V létě letošního roku fyzikové za velkého zájmu médií oznámili objev Higgsova bosonu, který hledají už téměř půl století. Co budou fyzikové dělat teď a co vědcům i nám laikům objev přinese? Slzy bývají na fyzikálních přednáškách vidět jen málokdy, stejně jako slyšet frenetický potlesk. Čtvrtého července nabitá přednášková hala ve středisku jaderného výzkumu CERN u Ženevy zažila obojí. Emoce vyvolali vědci z urychlovače LHC, kteří během několika desítek minut představili výsledky své práce za poslední roky a oznámili, že s velkou pravděpodobností objevili stopy existence Higgsova bosonu. Částice, které se v médiích často přezdívalo „božská“. Její existence má podle fyziků dokazovat, že rozumíme tomu, proč (některé) další částice mají hmotnost. V té chvíli neutajil slzy v očích fyzik Peter Higgs, po kterém má částice jméno (i když ne zcela právem, viz Koho napadl...), a zbytek auly své nadšení. Je to pochopitelné, šlo o velký okamžik velmi dlouhého dramatu. Ale ani zdaleka ne jeho konec. VESMÍRNÁ MLHA Hypotéza o existenci Higgsova bosonu vznikla před necelými 60 lety. Jeho existenci v té době nenasvědčovalo vůbec nic určitého, šlo jen o důsledek řešení určitých fyzikálních rovnic. Pokud by existoval, fyzikové (nejspíše) vyřešili daný matematický problém správně. Proto i jeho objev vzbudil takové nadšení: fyziky přesvědčuje, že se „na papíře“ pohybují správným směrem. Higgsův boson přitom není vlastně příliš důležitý sám o sobě. Jeho existence by měla být pevně spjata s tzv. Higgsovým polem. To si teoretici doslova „vymysleli“ a dosadili do rovnic, když v nich hledali důvody, proč určitý počet částic má hmotnost, zatímco skupina velmi příbuzná ne. Postavili si k tomu hypotézu, kterou si můžeme přiblížit velmi nedokonalou analogií takto: Higgsovo pole je jako mlha, která prostupuje vesmír a dává věcem „bílou barvu“ (hmotnost). Ne všem, na některých mlha z různých důvodů neulpí, na jiných ano, záleží na jejich povrchu. Mlha je však evidentně neviditelná. Kdybychom ovšem dokázali v jednom místě vytvořit velmi extrémní podmínky, dodat jí hodně energie, mohla by se její přítomnost projevit. Třeba vznikem mlžného víru, který se za chvíli zase rozplyne, abychom se drželi naší analogie. Jen ve skutečnosti by se mělo jednat o vznik částice svázané s existencí pole. Tou má být Higgsův boson (bosony jsou třída částic s určitými vlastnostmi). DÁLE OD VŠEDNOSTI, DÁLE Vytvoření dostatečně velkého víru v „mlze“ Higgsova pole je ovšem komplikované. Higgsův boson v reálných podmínkách v podstatě nevzniká. Tak jako mlha je bílá i bez vírů, i Higgsovo pole má udělovat hmotnost svému okolí přímo, bez pomoci bosonu (takže se nedá říci, že „tato částice dává věcem hmotnost“). Fyzikové předpokládali, že nejspíše půjde o těžkou částici, která může vzniknout jenom za přítomnosti opravdu velkých energií, protože podle slavné Einsteinovy teorie je hmota vlastně energie. Zahlédnout ho tak bylo možné jen na silném urychlovači částic. Urychlovače vědeckých zařízení slouží částicovým fyzikům v podstatě jako stroje na extrémy. Vytváří v nich stále exotičtější podmínky, aby vědci zahlédli alespoň občas i jevy, které v běžných podmínkách vidět nemohou (nebo by na ně museli čekat nelidsky dlouhou dobu). Jak přibývalo pozorování světa částic, většina běžných jevů se pro ně stala nezajímavými. V urychlovačích s malými energiemi se stále dokola opakují stejné děje. „Proto se stavěly neustále větší urychlovače,“ říká fyzik Pavel Cejnar z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Šlo o třeba evropský LEP nebo americký Tevatron. S jejich pomocí se podařilo zaplnit řadu bílých míst v teorii částic. Tajemství „higgse“ však stále odolávalo. Nakonec se stalo jedním z posledních velkých otazníků nejrozšířenější teorie částicové fyziky známé jako tzv. Standardní model. Ten dobře popisuje chování částic kolem nás, má však své chyby. Když pomineme fakt, že nepopisuje gravitaci, protože v tomto ohledu nepanuje shoda, největší slabinou Standardního modelu byl nedostatek přesnějších údajů o Higgsově bosonu (a na základě jeho projevů pak Higgsově poli). Fyzikové zareagovali znovu podle hesla „Když to nejde silou, půjde to ještě větší silou.