pravdepodobnosti. Vieme teda povedať, s akou pravdepodobnosťou sa veci stanú. Veľmi zaujímavé pritom je, že tento efekt vymizne, keď prejdeme do „nášho sveta“ metrov, kilogramov, sekúnd a tak ďalej.

Vy skúmate takzvané kvantové previazanie. V novinárčine sa zvykne hovoriť, že ak použijeme klišé, tak niekde zomrie malé mačiatko. Jedno teda obetujem, aby som sa vás spýtala: Ako by ste kvantové previazanie vysvetlili kamarátovi na káve?

Je to jav, na ktorý opäť nie sme zvyknutí z bežného života. Hovorí o tom, že vieme pripraviť častice, respektíve ich stavy takým štýlom, keď o nich zrazu nevieme hovoriť ako o jednotlivých časticiach, ale ako o systéme, ktorý má navzájom prepojené vlastnosti.

Môžeme si tie vlastnosti pre náš opis predstaviť tak, že jedna častica bude modrá a druhá červená?

Áno, podobný príklad používal myslím aj Einstein. Predstava je taká, že niekto nosí ponožky, pričom má jednu červenú a druhú modrú. Vieme, že ich má na sebe vždy súčasne, no nevieme, ktorú má na ľavej a ktorú na pravej nohe. Kvantová previazanosť hovorí, že keď sa pozrieme na jednu časticu, teda v našom prípade „ponožku“, tak automaticky vieme, akej farby bude tá druhá. Ale samotné meranie, respektíve pohľad na jednu z ponožiek je náhodný, lebo takto funguje kvantová mechanika.

Čo je však zaujímavé, že na rozdiel od ponožiek sa to v kvantovej mechanike deje na ľubovoľné vzdialenosti. Experimentálne máme potvrdené, že keď vyrobíme dve častice, pošleme ich od seba opačným smerom stovky kilometrov a jednu z nich odmeriame, automaticky vieme, že tá druhá má opačnú vlastnosť.

To je niečo, čo odporuje našej skúsenosti. Aj fyzikálne je problém vysvetliť, ako si tú informáciu o stave okamžite posielajú jedna druhej na obrovské vzdialenosti. Celé to bolo také divné a ľuďom ako Einstein sa zdalo, že tá teória síce dáva nejaké výsledky, ktoré vieme zmerať, no niečo tam ešte musí chýbať. Mysleli si, že kvantová teória nie je úplná a deje sa tam aj niečo, čomu stále nerozumieme. Vysvetlenie však je, že nemôžeme uvažovať o jednej a druhej častici, lebo to tak nie je. Ide o jeden systém, a keď ho zmeriame ako celok, automaticky určíme obe častice naraz.

Podľa vášho opisu mi to trochu pripomína hračku z 90. rokov klik-klak, kde boli dve guličky previazané jednou šnúrkou. Je to podobné, akurát ide o obrie vzdialenosti a šnúrka neexistuje?

Presne tak. Je to akoby niečím neviditeľným zviazané. Aj ten názov „previazanie“ asi vznikol, keď si ľudia predstavili nejaké lano, cez ktoré si častice posielajú informáciu. Až na to, že to lano tam nie je. To je práve tá divná vec.

Detektor ATLAS + naznačenie kvantovej previazanosti. Zdroj – CERN

Fungujú tieto častice iba vo dvojiciach? Lebo predpokladám, že je ich veľa a tie „farby“ nebudú len modrá a červená. Ako sa viete v tej prepletenej spleti vyznať a nájsť častice, ktoré k sebe patria?

My si vieme vyrobiť najjednoduchší systém, v ktorom sú častice iba dve. Vtedy nie je problém s určením, ako sú prepletené. Ale v princípe to funguje na ľubovoľnom počte, len sa to potom oveľa ťažšie študuje.

Ako vlastne niekomu napadlo, že môžu existovať dve častice, ktoré sme v tom čase nevedeli vyrobiť, ale keby sme ich teoreticky vyrobili, tak vlastnosti jednej na diaľku determinujú vlastnosti druhej?

Ono to je hlavne opačne. Keď sa kvantová teória budovala, tak matematicky vyšlo, že to takto funguje a tento prepletený stav je práve ten prirodzený. Čiže ľudia, ktorí tú matematiku vybudovali, si nepovedali, že teraz začneme takto rozmýšľať, ono im to tak prirodzene vyšlo. Nasledujúcim problémom bolo, ako experimentálne narafičiť experiment tak, aby takéto častice vytvorili a odmerali.

