O CERN

 

O CERN

CERN je mezinárodní evropská vědecká instituce, jejíž plný název zní Evropská organizace pro jaderný výzkum. Je to nejrozsáhlejší výzkumné centrum fyziky částic na světě. Proto se jí často říká Evropská laboratoř pro fyziku částic.

Za den zrodu CERN lze považovat 29. září 1954, kdy zástupci dvanácti zakládajících členských států ratifikovali Zakládací listinu.

Od doby svého vzniku se tato laboratoř, která byla prvním takovým evropským společným projektem, stala zářným příkladem úspěšné mezinárodní spolupráce. Z původních 12 signatářů dohody o založení CERN vzrostl počet členských zemí postupně na 21 (viz http://home.cern/about/member-states).

Šest dalších zemí a organizací (Indie, Japonsko, Rusko, USA, EU a OSN) má statut pozorovatele, tři země jsou na cestě ke členství a další dvě jsou tzv. asociovanými členy. Spolupracovníky CERN jsou špičkoví odborníci z mnoha dalších zemí světa. Jednou z členských zemí je od roku 1993 i Česká republika.

Laboratoř CERN leží na francouzsko-švýcarské hranici západně od Ženevy na úpatí pohoří Jura. Se zařízeními dostupnými v CERN pracuje více než 11 000 vědců, což je více než polovina všech fyziků zabývajících se částicemi na světě. Vědci reprezentují na 800 univerzit či jiných odborných pracovišť z téměř 70 zemí.

CERN se zabývá čistou vědou, základním výzkumem v oblasti nejmenších struktur v nitru hmoty, na které v současnosti "dohlédneme". Hledají se zde odpovědi na hluboké, i když vlastně přirozené otázky: Co je to hmota? Jak vznikla? Jaké jsou její základní stavební prvky? Co je drží pohromadě? Jak se podílejí na vzniku a uspořádání složitějších věcí v přírodě a celého vesmíru?

Laboratoř zkoumá složení hmoty, ale hraje také důležitou roli při rozvoji technologií budoucnosti. Měření prováděná vědci v CERN jsou důležitým testovacím polem i pro průmysl, mimo jiné proto, že pokrok experimentální fyziky částic vyžaduje nové přístroje s vysokou přesností a s použitím nových technologií v nejrůznějších oblastech. Díky prvotřídní technické vybavenosti hraje laboratoř CERN důležitou úlohu při výchově a odborném rozvoji nejenom vědců, ale i techniků. Současný rozsah programu odborné přípravy a kvalifikované vedení láká do laboratoře mnoho talentovaných mladých odborníků. Mnozí z nich najdou posléze uplatnění v průmyslu, kde jsou vysoce ceněny jejich zkušenosti s prací v mnohonárodním prostředí.

 

Co a jak se v CERN zkoumá

Hlavním posláním CERN je základní výzkum s cílem poznat nejmenší stavební kameny našeho světa a zákony, kterými se řídí. Prakticky jedinou metodou, jak dokážeme takové věci zkoumat, jsou srážkové experimenty. Při nich fyzikové studují srážky částic urychlených v urychlovačích na vysoké energie. Informace o srážkách a o částicích, které při těchto srážkách vznikají, se získávají pomocí detektorů. Studiem záznamů z detektorů a jejich analýzou dokážeme postupně odhalovat, s jakými částicemi máme co do činění, jaké jsou jejich vlastnosti a jaké síly mezi nimi působí.

Experimenty na urychlovačích a zkoumání vlastností částic jsou náplní výzkumu CERN od jeho založení. V CERN bylo za 60 let jeho existence uvedeno do provozu několik generací urychlovačů, jež dokázaly urychlovat částice postupně na stále vyšší energie. Co nejvyšší energie jsou potřeba k posunutí hranic našeho poznání. Například, máme-li pozorovat po srážce novou a těžkou částici, musíme mít k dispozici dostatek energie pro její vytvoření. Ve světě částic platí (možná trochu paradoxně), že čím menší částečky hmoty chceme zkoumat, tím vyšší k tomu potřebujeme energie a tedy tím větší experimentální zařízení. To platí nejenom pro urychlovače, ale i pro detektory.

Postavit takové aparatury vyžaduje náročné plánování, mnohaleté úsilí velkého počtu pracovníků a širokou mezinárodní spolupráci. Experimenty na urychlovačích a detektorech v CERN, jež se postupně zvětšovaly a technicky zdokonalovaly, přinesly řadu fundamentálních objevů. Nejvýznamnější z nich je patrně objev částic W a Z – tzv. "nosičů" slabých interakcí, za který získali cernští fyzikové Carlo Rubbia a Simon Van der Meer Nobelovu cenu v roce 1984, a objev Higgsova bosonu v roce 2012, který přinesl Nobelovu cenu pro Petera Higgse a Francoise Englerta, kteří ho teoreticky předpověděli.

