Student World

Před sto lety, 6. října 1903, se narodil irský fyzik Ernest Walton, jenž společně s Johnem Cockroftem na začátku 30. let minulého století zkonstruoval první částicový urychlovač. Dvojice fyziků byla za svou práci odměněna v roce 1951 odměněna Nobelovou cenou.

Ernest Thomas Sinton Walton (1903-1995), stejně jako jeho spolupracovník John Cockroft, studoval u Ernesta Rutheforda (1871-1937), slavného gurua počátků atomové fyziky. Rutheford byl šéfem Cavendishovy laboratoře a v roce 1911 jeho experimenty vedly k objevu atomových jader. Po 1. světové válce Rutheford ozařoval jádra dusíku paprsky alfa, což vedlo k proměně dusíku v kyslík. Byla to nejen první jaderná reakce, ale i první transmutace prvků, uskutečnění pradávného snu alchymistů. Rutheford kromě toho vyslovil domněnku, že jádra vodíku jsou základními kameny všech dalších jader prvků a pojmenoval je protony. Vznikl obor jaderné fyziky, ale vědci její metody byly zatím dost primitivní. Detekce částic se prováděla počítáním záblesků na fluorescenčním stínítku pod mikroskopem. Postupně se ale vyvíjela technologie, která umožnila efektivnější studium mikrosvěta.

Ohromný krok kupředu znamenala práce Johna Crockrofta a Ernesta Waltona. Oba nadějní fyzikové přišli do Cavendishovy laboratoře v době, kdy se pracovalo na umělých přeměnách prvků. Výzkumníci především hledali nové způsoby, které by jim umožnily „rozbíjet“ atomová jádra. Přirozená radioaktivita druhu alfa, dosud využívaná Ruthefordem, tvořila totiž nepříliš účinné projektily. Rutheford, rodák z Nového Zélandu, si v roce 1924 uvědomil, že musí najít způsob, jak urychlovat protony elektrickým polem o vysokém napětí.

Velkou Británii v té době navštívil fyzik George Gamow (1904-1968). Tento ruský emigrant se proslavil několika neobyčejně významnými teoretickými předpověďmi, k nimž patří především teorie o počátku vesmíru. Na začátku 20. let se vědci domnívali, že k rozbití jader bude zapotřebí velmi vysokých energií, ale Gamow vyslovil předpoklad, že díky kvantovému tunelování se mohou do jádra dostat i protony s poměrně nižší energií, než se předpokládalo. Byla to správná úvaha. Prakticky ji využila právě dvojice Cockroft a Walton, když zkonstruovala složitý vysokonapěťový systém k urychlování částic. V zařízení, označovaném dnes jako Cockroftův-Waltonův urychlovač, se protony získané z plynného vodíku urychlovaly napětím 800 tisíc voltů a proháněly svislou urychlovací trubicí, kde na konci narážely na lithiový terč. Za tímto terčem, v jakési olověné kukani, seděl Watson a v mikroskopu sledoval na fluorescenčním stínítku, jak se lithium mění v helium. Podařilo se! Traduje se, že tichý a málomluvný Cockroft vyběhl z laboratoře na ulici a vykřikoval: „Rozbili jsme atom! Rozbili jsme atom!“ Měl pravdu. Dvojici britských fyziků se totiž podařilo uskutečnit první jadernou reakci vyvolanou uměle urychlenými částicemi.

Jejich experiment měl dalekosáhlé důsledky pro experimentální fyziku. Byl prvním stupněm vývoje částicových urychlovačů, které za čas vyrostly v gigantické stroje na urychlování částic, jaké jsou dnes např. v Evropském středisku jaderného výzkumu (CERN) v Ženevě nebo v Brookhavenské Národní Laboratoři na Long Islandu poblíž New Yorku. Za svůj přínos, který otevřel novou kapitolu moderní fyziky, obdrželi John Cockroft a Ernest Walton v roce 1951 Nobelovu cenu za fyziku – „za průkopnické práce v transmutaci atomových jader uměle urychlenými základními částicemi“. Jejich přínos na poli experimentální fyziky rozšířil v dalších letech zejména americký fyzik Ernest O. Lawrence (1901-1958), konstruktér cyklotronů (Nobelova cena za fyziku v roce 1939). O novou revoluci v urychlování částic se pak postaral Lawrenceho kolega Edwin M. McMillan, jenž vynalezl synchrotron, nový typ urychlovače částic (Nobelova cena za chemii v roce 1951).

Na závěr je třeba poznamenat, že Ernest Rutheford, šéf Cavendishovy laboratoře a laureát Nobelovy ceny za chemii (1908), měl vskutku šťastnou ruku při výběrů svých studentů a spolupracovníků. Kromě Cockrofta a Waltona v jeho laboratoři pracovala řada skvělých výzkumníků: Francis Aston (objevitel hmotnostního spektrografu, Nobelova cena za chemii v roce 1922), Niels Bohr (jeden z klíčových zakladatelů kvantové mechaniky, Nobelova cena za fyziku v roce 1922), Patrick Blackett (objevitel pozitronu, Nobelova cena za fyziku v roce 1948), James Chadwick (objevitel neutronu, Nobelova cena za fyziku v roce 1935), Otto Hahn (objev štěpení těžkých atomových jader, Nobelova cena za chemii v roce 1944), Pjotr Kapica (průkopník studia kapalného helia, Nobelova cena za fyziku v roce 1978) a mnozí další.

Více informací:

Ernest T. S. Walton
http://www.nobel.se/physics/laureates/1951/walton-bio.html

Cavendish laboratory
http://www.phy.cam.ac.uk

autor Jan Kapoun