Student World

Výstavbou LHC se fyzikové přiblížili horní hranici energií dosažitelných dnešní generací urychlovačů, jež mají rozměry velkého města a stojí desítky miliard dolarů. Jsou tak obrovské, že jenom velká nadnárodní konsorcia si je mohou dovolit. Máme-li posunout hranice možného ještě dál, budeme potřebovat úplně nové myšlenky a nápady. Jen tak překonáme bariéry konvenčních urychlovačů. Svatým grálem částicové fyziky je konstrukce „stolního“ urychlovače, který by dokázal vyrábět svazky s energií miliard elektronvoltů, a to za cenu, která by byla jen nepatrným zlomkem nákladů na dnes používané urychlovače.

Abychom pochopili, v čem problém spočívá, představme si běžecký závod, ve kterém jsou běžci rozmístěni rovnoměrně podél velké kruhové trati. Navzájem si předávají štafetu. Kdykoli jeden běžec předává štafetu druhému, dodá mu energii, takže závodníci běhají čím dál rychleji.
Podobně funguje urychlovač částic. Roli štafetového kolíku v něm hraje svazek subatomárních částic běhající po kruhové dráze. Kdykoli svazek přeběhne od jednoho „běžce“ k druhému, je popohnán energií radiových vln s vhodně zvolenou frekvencí. Svazek je urychlován na stále větší rychlosti. Na tomto principu fungovaly všechny urychlovače postavené v uplynulých padesáti letech. Problém těchto konvenčních urychlovačů tkví v tom, že už začínáme narážet na meze radiové energie, kterou je možné urychlovač pohánět.
Ve snaze tento tíživý problém překonat začali vědci experimentovat také s jinými metodami dodávání energie svazku částic. Jednou z možností jsou mohutné laserové paprsky. Výhodou laserového světla je jeho „koherence“, což znamená, že všechny světelné vlny v něm vibrují v dokonalém souladu, a mohou tím vytvořit nesmírně výkonný svazek. Dnešní lasery generují paprsky, které v krátkém impulsu nesou energii bilionů wattů (terawattů). (Pro srovnání: běžná jaderná elektrárna produkuje energii s výkonem pouze miliardy wattů, zato však neustále.) Začínají se budovat lasery, které mohou dosáhnout až biliardy wattů (petawatt).
Laserové urychlovače pracují na následujícím principu. Intenzivní světlo laseru vytvoří plazma (shluk ionizovaných atomů), které se pak začne pohybovat v podobě rychlých vlnových oscilací připomínajících přílivovou vlnu. Na ní se jako „surfař“ pohybuje svazek subatomárních částic. Vstříknutím většího množství laserové energie se plazmatické vlny začnou pohybovat rychleji, a proto bude narůstat i energie na nich surfujících částic. Nedávno se vědcům z britské Rutherfordovy a Appletonovy laboratoře podařilo pomocí 50terrawattového laseru vytvořit kolimovaný (rovnoběžný) svazek protonů o energii 400 milionů elektronvoltů (MeV). Fyzikové na pařížské l’Ecole Polytechnique takto na vzdálenosti několika milimetrů urychlili elektrony na 200 MeV.
Dosavadní laserové urychlovače jsou velmi malé, a tudíž nepříliš výkonné. Předpokládejme však, že je lze zvětšit, aby fungovaly nejen na milimetrových, ale na metrových rozměrech. Pak by dokázaly urychlit elektrony na energii 200 gigaelektronvoltů. Získali bychom takto stolní urychlovač. Dalšího milníku dosáhli v roce 2001 vědci ze SLAC (Stanfordského lineárního urychlovače), když urychlovali elektrony na vzdálenosti 1,4 metru. Namísto laserového paprsku však k vytvoření plazmové vlny použili svazek nabitých částic. Nedosáhli sice tak vysoké energie, jasně však demonstrovali, že vlny plazmatu mohou urychlovat částice i na metrových vzdálenostech.
Pokrok v těchto slibných oblastech výzkumu postupuje velmi rychle. Energie dosahovaná zmíněnými urychlovači se každých pět let zvětší desetkrát. Při takovém tempu je prototyp stolního urychlovače prakticky dosažitelný. Podaří-li se to, bude LHC vypadat tak trochu jako poslední dinosaurus. Stolní urychlovače jsou velkou nadějí, ale pochopitelně se stále ještě potýkají s řadou problémů. Stejně jako je pro surfaře obtížné držet se ošidné vlny mořského příboje, není jednoduché udržovat svazek částic na vlně v plazmatu (problémem je fokusace svazku a jeho stabilita). Žádný z problémů se ale nezdá být nepřekonatelný.

***
tento text je úryvkem z knihy
Michio Kaku: Paralelní světy – putování vesmírem, vyššími dimenzemi a budoucností kosmu
Překlad Jiří Podolský, vázaná s přebalem, 352 stran, 8 ilustrací, 398 Kč, ISBN 80-7363-018-4
podrobnosti o knize

Anotace vydavatele
Známý fyzik a zkušený popularizátor vědy Michio Kaku vykresluje ve své nejnovější knize fascinující a pozoruhodný obraz vesmíru, jak jej předkládá moderní fyzika na počátku 21. století. Ukazuje, že žijeme ve zlaté éře kosmologie: astronomické observatoře a družice poskytují záplavu unikátních dat, zatímco teoretikové čím dál odvážněji spekulují o zrození našeho světa, existenci paralelních světů, cestování v čase i o konečném osudu vesmíru.

autor