BRATISLAVA. Je to miniatúrny svet. V strede držia pokope protóny a neutróny, niekde okolo nich lietajú a vlastne aj nelietajú elektróny.
O exotickom svete jadrovej fyziky sa ľudia učia na strednej škole. No v skutočnosti mu dokonale nerozumejú ani vedci. Jadrá atómov ukrývajú viaceré záhady: napríklad nevieme predpovedať, ako budú niektoré z nich vyzerať a aké budú mať vlastnosti.
Vyriešiť toto tajomstvo by mohol pomôcť experiment, ktorý v Európskej organizácii pre jadrový výskum (CERN) vymysleli a vedú Slováci. V histórii sa tak stalo vôbec po prvý raz.
Magnetofónová páska
Fakty
Výskum v CERN-e
LHC: Veľký hadrónový urýchľovač, najslávnejšie zariadenie CERN-u, skúma základné kamene nášho vesmíru. A pátra aj po známom Higgsovom bozóne.
AD: zariadenie, v ktorom je viacero experimentov na skúmanie antihmoty. Napríklad ALPHA, kde dokázali minulý rok udržať antivodík až niekoľko minút.
ISOLDE: experiment, ktorý skúma nestabilné jadrá atómov a ich rozpad.
SPS: urýchľovač, ktorý slúži nielen na napĺňanie LHC, ale bol aj zdrojom protónov, z ktorých vznikli neutrína pre detektor OPERA. Tie sa mali pohybovať rýchlejšie ako svetlo.
Centrum súčasnej časticovej a jadrovej fyziky dnes leží neďaleko švajčiarsko-francúzskych hraníc. No okrem slávnej naháňačky za Higgsovým bozónom sa v CERN-e robia aj ďalšie experimenty.
Jedným z nich je zariadenie ISOLDE, kde vedci vytvárajú rôzne exotické izotopy - jadrá atómov.
Niektoré síce jestvujú len veľmi krátko, no vedia o fyzike atómov, ich jadier či vlastností prezradiť relatívne veľa. Práve tam sa chystá medzinárodný tím so svojím experimentom IS521, ktorý vymysleli slovenskí vedci.
Medzinárodný tím
„Na ISOLDE sa používa zväzok protónov a uránový terč,“ hovorí Martin Veselský, vedúci oddelenia jadrovej fyziky Fyzikálneho ústavu SAV. Sám sa na experimente podieľa. „Potom sa vybrané exotické jadrá dopravia k experimentálnemu zariadeniu.“
Naši vedci, spolu so Švajčiarmi, Američanmi či Britmi chcú sledovať, ako sa ortuť rozpadne na rádioaktívne zlato a dôjde k žiareniu gama.
Postačiť by im mal detektor, ktorý sa práve začína budovať, i obyčajná magnetofónová páska navinutá v nekonečnej slučke. Výsledkom môže byť pochopenie niektorých vlastností zlata a vďaka tomu aj ďalší krok vo vyriešení dávnej záhady atómových jadier.
Len štyri dni
Jadrá nemusia mať iba ideálny tvar gule. Pri izotopoch sú rôzne zdeformované, skrútené, mnohé pripomínajú skôr loptu na americký futbal. A s tým sa menia aj ich vlastnosti. Problémom je, že ich zatiaľ nedokážeme vopred určiť, prinajlepšom iba odhadovať.
„Teoretici väčšinou používajú priblíženia a každé z nich má určité výhody aj nevýhody,“ dodáva Veselský. Experimentálni vedci teraz odhadujú, že prvé výsledky „slovenského“ experimentu by mohli byť okolo roku 2014.
Dovtedy musia vedci postaviť celé zariadenie, priniesť ho do CERN-u a v pridelenom čase, teda za štyri dni, nazbierať na ISOLDE čo najviac údajov.
Zlato je pre našich fyzikov laboratórny potkan
Príprava im trvala roky, experiment bude len štyri dni. „Ale za štyri dni nie je hotovo,“ hovorí MARTIN VENHART z Fyzikálneho ústavu SAV.
Toto je prvý raz, čo budú nejakému experimentu v CERN-e šéfovať Slováci?
„Áno, vôbec po prvý raz. Náš experiment s označením IS521 je jediný schválený a zároveň aj prvý v histórii.“
Považujú to fyzici za úspech?
„Za úspech budem považovať až to, keď všetko prebehne a niečo objavíme. Ale toto je prvý krok. Schválenie experimentu nie je jednoduché, pretože je tam veľký pretlak a mnohé návrhy zamietnu.“
Ako schvaľovanie vyzerá?
„Je stanovená komisia, v ktorej zasadajú poprední svetoví experti. A raz, dvakrát do roka býva výzva na podávanie experimentu. Potom prebieha schvaľovanie, pričom z komisie sú vybraní spravodajcovia, ktorí návrh preštudujú.
Človek potom príde do CERN-u, postaví sa pred auditórium a musí zodpovedať otázky. A oni sa za zavretými dverami dohodnú, či tomu dajú zelenú. Otázky sú veľmi tvrdé a vedia byť nepríjemní.“
Nepríjemní?