Aby Einsteinovi dokázali, že sa to dá?

Áno. Pokiaľ ja viem, on sa s tým do konca života nejako nezmieril. Stále mal pocit, že v tej teórii niečo musí chýbať. Inak na ilustráciu – Richard Feynman, jeden z najvýznamnejších fyzikov 20. storočia, povedal, že kvantovej mechanike nerozumie nikto. A ten, kto tvrdí, že jej rozumie, tak buď úmyselne klame, alebo nerozumie významu slova rozumieť.

Toto je taká ľudská vec, že keď matematika niečo predpovedá, ale nám na tom niečo nesedí, tak máme pocit, že tam niečo musí chýbať. Nazývalo sa to „skryté parametre“, ktoré my nepoznáme, ale častica sa podľa nich správa. No našťastie boli aj ľudia, ktorí sa snažili experimentálne ukázať, že tam nič nechýba, kvantová mechanika sa naozaj správa takto zvláštne a nie sú tam žiadne parametre, ktoré nepoznáme. Len sa nám to zdá divné, lebo s tým nemáme skúsenosť.

K experimentálnemu potvrdeniu toho, že to naozaj takto divne funguje, prispeli traja vedci – Alain Aspect, John F. Clauser a Anton Zeilinger. V roku 2022 získali Nobelovu cenu za fyziku. Rozumieme vďaka nim kvantovej mechanike oveľa lepšie?

Nápad merať kvantovú previazanosť tu bol dávno, no Nobelova cena bola udelená až za experimenty, ktoré sa uskutočnili pomerne neskôr. Problém je, že keď začneme vyrábať takéto experimenty, narážame na rôzne chyby v uvažovaní, ktoré treba zapracovať. Takže oni tie postupy stále menili, aby tieto chyby postupne odstránili. Preto tak dlho trvalo, kým veda experimentálne ukázala, že aj v realite funguje to, čo kvantová mechanika predpovedá.

Teraz to už nikto nespochybňuje?

Sú ľudia, ktorí nespochybňujú samotné výsledky experimentov, ale ich interpretáciu. Kvantová mechanika totiž svojou zvláštnosťou dáva priestor na rôzne typy interpretácií. Takou najšialenejšou je superdeterminizmus. Zaoberá sa tým, že čo ak sa autori experimentov už narodili s myšlienkou, že ich urobia štýlom, aby im vyšiel želaný výsledok. Fyzikálne sa to ťažko vyvracia a takýmito úvahami sa dá spochybniť veľa vecí. Niektorí ľudia hovoria, že ak začneme takto uvažovať, môžeme úplne zabudnúť na vedu, lebo proste stratí zmysel.

Experiment ATLAS. Zdroj – CERN

Nerozumiem tomu, čo superdeterminizmus hovorí. Že si môžeme vymyslieť hocičo a potom sa to snažiť krvopotne experimentálne potvrdiť?

Pointa je v tom, že experiment síce ukázal, čo sme čakali, ale čo keď je chyba v tom, že tí ľudia ho narafičili tak, aby to vyšlo. A nie preto, že by chceli či mali nejaký zlý úmysel, ale že je tam nejaká vyššia moc alebo sila, ktorá im vnukla, aby to tak urobili. Interpretácia kvantovej mechaniky je komplikovaná otázka.

Ďalšia interpretácia hovorí napríklad o tom, že existuje viac svetov a v kvantovej mechanike sú stavy v nejakej superpozícii. Je tam kombinácia jedného aj druhého stavu, a keď urobíme experiment, tak sa možnosť, ktorá nevyšla v našom experimente, stane v nejakom inom vesmíre. Ale myslím, že takto sa na kvantovú mechaniku pozerá drvivá menšina ľudí a všeobecne uznávaná teória je tá, ktorá hovorí o už spomínanej pravdepodobnosti.

Rozprávanie o kvantovej mechanike sa mi javí dosť filozofické. Sú tieto dva smery takisto previazané?

Isté prekrytie medzi ľuďmi, ktorí robia kvantovú mechaniku, a ľuďmi, ktorí sa venujú filozofii, podľa mňa existuje preto, lebo kvantová mechanika ponúka netradičný pohľad na svet. Niektoré veci totiž považujeme za úplne očividné, pretože sa s nimi v bežnom živote stretávame stále. Napríklad že niečo posunieme alebo otočíme. Deti vedia od malička, aký je to úkon. Ale vieme, čo to vlastne znamená?

