Třetí život urychlovače LHC

Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN) se zaměřuje především na výzkum elementárních částic. Záběr má ale mnohem širší, zabývá se také jadernou fyzikou, výzkumem atomů antivodíku, vývojem urychlovačů a detektorů částic, aplikacemi a také vzděláváním studentů, jejich učitelů i širší veřejnosti. Její vlajková loď, urychlovač LHC, prošel úpravami a letos zahájil třetí etapu svého fungování.

Organizaci CERN založilo v roce 1954 dvanáct evropských zemí. V současnosti má 23 řádných členů a několik přidružených zemí – a nejsou to už jenom evropské státy. Tehdejší Československo se řádným členem stalo před třiceti lety. Odborníci z českých univerzit a ústavů Akademie věd ČR se od té doby významně podíleli a podílejí na řadě důležitých výsledků získaných v experimentech, včetně objevu Higgsova bosonu, ale také na programech výzkumu a vývoje detektorů a na aplikacích. Oprávněně proto považujeme CERN také za českou výzkumnou infrastrukturu v oblasti fyziky elementárních částic.

Nejen Higgsův boson

Mezi nejdůležitější výsledky výzkumu v CERN před objevem Higgsova bosonu patří objev intermediálních bosonů W a Z, které zprostředkovávají slabé interakce elementárních částic, bosony W například beta-rozpady jader. Tyto elementární částice byly v CERN nepřímo objeveny pomocí projevu neutrálního bosonu Z v interakcích neutrin. Nepřímý objev vedl k projektu nového urychlovače vstřícných svazků protonů s antiprotony při aktuálně nejvyšší energii. Dva experimenty umístěné na tomto urychlovači objevily v roce 1983 oba intermediální bosony W i Z. Za rozhodující přínos k projektu, který vedl k objevu částic W a Z, komunikátorů slabé interakce, získali Carlo Rubbia a Simon van der Meer v roce 1984 Nobelovu cenu za fyziku.

Událost zaznamenaná v detektoru ATLA S dne 30. 5. 2021. Na obrázku je rozpad dvou bosonů Z: jeden se rozpadá na dva opačně nabité miony, druhý na elektron a pozitron. Takové události jsou možnou signaturou produkce Higgsových částic, ale aby bylo možné určit, zda se jedná o rozpad Higgsova bosonu, je třeba analyzovat mnoho událostí dohromady. Dva miony jsou červené stopy pronikající skrz celý detektor. Elektron a pozitron jsou zelené přímky v centrálním, vnitřním detektoru, které odpovídají úzkým zeleným shlukům energie v kalorimetru.Snímek CERN

V posledním desetiletí minulého století fyzikové v CERN tyto bosony podrobně zkoumali pomocí experimentů na urychlovači vstřícných svazků elektronů a pozitronů LEP v podzemním tunelu s obvodem 27 km. Kromě podrobného proměření jejich vlastností se podařilo prokázat, že existují právě tři druhy neutrin.