Velký hadronový urychlovač (LHC) je zázrak moderní částicové fyziky, který vědcům umožnil proniknout do hlubin reality. Jeho počátky sahají až do roku 1977, kdy sir John Adams, bývalý ředitel Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN), navrhl vybudovat podzemní tunel, do kterého by se vešel urychlovač částic schopný dosáhnout mimořádně vysokých energií, uvádí historická práce fyzika Thomase Schörnera-Sadeniuse z roku 2015.
Projekt byl oficiálně schválen o dvacet let později, v roce 1997, a začala výstavba 16,5 míle (27 kilometrů) dlouhého prstence, který procházel pod francouzsko-švýcarskou hranicí a byl schopen urychlit částice až na 99,99 % rychlosti světla a rozbíjet je o sebe. Uvnitř prstence vede 9 300 magnetů balíčky nabitých částic dvěma opačnými směry rychlostí 11 245krát za sekundu a nakonec je spojí k čelní srážce. Zařízení je schopno vytvořit přibližně 600 milionů srážek každou sekundu, přičemž vyvrhne neuvěřitelné množství energie a jednou za čas i exotickou a nikdy předtím neviděnou těžkou částici. LHC pracuje s energiemi 6,5krát vyššími než předchozí rekordní urychlovač částic, vyřazený Tevatron ve Fermilabu v USA.
Postavení LHC stálo celkem 8 miliard dolarů, z toho 531 milionů dolarů pocházelo ze Spojených států. Na jeho experimentech spolupracuje více než 8 000 vědců ze 60 různých zemí. Urychlovač poprvé zapnul své paprsky 10. září 2008 a srážel částice pouze desetimiliontinou své původní projektované intenzity.
Před zahájením provozu se někteří obávali, že nový drtič atomů zničí Zemi, třeba vytvořením všepohlcující černé díry. Každý renomovaný fyzik by však prohlásil, že takové obavy jsou neopodstatněné.
„LHC je bezpečný a jakýkoli náznak, že by mohl představovat riziko, je čirá fikce,“ řekl v minulosti pro LiveScience generální ředitel CERNu Robert Aymar.
To neznamená, že by zařízení nemohlo být potenciálně škodlivé, pokud by se používalo nesprávně. Kdybyste do paprsku, který soustředí energii letadlové lodi v pohybu na šířku menší než milimetr, strčili ruku, udělal by do ní díru a pak by vás záření v tunelu zabilo.
Převratný výzkum
V posledních 10 letech LHC rozbíjel atomy pro své dva hlavní experimenty ATLAS a CMS, které pracují a analyzují svá data odděleně. To má zajistit, aby žádná z kolaborací neovlivňovala tu druhou a aby každá z nich poskytovala kontrolu svého sesterského experimentu. Přístroje vytvořily více než 2 000 vědeckých prací o mnoha oblastech fyziky základních částic.
4. července 2012 vědecký svět se zatajeným dechem sledoval, jak vědci z LHC oznámili objev Higgsova bosonu, posledního dílku skládačky v pět desetiletí staré teorii zvané standardní model fyziky. Standardní model se snaží vysvětlit všechny známé částice a síly (kromě gravitace) a jejich interakce. Již v roce 1964 napsal britský fyzik Peter Higgs článek o částici, která nyní nese jeho jméno, a vysvětlil v něm, jak vzniká hmotnost ve vesmíru.
Higgsův boson je vlastně pole, které prostupuje celým prostorem a přitahuje každou částici, která se v něm pohybuje. Některé částice se tímto polem plahočí pomaleji, čemuž odpovídá jejich větší hmotnost. Higgsův boson je projevem tohoto pole, za nímž se fyzikové honili půl století. Urychlovač LHC byl postaven výslovně proto, aby tuto nepolapitelnou kořist konečně zachytil. Nakonec se podařilo zjistit, že Higgsův boson má 125krát větší hmotnost než proton, a Peter Higgs i belgický teoretický fyzik Francois Englert získali v roce 2013 Nobelovu cenu za předpověď jeho existence.
I když mají fyzikové Higgsův boson v ruce, nemohou si oddechnout, protože standardní model má stále nějaké díry. Například se nezabývá gravitací, kterou většinou pokrývá Einsteinova teorie relativity. Také nevysvětluje, proč je vesmír tvořen hmotou, a ne antihmotou, která měla vzniknout v přibližně stejném množství na počátku času. A zcela mlčí o temné hmotě a temné energii, které v době svého vzniku ještě nebyly objeveny.
Před zapnutím urychlovače LHC by mnozí vědci řekli, že další velkou teorií je teorie známá jako supersymetrie, která ke všem známým částicím přidává podobné, ale mnohem hmotnější dvojníky. Jeden nebo více těchto těžkých partnerů mohl být ideálním kandidátem na částice tvořící temnou hmotu. A supersymetrie se začíná zabývat gravitací a vysvětluje, proč je mnohem slabší než ostatní tři základní síly. Před objevem Higgsova bosonu někteří vědci doufali, že tento boson nakonec bude mít trochu jinou hmotnost, než jakou předpovídal standardní model, a naznačí tak novou fyziku.
Ale když se Higgsův boson objevil, byl neuvěřitelně normální, přesně v tom hmotnostním rozmezí, kde by podle standardního modelu měl být. I když je to pro Standardní model velký úspěch, nechal fyziky bez dobrých vodítek, kterých by se mohli chytit. Někteří začali mluvit o ztracených desetiletích honby za teoriemi, které zněly dobře na papíře, ale zdá se, že neodpovídají skutečným pozorováním. Mnozí doufají, že další běhy sběru dat na urychlovači LHC pomohou tento zmatek trochu objasnit.
Urychlovač LHC byl v prosinci 2018 odstaven, aby prošel dvouletou modernizací a opravami. Až bude opět v provozu, bude schopen rozbíjet atomy o sebe s mírným nárůstem energie, ale s dvojnásobným počtem srážek za sekundu. Co pak zjistí, můžeme jen hádat. Už nyní se mluví o ještě výkonnějším urychlovači částic, který by ho měl nahradit a který by se nacházel ve stejné oblasti, ale byl by čtyřikrát větší než LHC. Výstavba této obrovské náhrady by mohla trvat 20 let a vyžádat si 27 miliard dolarů.