Keď ľudia začnú s kvantovou mechanikou, tak potrebujú riešiť otázky typu, čo znamená otočiť kvantovo-mechanický stav. Musia tento úkon preniesť z reálneho sveta do abstraktného jazyka. Na to existujú rôzne matematické metódy, ktoré človeku dajú nový pohľad na svet. Na niektoré veci, ktoré považoval roky za samozrejmosť, sa potom začne pozerať inak a začne ich spochybňovať. No a aj filozofia má tendenciu preklepnúť niektoré zaužívané pravdy a zisťovať, či naozaj fungujú.

Vy ste mali vo vedeckej kariére nejaký moment, od ktorého sa na nejakú bežnú vec pozeráte úplne inak?

Práve toto posunutie a rotácia sú v kvantovej teórii kľúčové veci. Človek vie, čo to je, ale potrebuje si k tomu vybudovať opisnú matematiku, aby každý vedel, aký úkon spravil. V kvantovej mechanike to nie je vec triviálnej matematiky a vtedy si človek naozaj uvedomí, akú komplikovanú vec obyčajným posunutím robí. Ľudia majú nejakú „intuíciu“, vďaka ktorej vedia robiť niektoré veci automaticky, a v takomto bode začne človek rozmýšľať nad tým, či si uvedomuje a rozumie tomu, čo vlastne robí.

Spomínali ste výrok, že kvantovej mechanike nerozumie nikto a kto si to myslí, nerozumie porozumeniu. Vy jej nakoľko rozumiete?

To je ťažká otázka. Sú veci, ktorým rozumiem tak, že mi to matematicky vychádza. To mi dáva nejakú predpoveď a viem aj to, ako fungujú niektoré experimenty, ktoré túto matematiku potvrdzujú. Otázkou je, čo si predstavíme pod porozumením. Napríklad vec, ktorej úplne nerozumieme, je problém kvantového merania. Lebo prístroj, na ktorom robíme experiment, nie je opísaný kvantovou mechanikou, ale tou klasickou. No a potom je otázka, kde sa nachádza hranica, za ktorou kvantová mechanika už nefunguje. Lebo klasický prístroj, ktorým meriame kvantový jav, je zložený z atómov, na ktoré platí kvantová mechanika. Ale v akom bode to znamená, že zrazu už nemusíme uvažovať v kvantovej mechanike, ale vystačíme si s tou klasickou? Toto je problém.

Takže ide o také prekladisko medzi dvoma fyzikálnymi svetmi?

Áno, lebo samotná kvantová mechanika je teória, do ktorej vstupuje náhodnosť. A tak treba merania veľakrát opakovať. Samotnou podstatou kvantovej mechaniky je, že na jej merania potrebujeme klasickú mechaniku, lebo ona nevie sama seba vysvetliť. To je problém, na ktorý zatiaľ nie je matematické riešenie.

Poďme k vášmu výskumu. V CERN-e študujete previazanie top kvarkov. Vedci, ktorí získali nobelovku za kvantové previazanie, skúmali fotóny. Čím sa kvarky od fotónov líšia?

Je tam viac vecí. Fotóny máme v bežnom svete. Ani sa človek nemusí veľmi snažiť a vzniknú. No aby človek vytvoril kvarky, to je celkom problém. Majú totiž takú nezmyselnú vlastnosť, že sú „uviazané“. To znamená, že kvark nevie existovať sám. Fotón vie jednoducho preletieť detektorom, ktorý šťukne, a my vieme, že sme ho videli. No kvarky sa „zgrupujú“ s inými kvarkami, vytvoria časticu a až tá naším detektorom preletí. To samo osebe znamená, že študovať kvarky je veľmi ťažké.

Top kvark, ktorého previazanie sme merali, je ešte špeciálnejší tým, že je najťažšou elementárnou časticou, akú poznáme. Práve preto sa rozpadáva tak rýchlo, že nestihne vytvoriť také častice ako ostatné kvarky. V detektore tak vieme merať až jeho rozpadové produkty.

Zobrazenie zrážky očakávanej pre top-kvarkový pár, ako ju vidí detektor ATLAS. Zdroj – CERN

Kde sa kvarky nachádzajú v prírode?