Další Nobelovu cenu získal v roce 1992 spolupracovník CERN Georges Charpak za vynález drátové proporcionální komory – nové a převratné koncepce detektoru, který od roku 1968, kdy byl první typ uveden do provozu, nalezl uplatnění nejen ve fyzice částic, ale i v lékařské diagnostice, defektoskopii a dalších oborech. Na výzkumném programu CERN se kromě toho podílelo a podílí několik dalších nositelů Nobelových cen za fyziku. /catalog/pledy/

 

LHC

CERN vděčí za své výsadní postavení kromě jiného tomu, že využívá největší soustavu propojených urychlovačů na světě – méně výkonné urychlovače fungují jako předstupeň těch výkonnějších. Experimentální aparatury zatím poslední generace jsou spojeny s urychlovačem LHC (Large Hadron Collider, česky asi Velký srážeč hadronů; hadrony je souhrnný název pro silně interagující částice, mezi něž patří i protony a neutrony). Má tvar prstence o obvodu 27 km a je umístěn v tunelu přibližně 100 metrů pod zemí, kde dříve úspěšně pracoval urychlovač LEP, který v roce 2000 ukončil činnost.

LHC od roku 2009 urychluje protony na energie, jakých nebylo dosud na žádném urychlovači dosaženo, a přivádí dva vstřícné svazky urychlených protonů kolujících v opačném směru ke srážkám. Částice, které při srážkách vzniknou, jsou zaznamenávány detektory umístěnými v obrovských podzemních halách na obvodu urychlovače. Na LHC jsou takové detektory čtyři. Velké množství částic vzniklých při nejvyšších energiích vyžaduje, aby detektory, které je mají analyzovat, byly velké a velmi komplikované. Největší z nich, ATLAS, dosahuje velikosti sedmipatrové budovy, ale ani ostatní (dostaly jména CMS, ALICE a LHCb) nejsou o mnoho menší. Kromě urychlovačů a detektorů je nedílnou součástí moderní částicové laboratoře i výpočetní technika schopná poradit si s gigantickými objemy dat, které je třeba uchovat a zpracovat.

Základní výzkum v oblasti částicové fyziky přináší ovšem i mnoho poznatků, které mají blízko k praktickému použití. Jako příklad lze uvést rozvoj výpočetní techniky a počítačové komunikace. V CERN vznikla “světová síť” WWW, nyní se CERN významně podílí na vývoji systému GRID, který umožňuje komplikované výpočty efektivně rozdělovat mezi mnoho výpočetních center ve světě.

Metody částicové fyziky a její detektory se využívají také v lékařství, např. v moderní diagnostice a léčbě nádorových onemocnění. Významný je příspěvek CERN k vývoji supravodivé techniky a supra-vodivých magnetů, jakož i špičkové elektroniky. CERN také věnuje značnou pozornost vzdělávání specialistů v nejrůznějších oborech (nejen fyziků) a předávání unikátních technologií do praxe. Masivní používání pokrokových technologií v CERN znamená také příležitost pro mnoho dodavatelů. Uzavření kontraktu na dodávku nějakého zařízení do CERN, které se podařilo i několika českým podnikům, znamená vítězství v ostré mezinárodní konkurenci.

 

Česká republika je plnoprávným členem CERN /catalog/pledy/

Spolupráce českých fyziků s CERN se datuje od počátku 60. let 20. století, tehdy převážně na úrovni individuálních kontaktů. V 80. letech měla pro českou fyziku částic značný význam účast celého týmu fyziků na experimentu NA4; tehdy to ovšem bylo možné jedině prostřednictvím Spojeného ústavu jaderných výzkumů v Dubně v tehdejším SSSR, oficiální spolupráce tehdejšího Československa s CERN neexistovala. Za podobných podmínek začala česká spolupráce na experimentu další generace – DELPHI na urychlovači LEP.

Převratnou změnu přinesl rok 1990, v němž byly s CERN navázány oficiální kontakty, a zejména náš vstup do CERN v roce 1992 (a po rozdělení opětovný vstup ČR v roce 1993). Čeští fyzikové se začali podílet i na dalších experimentech, a to už nikoli jako jednotlivci, ale jako zástupci českých laboratoří (z Akademie věd ČR, Matematicko-fyzikální fakulty UK, různých pracovišť ČVUT a některých dalších), jež se staly oficiálními spoluúčastníky experimentů. Spolupráce dostala institucionální rámec a koordinuje ji Výbor pro spolupráci ČR s CERN. Informace o aktivitách souvisejících s CERN najdete na jeho webových stránkách http://www.particle.cz/vyborcern/.

 

Tuto výstavu Vám přináší Jihočeský kraj