Profesor Jiří Chýla je místopředsedou Výboru pro spolupráci České republiky a Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN). Má tedy blízko i k objevům, které se tam uskutečňují.
Ne, tak daleko to nejde. Zhruba 99,98 procenta hmoty, z níž je složen vesmír i naše těla, tvoří protony a neutrony. Skládají se z kvarků, avšak ta hmotnost kvarků, která souvisí s Higgsovým polem, je velmi malá a představuje jen asi pět procent hmotnosti protonů a neutronů. S Higgsovým mechanismem podstatněji souvisí hmotnost bosonů W a Z i hmotnost leptonů, ovšem ty představují jen zlomeček hmotnosti vesmíru.
Ve standardním modelu částicové fyziky pracujeme s pojmem Higgsovo pole, jehož existenci nyní objev Higgsova bosonu potvrdil. Kdyby Higgsův boson neexistoval, ale přitom by kvarky, leptony a nosiče sil měly svou experimentálně naměřenou hmotnost, dnešní teorie by přestala dávat smysl. Některé procesy by pak podle ní měly probíhat s pravděpodobností větší než jedna, což jaksi nejde.
Higgsův boson je nestabilní a rozpadá se přibližně za 10-21 sekundy, tedy za tisícinu miliardtiny miliardtiny vteřiny. To je tak kratičká doba, že i světlo za ni urazí kratší vzdálenost, než je průměr atomu vodíku! Proto se dá Higgsův boson prokazovat jen pomocí detekce částic, na něž se rozpadá: Vezme se každá taková srážka dvou protonů v urychlovači LHC, při níž vznikají dva fotony, a změří se jejich energie a úhel mezi nimi. Výpočty se pak soustředí jen na vysoké energie fotonů.
„Higgsův boson je nestabilní a rozpadá se přibližně za za 10-21 sekundy, tedy za tisícinu miliardtiny miliardtiny vteřiny. To je fakt kratičká doba, že i světlo za ni urazí kratší vzdálenost, než je průměr atomu vodíku!“
Veličiny se graficky zaznamenávají do histogramu a hledají se v něm vrcholky, které odpovídají částici s odpovídající hmotností. Ty naznačují, že při srážce původně vznikl Higgsův boson, který se vzápětí na tyto fotony rozpadl. V LHC se každou vteřinu odehrává asi 600 milionů srážek protonů. A v záznamech o nich se hledalo. Při experimentu se v urychlovači podařilo zaznamenat 59 tisíc případů, kdy po srážce vznikly dva vhodné fotony. Podle teorie by se v těchto situacích mělo vyskytnout zhruba 500 Higgsových bosonů. V detektoru určili 160 takových případů, což odpovídá předpokládané efektivitě detekce. Pravděpodobnost, že tyto případy jsou pouze důsledkem statistické fluktuace v okolí, je asi taková, jako když se na kostce hodí šestka osmkrát po sobě. To už prostě nezle považovat za náhodu. V CERN uskutečnili dva na sobě nezávislé experimenty, než zveřejnili, že se jim podařilo existenci Higgsova bosonu prokázat.
Ano. Celá kvantová fyzika je otázkou pravděpodobnosti. „Jednoznačná“ je klasická fyzika. Jenomže kdyby se protony, neutrony a elektrony řídily zákony klasické fyziky, atomy by byly nestabilní. Elektrony by totiž při oběhu kolem jádra vyzařovaly energii a během krátké doby by se na jádro zřítily. Mikrosvět se tedy řídí něčím jiným – zákony kvantové teorie. V ní nejsou částice popsány polohou a rychlostí, ale vlnovými funkcemi, které nesou informaci o tom, s jakou pravděpodobností při jejich interakci s klasickým měřicím přístrojem bude naměřena konkrétní hodnota určité veličiny.