To je opäť komplikovanejšia otázka, ako by sa zdalo. Keď sa v bežnom svete zrazia napríklad dve autá a vylietavajú z nich skrutky, tak to znamená, že skrutky sa v aute nachádzali. Pri časticiach to tak nefunguje. My môžeme spôsobiť zrážku dvoch častíc a zrazu z nich vyletí niečo, čo nie je ani v jednej z nich. Ale ak by som to mal povedať úplne zjednodušene, tak kvarky tvoria protóny a neutróny, ktoré potom tvoria naše atómy. No je otázne, čo znamená, že sa tam „nachádzajú“, keďže ich nemôžeme pozorovať.

Znie to tak, že v kvantovej fyzike nič nemá konkrétnu odpoveď.

Asi áno, ale my na niektoré otázky nepotrebujeme poznať odpoveď. Celá fyzika je totiž o predpovedaní budúcnosti. Hovorí, že ak urobíme jednu vec, tak sa stane druhá. Kvantová mechanika to trochu mení na to, keď spravíme jednu vec, tak sa druhá stane s určitou pravdepodobnosťou.

Previazanie kvarkov ste namerali vôbec po prvýkrát. Čo to znamená pre vedu?

Veda funguje tak, že má nejaký model, ktorý niečo opisuje. Pre fyziku častíc je to štandardný model a kvantová mechanika nám dáva nejaké predpovede toho, čo sa môže stať. My sa snažíme robiť experimenty tak, aby sme zistili, kde tie predpovede zlyhajú a ako ich treba opraviť.

Jav previazanosti už vedci potvrdili na fotónoch. No energie, pri ktorých vznikajú kvarky na LHC, sú rádovo oveľa väčšie. A ak má naša predstava o fungovaní kvantovej mechaniky a štandardného modelu niekde zlyhať, je dosť veľká šanca, že to bude práve v najextrémnejšom prostredí, ktoré vieme vytvoriť. Práve preto stálo za to premerať to.

Aký podiel majú na tomto objave slovenskí vedci a vedkyne?

Konkrétne na meraní kvantovej prepletenosti mala významný podiel skupina z košickej SAV. Treba povedať, že takýto úspech je výnimočný, lebo na experimente ATLAS pracujú tisíce ľudí, pričom zo Slovenska sú ich desiatky.

Väčšinu rozhovoru sme sa rozprávali o tom, ako výskum na hranici poznania objasňuje fungovanie prírody. Vieme aspoň hypoteticky, kde by sa kvantové prepojenie kvarkov dalo využiť v bežnej praxi?

V tomto prípade to tušíme práve v dôsledku prepojenosti na kvantovú informáciu, ktorá sa využíva v kvantových počítačoch. Nechcem tým povedať, že vďaka tomu, že sme zmerali kvantové previazanie top kvarkov, budeme mať zajtra kvantový počítač. Tak to nie je. Ale tieto typy meraní sú pre kvantové počítače kľúčové. A to, že sme ich urobili v extrémnom prostredí a zistili, že tam fungujú, nám dáva väčšiu dôveru v teoretické koncepty kvantových počítačov.

Ako v skratke kvantové počítače fungujú?

Nie som na ne odborník, ale môžem to ilustrovať na fungovaní klasických počítačov. Tie fungujú na základe núl a jednotiek a príkazov, ktoré vyrábajú z núl jednotky a naopak. Kvantový počítač funguje veľmi podobne až na to, že nepracuje s nulami a jednotkami, ale s ich pravdepodobnosťami. Napríklad viem vytvoriť superpozíciu s 20-percentnou pravdepodobnosťou, že je tam nula, a 80-percentnou pravdepodobnosťou jednotky. To nám dáva oveľa viac možností a informácií, ktoré vieme dať do jedného qbitu oproti klasickému bitu. Vďaka tomu teoreticky vieme robiť aj oveľa komplikovanejšie operácie a zároveň sa k výsledkom vieme dostať oveľa rýchlejšie než v klasickom počítači.

Ako vyzerá stavba kvantového počítača? Zdroj – YouTube/New Scientist

Asi najjednoduchším príkladom je vyhľadávanie v databáze. Predstavte si, že mám v klasickom počítači N nezoradených položiek a chcem v nich nájsť jednu konkrétnu. Keď bude týchto položiek o nejaký čas ešte desaťkrát viac, počítaču bude vyhľadávanie trvať desaťnásobne dlhšie. No keď obsah desaťnásobne zväčšíme na kvantových počítačoch, čas vyhľadávania sa predĺži len o odmocninu z desiatich.