“ Výsledkem vývoje je urychlovač LHC, zřejmě nejsložitější a největší zařízení na světě. Jak se v červenci ukázalo, až ten měl dostatek výkonu, aby zahlédl stopy možného Higgsova bosonu. Ironicky ovšem k tomu došlo v oblasti jen velmi těsně za hranicí maximálního výkonu jeho předchůdce, urychlovače LEP, který stál ve stejném tunelu pod střediskem CERN, ale měl několikanásobně menší výkon. Zřejmě by stačilo udělat mu „jen upgrade“. To se samozřejmě nedalo dopředu odhadnout, fyzikové se pohybovali na zcela neznámém území. Navíc LHC chtějí použít k i jiným experimentům, kde se jim vysoký výkon bude hodit. MÁME HO, CO DÁL? I když se překvapivě podařilo vybudit u veřejnosti poměrně velký zájem o objev Higgsova bosonu, nebude mít ani výhledově žádný dopad mimo fyziku. „I fyzikové obecně říkají, že objev nebude mít žádnou praktickou aplikaci,“ říká Pavel Cejnar. Higgsův boson se nikdy nepodaří „izolovat“, vznikne vždy jen na velmi, opravdu velmi krátkou chvíli, a pak se rozpadne. Nikdy nejspíše nebudeme mít možnost držet v ruce boson samotný a budeme odsouzeni pozorovat jen znovu a znovu stopy jeho zániku, nikoliv jeho existenci samotnou. Samozřejmě může jít o naši dobou danou slepotu: „Mohou existovat aplikace, které si nedokážu představit já ani možná nikdo jiný, kdo o tom dnes přemýšlí,“ řekl pro server Technet.cz fyzik Luboš Motl. Ale sám to považuje za velmi nepravděpodobné: „Opravdu nevím, jak by se mohly vybírat daně z Higgsových bosonů.“ Musíme se spokojit s „přidruženými výsledky“ podobných projevů. Ve středisku CERN se například podařilo přijít na vynálezy typu World Wide Webu či vyvinout konstrukci silnějších magnetů a tak dále, ale fyzikové sami říkají, že to není jejich cílem. Je to jen důsledek práce na komplikovaných zařízeních, která potřebují ve své snaze o ryze fyzikální objevy. Ani další výzkum v této oblasti neslibuje nic jiného. Poslední částice s praktickým použitím byl zřejmě neutron, objevený na začátku 20. století. Od té doby se daří objevovat pouze zcela „nepraktické“ částice a do budoucna to nejspíše bude velmi podobné: „Záleží na společnosti, zda budeme dále považovat za důležité podporovat hledání odpovědí na takové fundamentální otázky,“ říká Pavel Cejnar. POTŘEBUJEME DALŠÍ! Fyzikové přitom budou podporu potřebovat. Ani další vývoj si odborníci nedokážou představit bez obřích a drahých zařízení s velkými energiemi. Ohromnému urychlovači LHC se sice podařilo Higgsův boson objevit a asi nám o něm dokáže i mnohé prozradit, ale není patrně pro jeho systematické zkoumání nejvhodnější nástroj. Záhadných bosonů v něm vzniká málo a odborníkům by se spíše hodil urychlovač na lehčí částice, než jaké používá LHC, například na elektrony. „Panuje všeobecná shoda, že na podrobné prozkoumání vlastností částice s hmotností 125 GeV, která byla objevena v CERN, je nejvhodnější lineární urychlovač, na němž se boudou srážet protiběžné svazky elektronů a pozitronů (tj. elektronů z antihmoty a tedy s kladným nábojem),“ říká Jiří Chýla z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Místo několika desítek dlouhého kruhového tunelu by tento stroj tedy tvořila dvě možná až desítky kilometry dlouhé rovné trubice se silnými magnety. Projekt takového urychlovače existuje a nazývá se International Linear Collider. „Připravuje se už více než 10 let mezinárodní kolaborací a po technické stránce je hotov a připraven k realizaci,“ říká Jiří Chýla. Cena se odhaduje na 8 miliard dolarů (z roku 2007), ale v současné situaci si i fyzikové uvědomují, že je to hodně a pracují na tom, jak ji snížit. Byť je projekt zatím jen na papíře, už je jasné, kde by mohl stát. „Komunita japonských fyziků je rozhodnuta požádat vládu, aby byl urychlovač ILC umístěn v Japonsku, přičemž se očekává, že by japonská vláda zaplatila zhruba polovinu ceny,“ říká Jiří Chýla. Japonští odborníci se zatím setkávají se značným pochopením ze strany politiků i průmyslu, který čeká, že řadu ke stavbě vyvinutých technologií bude moci rychle aplikovat do výroby. V minulých týdnech tak projekt urychlovače k realizaci doporučila například japonská Rada pro výzkum, ve které sedí vědci i průmyslníci. Mohl by prý vést k vytvoření „globálního města“, omlazení japonské populace a přilákání odborníků do země. Pokud vše půjde opravdu hladce, čeká se spuštění urychlovače někdy kolem roku 2025. Výsledky z něj by měly umožnit pozorování Higgsových bosonů doslova ve velkém a umožnit tak dobře poznat všechny jeho projevy (a podle nich i vlastnosti). Což neznamená, že bychom pak znali odpověď na všechny otázky fyziky vůbec. Poznatky by mohly potvrdit standardní model. Což by ale neznamenalo, že známe odpověď na vše. „Minimálně v něm bude dále chybět teorie gravitace,“ říká Pavel Cejnar a dodává: „Nejde o sjednocující finální teorii, která vysvětluje vše.“ I proto by podle řady fyziků bylo zřejmě zajímavější, kdyby předpovědi nevyšly a místo toho další pozorování usvědčila dosavadní teorie z omylu. Pak by se musela zrodit úplně nová fyzika.