To je opravdu složitá otázka. Higgs, Englert a další vytvořili odvážnou hypotézu, která ale vůbec nemusela platit v přírodě. Experimentální objev Higgsova bosonu v CERN byl skutečně plnohodnotným objevem, nejen potvrzením něčeho, co existovat muselo. Proto by Nobelova cena jeho objevitelům byla na místě. Ono to ale prakticky nejde. Třeba odborné články z CERN ve vědeckých časopisech nemívají autory uvedené na začátku, jak je to obvyklé, ale až na konci. Seznam autorů totiž zabírá i několik stránek, přes které by se k tomu odbornému textu ani nedalo dostat... Někteří se podíleli na vymyšlení experimentálních postupů, jiní na výpočtech, další obsluhovali složité přístroje. Komu z nich by se měla cena dát a komu ne? Z tohoto pohledu je proto udělení ceny dvěma fyzikům, kteří vytvořili teorii Higgsova pole, dobrým řešením.
O Evropské organizaci pro jaderný výzkum (CERN) se sídlem v Ženevě se často říká, že má nejrychlejší závodní dráhu na Zemi či že to je jedno z nejchladnějších míst ve vesmíru. Jak by také ne. Částice ve zdejším urychlovači se pohybují téměř rychlostí světla a na „okruhu“ je udržují supravodivé magnety vychlazené na teplotu dva kelviny neboli minus 271 stupňů Celsia. To je ještě o půl stupně méně, než je teplota reliktního mikrovlnného záření ve vesmíru. A také se říká, že zdejší Velký hadronový urychlovač (LHC), největší experimentální „přístroj“ na světě, je vlastně něco jako gigantický mikroskop, který nahlíží do hlubin hmoty. Na provozu urychlovače spolupracuje asi deset tisíc vědců z celého světa. Asi dvě stovky z nich jsou Češi. I ti se tedy podílejí na špičkových výzkumech, které posunují hranice fyziky. Většina z nich do CERN obvykle přijíždí jen na čas. Jinak pracují ve své domovské instituci a zpracovávají získané výsledky. Českou republiku v CERN reprezentují i různé přístroje. Například společnosti DUO CZ v Opočně a TENEZ v Chotěboři vyrobily modul pro detektor, který určuje gama záření při srážkách jader atomů olova. Průmyslovou cenu CERN dokonce získal křemíkový detektor průletu nabitých částic, který společně s Fyzikálním ústavem Akademie věd vyvinula a vyrobila firma ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm. V současné době je urychlovač LHC v odstávce. Během dvou let proběhnou úpravy, které umožní zvýšit energii čelně se srážejících svazků protonů téměř na dvojnásobek současného stavu, tedy na 14 teraelektronvoltů (TeV). V našem běžném světě se dá 1 TeV přirovnat k energii letícího komára, avšak pro částice hmoty je to obrovská energie. V ní budou fyzikové hledat nové poznatky o struktuře hmoty. A Češi budou stále u toho.
Vypravte se s námi do historie české energetiky, společně ale nahlédneme i do její budoucnosti. Hostem podcastu je Tomáš Hüner, ředitel divize chytré infrastruktury v českém Siemensu, který se oblasti energetiky věnuje již více než 30 let.
Průmyslové metaverzum – nový svět, který zrcadlí a simuluje skutečné stroje, továrny, města, dopravní sítě a ostatní i velmi složité systémy – nabídne svým aktérům interaktivní reprezentace a simulace skutečného světa v reálném čase. V dějinách průmyslu představuje zcela novou kapitolu, kterou začínáme společně psát.
Reprezentativní budova Opery v Dubaji, hlavním městě stejnojmenného emirátu, v sobě skrývá špičková zařízení Siemens, která symbolizují pronikání moderních technologií této společnosti nejenom do exkluzivních koncertních sálů. Jsou také příkladem pro budování inteligentních měst.
Budoucím trendem zemědělství je udržitelné pěstování plodin s méně zdroji a bez použití chemických přípravků. Aby zemědělci mohli vyhovět těmto novým nárokům a požadavkům, musejí úzce spolupracovat s průmyslem, který jim dokáže poskytnout potřebné nástroje. Jak dobře může taková spolupráce fungovat, názorně předvádí FRAVEBOT – robot, který na brněnské rodinné farmě Ráječek monitoruje a sklízí jahody.