Ako ďaleko sme od fungujúceho kvantového počítača? Približne pred desiatimi rokmi boli označované za najdôležitejšiu technológiu storočia, no časom sa laikovi môže zdať, že nadšenie trochu opadlo. Ako to vidíte vy?

Nemyslím, že by to nadšenie opadlo. Podľa mňa je problém v prehnaných očakávaniach a z môjho pohľadu výskum významne napreduje. Sú známe algoritmy, s ktorými už dnes kvantový počítač narába lepšie ako ten klasický. Otázkou však zostáva, kedy bude kvantový počítač vedieť vyriešiť úlohu, ktorá je aj praktická. Zároveň však treba povedať, že veľká časť tohto výskumu je utajovaná. Takže vôbec neviem povedať, ako ďaleko v skutočnosti momentálne sme.

Prečo je výskum kvantových počítačov do veľkej miery utajovaný?

Veľa algoritmov, ktoré boli vymyslené, by sa napríklad mohlo dať využiť na prelamovanie bezpečnosti na internete. Šifrovanie na internete je totiž často založené na tom, že sa vynásobia dve veľké prvočísla a dúfame, že číslo, ktoré z nich dostaneme, je strašne ťažké spätne rozložiť na tie pôvodné. Keby sme to zrazu vedeli urobiť ľahko, dokázali by sme prelomiť množstvo šifrovaných správ.

Na predstavu: keď som chodil do školy, tak sa podarilo rozložiť číslo 15 na 3 x 5, čo je teda dosť ďaleko od nejakého praktického použitia. Dodnes sa podľa informácií, ktoré som dohľadal, podarilo rozložiť 21 na 3 x 7 a blížime sa k číslu 35. Toto rozloženie však zatiaľ stále zlyháva.

Aké praktické využitie kvantovej mechaniky by ste chceli vidieť vy osobne?

Kvantová mechanika má už dnes veľa využitia. Napríklad mnoho bežnej elektroniky funguje na princípe kvantovej mechaniky, aj keď si to neuvedomujeme. Nad tým, čo viac by som chcel, som sa asi aj preto nejako nezamýšľal. Lebo aj to, že cez sklo vidíme a cez drevený stôl nie, je kvantovou mechanikou. Len nad tým tak neuvažujeme.

Čo je kvantové na tom, že keď sa pozriem z okna, uvidím budovu, no keď sa pozriem na dosku stola, neuvidím pod ním svoje nohy?

To nie je jednoduché vysvetliť. Materiály majú rôzne vlastnosti, ktoré pohlcujú rozličné typy fotónov. My máme nejakú frekvenciu, cez ktorú vidíme, a ak materiál pohlcuje práve tú, nebude pre nás ten materiál priehľadný.

Vravíte, že kvantová mechanika sa využíva v množstve elektroniky. Kde napríklad? 

Najlepším príkladom sú tranzistory, lebo tých sa vyrába každú sekundu extrémne množstvo, keďže sú na nich založené čipy. Ich fungovanie je čisto kvantovo-mechanické, no zaujímavé je, že ľudia vymysleli tranzistory ešte predtým, než začali chápať kvantovú mechaniku.

Vráťme sa späť do CERN-u. Veľký hadrónový urýchľovač má životnosť približne do roku 2039. Čo bude potom?

Okolo tohto roku by sa mal skončiť pôvodný program, a čo bude potom, je stále veľkou otázkou. Jednou z možností je nový 100-kilometrový urýchľovač. Bola by to taká super verzia LHC, kde by sme vedeli dosahovať oveľa väčšie energie, ktorými by sme vedeli vytvoriť nové častice. Ale zatiaľ nepadlo žiadne konečné rozhodnutie. Aj preto, že ide o dlhodobý a obrovský projekt, ktorý bude stáť veľa peňazí.

Experiment ATLAS. Zdroj – CERN

Vysoké energie vám umožnia robiť exotické zrážky, ale ráta sa pri týchto plánoch aj s nejakou environmentálnou zodpovednosťou?