„Sedia tam ľudia, ktorí tomu možno rozumejú lepšie ako vy. V hre je aj politika.“
Tak ako sa podarilo vedcom z malej krajiny pretlačiť svoj experiment?
„Ten návrh je iný. Tento typ experimentov sa na ISOLDE nerobí a nerobil a je to možnosť sa etablovať aj v oblasti, kde výsledky zatiaľ nemajú. Pritom ide o štyri dni, takže môže to byť aj taký ich test, či a aké výsledky dokáže ISOLDE produkovať.“
Vy ste roky pracovali na príprave a celý experiment bude trvať len štyri dni?
„Zariadenie však bude jestvovať. Takže môžeme dať ďalší návrh - a okamžite viem navrhnúť desať analogických experimentov, pričom mám hotové zariadenie, ktoré nepotrebuje ďalší vývoj.“
Nie je to krátky čas?
„Spracúvanie dát bude trvať dlho. Teda v skutočnosti nie je za štyri dni hotovo. Za štyri dni napríklad získame štatistiku, ktorá je tisícnásobne väčšia, ako kedy doteraz bolo pozorované.
Keď podobné experimenty prebehli pred desiatimi, pätnástimi rokmi, bavili sa o desaťtisícoch jadier. My sa bavíme o stovkách miliárd. My zároveň získame skúsenosti a budeme mať svoje zariadenie.“
A čo má byť výsledkom?
„Najväčším úspechom by bolo získanie detailného opisu štruktúry atómového jadra, excitovaných hladín, ktorých je veľmi veľa a ležia veľmi blízko. Aby sme dostali naozaj dobrú fyziku, mali by sme ich mať všetky. Ale aby to dalo odpoveď na otázku, prečo sú niektoré jadrá sférické a iné deformované a aký je za tým mechanizmus - v tom som trochu skeptický.“
Jadrá sú deformované?
„Jedna zo základných vlastností jadra je, že jadrá nie sú guľaté. Väčšina je deformovaná. Pripomína tvar lopty na ragby či atletický disk.“
Prečo?
„Aage Niels Bohr, ktorý za tento objav dostal Nobelovu cenu, dostal presne rovnakú otázku. Zamyslel sa a odpovedal: neviem.“
A to aj mení vlastnosti?
„Veľmi dramaticky. A my nevieme, v ktorom okamihu sa menia.“
Ale to je dosť zásadná vec.
„To je úplne zásadná vec. Dokonca by som povedal, že to je jedna z najzásadnejších otázok fyziky štruktúry atómového jadra.“
Vďaka vášmu experimentu to pochopíme?
„Je to náš zámer. No tvrdiť, že ich pochopíme už po tomto experimente, je prisilné. Bude treba ďalšie. Ale toto je dôležitý krok. “
A prečo zlato?
„Zlato má tu vlastnosť, že tieto hladiny, ktoré sa líšia svojou deformáciou, sa nachádzajú veľmi blízko seba. Stačí dodať málo energie.“
Čiže zlato je ideálny laboratórny potkan.
„Asi jeden z najlepších potkanov vôbec.“
Tomáš Prokopčák
Hľadajú tajomstvá vesmíru
Európske superlaboratórium nehľadá iba Higgsa. Skúma aj jadrá atómov, neutrína či antihmotu.
ŽENEVA, BRATISLAVA. Miesto, kde vedci hľadajú božskú časticu. Tak zrejme väčšina ľudí odpovie na otázku, čo to vlastne je Európska organizácia pre jadrový výskum (CERN).
Okrem Veľkého hadrónového urýchľovača však v CERN-e funguje množstvo ďalších experimentov. Vedci tam skúmajú nielen štandardný model časticovej fyziky a základné kamene kozmu, ale snažia sa odhaliť aj ďalšie tajomstvá vesmíru.
Jedným z najznámejších je napríklad zistiť, ako získať a udržať stabilnú antihmotu. Alebo odpovedať na otázku, prečo je tejto antihmoty vo vesmíre menej ako normálnej hmoty.
Fyzici tam však skúmajú aj nestabilné jadrá atómov či vystreľujú neutrína smerom do talianskych detektorov. A tento výskum môže byť rovnako zaujímavý, ak nie ešte zaujímavejší ako pátranie po slávnej Higgsovej častici.
Keby sa napríklad neutrína naozaj mohli pohybovať rýchlejšie ako svetlo, znamenalo by to, že neplatia tvrdenia Alberta Einsteina. Pochopenie a neskôr aj skladovanie antihmoty by zase mohlo viesť k čistým zdrojom energie budúcnosti.
Tomáš Prokopčák
Martin Veselský a Martin Venhart (vpravo) z SAV pracujú na prvom Slovákmi riadenom experimente v CERN-e. Okrem SAV sa zapojili aj Stanislav Antalic a ďalší vedci z Univerzity Komenského či fyzici z Liverpoolskej univerzity a Inštitútu technológií v Georgii. FOTO SME – VLADIMÍR ŠIMÍČEK