Tá sa berie veľmi vážne. Nie je to však len o tom, že potrebujeme veľké energie na urýchlenie častíc. Veľkú časť energie spotrebujeme napríklad na počítače. Bolo zaujímavé, že keď sa v CERN-e pýtali ľudí, ktorí tieto obrovské serverovne spravujú, ako sa dá čo najlepšie znížiť uhlíková stopa, vyšli z toho úplne protichodné odpovede. Jedni tvrdili, že máme čo najčastejšie meniť hardvér, lebo nové prístroje majú menšiu spotrebu, druhí, že máme čo najdlhšie udržať starší hardvér, lebo samotná výmena stojí veľa energie. Takže stále nie je úplne jasné, ako uhlíkovú stopu znížiť čo najefektívnejšie. Ale zaoberáme sa tým.

Ďalšia zaujímavá vec je, že detektory často využívajú technológie, ktoré sú z 90. rokov. Vtedy sa na životné prostredie nebral až taký ohľad a šlo najmä o čo najpresnejšie a najkvalitnejšie detektory. Dnes sa to už zohľadňuje a máme napríklad plynové detektory, v ktorých plyn neobsahuje freóny. Je to síce za cenu menej výkonných detektorov, ale momentálne nám ide o to, aby sme sa dostali k čo najvyššej kvalite detektora a zároveň čo najviac znížili dosah na prírodu.

Čo bude so starým urýchľovačom po roku 2037?

To sa nevie, ale väčšinou sa z urýchľovačov a samotných detektorov snažíme recyklovať, čo sa dá.

Prečo je životnosť LHC odhadovaná do roku 2037? Hrozí, že sa potom začne rozpadávať alebo sa zvýši jeho chybovosť?

Keď povieme, že životnosť je do roku 2037, neznamená to, že dovtedy v ňom fungujú veci, ktoré sme tam dali v 90. rokoch. Urýchľovač aj detektory prechádzajú fázami, v ktorých sa elektronika modernizuje a opotrebované miesta, ktoré sú najbližšie k zrážkam, sa vymieňajú. Len niektoré časti prežijú celých 50 rokov.

Zažili ste na Veľkom hadrónovom urýchľovači aj nejakú poruchu?

Sú rôzne typy porúch. Vážna sa stala hneď na začiatku prevádzky v roku 2008. Urýchľovač potrebuje supravodivé magnety, ktoré musia byť extrémne schladené. V chladení však bol nejaký chybný spoj a magnet sa príliš zohrial. Spôsobilo to fyzické vytrhnutie časti 20-metrového magnetu, ktorý vyhodilo z trubice a ktorého oprava trvala niekoľko rokov. Občas sa dejú aj malé poruchy. Napríklad raz prehrýzol nejaký hlodavec kábel, čo spôsobilo skrat.

Aj minulý rok sme mali malú poruchu, ktorej oprava trvala pár dní. Problém je, že keď na schladenom urýchľovači chcete niečo opraviť, musíte ho zohriať. Inak sa tam človek nedostane. Takže aj keď oprava trvá pár dní, celý proces zaberie asi 6 týždňov. To je celkom problém, lebo za ten čas nemôžete zbierať dáta.

Venujú sa časticovému výskumu aj iné laboratóriá ako CERN? 

Ekvivalent CERN-u asi neexistuje, lebo združuje veľa krajín z celého sveta. Ale napríklad Čína veľmi vážne uvažuje o tom, že si postaví vlastný urýchľovač. Konečné rozhodnutie podľa mňa dosť závisí od toho, či sa Európa rozhodne pre už spomínaný super-urýchľovač. Ak nie, potom je šanca, že Čína tento výskum preberie. To je možno jeden z argumentov, prečo by v tom Európa mala pokračovať.

Ale nie všetky experimenty v časticovej fyzike potrebujú takéto výkonné urýchľovače. Povedzme v Nemecku, USA a iných štátoch sú menšie urýchľovače, ktoré sa zaoberajú iným typom fyziky. Napríklad sa snažia zachytiť tmavú hmotu z vesmíru.

Tomáš Dado

Je časticový fyzik. Pôsobí na Technickej univerzite v Dortmunde a v CERN-e pracuje na experimente ATLAS. Zaoberá sa najmä fyzikou top kvarku. Momentálne vedie skupinu, ktorá sa zameriava na meranie hmotnosti a vlastností top kvarkov (Top mass and properties group) v rámci experimentu ATLAS. Magisterské štúdium teoretickej fyziky ukončil na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského. Doktorandské štúdium z jadrovej a subjadrovej fyziky absolvoval zároveň na Univerzite Komenského a Georg-August-Universität Göttingen.

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na [email protected].

CERN

ESET Science Award

Rozhovory

Vedecký podcast N2

Veda

Teraz najčítanejšie