Jak důležitý je – vyjádřeno penězi – objev Higgsova bosonu?

Na výzkum na urychlovači v evropském centru CERN přispívá 20 členských států včetně Česka celkem 1,25 miliardy švýcarských franků ročně.

Budova konferenčního centra CERNu v Ženevě. | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Budova konferenčního centra CERNu v Ženevě. | foto: © Jiří KvitaČeská pozice
Budova konferenčního centra CERNu v Ženevě.

Když se vloni podařilo evropskému centru částicového výzkumu (CERN) odhalit „božskou částici“ Higgsův boson, vědci slavili. Po komplikacích, které s největším světovým urychlovačem částic LHC v uplynulých letech měli, se jim totiž podařilo potvrdit obraz CERNu jako zásadní vědecké instituce současnosti, která má i přes čistě teoretický výzkum právo – ba přímo i nárok – na další existenci.

A právě dobrá image je pro tuto instituci zásadní. Pro pokračování experimentů po odstávce, která má urychlovač připravit na stále náročnější pokusy, je  nutná podpora veřejnosti, a tím pádem i jejích politických zástupců. Ti totiž drží klíče k miliardovému rozpočtu.

Společnost je CERNu nakloněna a státy přispívají na stále rostoucí rozpočet. Ne vždy tomu ale tak bylo.Většina budov nejvýznamnějšího evropského výzkumného centra pamatuje už dobu založení objektu v padesátých letech. Zažloutlé kanceláře vyplňují počmárané školní tabule, sem tam se na dveřích objeví nápis „keep calm and barry on“ nebo podobný fyzikální vtípek dokreslující atmosféru vědeckého ráje. Stolní počítače, jež doplňují technickou výbavu vědeckých pracovišť, jsou však z části vypnuté. Přesto, že řada vědců pokračuje ve výzkumu i nyní, se po dobu odstávky zaměstnanost v instituci přenáší hlavně na inženýry a techniky, kteří opravují části urychlovače, vyměňují senzory detektorů a obecně provádějí údržbu vybavení ústavu, který příští rok oslaví šedesát let existence.

Spuštěním, které je naplánováno na začátek roku 2015, CERN odstartuje novou fázi finančně náročných experimentů, které mají nadále rozvinout lidské chápání vesmíru a jeho součástí. Po udělení Nobelovy ceny vědcům, kteří experimentální nález CERNu ve své teorii předpověděli – Peteru Higgsovi a Françoisi Englertovi – má k tomu nejlepší předpoklady. Společnost je CERNu nakloněna a státy přispívají na stále rostoucí rozpočet. Ne vždy tomu ale tak bylo.

Nesamozřejmá podpora

Ochota společnosti tolerovat základní výzkum – tedy výzkum vedoucí k potvrzení či vyvrácení určité teorie – není vůbec samozřejmá. Naopak, je často určována jak dobou a finanční situací (například je pravděpodobné, že bude nižší v období krize), tak úspěchy či neúspěchy výzkumu dané instituce. Proto bylo objevení Higgsova bosonu zásadní. Ač tento výsledek zatím nemá žádný hmatatelný, praktický dopad, který by se dal vyčíslit v penězích, mediální zájem včetně udělení Nobelovy ceny v očích společnosti vyzdvihl instituci do pozice unikátního projektu, který je nutné podporovat.

A to je pro CERN zásadní. I vzhledem k tomu, že se za jeho šedesátiletou historii otázka nároku na extenzivní financování vynořila hned několikrát. Naposledy to bylo v roce 2008, kdy na urychlovači došlo k nehodě, která vyvolala diskuse o bezpečnosti celého projektu. Nekvalitní elektrický spoj tehdy způsobil trhlinu mezi magnety urychlovače a následná záplava trubice tekutým héliem vyvolala explozi, která měla potenciál celý LHC významně poškodit.

Vědci na událost s velkým nadšením nevzpomínají. Přesto, že jim přímé nebezpečí nehrozilo – magnety jsou v tunelu, kde během provozu nesmí nikdo být –, CERN ohrozila ztráta dobrého jména, které pro zajištění financování svých náročných plánů vyžaduje. Fyzikové v čele s Rolfem-Dieterem Heuerem se proto nyní zaříkají, že nic podobného se již nikdy stát nemůže. „Ano, problémy s magnety tehdy opravdu byly. Právě to je ale cílem současné odstávky. Část magnetů se vymění, zbylé části urychlovače opraví,“ ukazuje v testovací hale na rozebranou část LHC odborník na kryogeniku a jeden z mála stálých českých zaměstnanců instituce Vladislav Benda.

Urychlovač se urychlí

Fyzikům se otevře cesta nejen k prozkoumání vlastností objeveného bosonu, ale i k pokroku ve výzkumu asymetrické tvorby hmoty a antihmoty či k objevení temné hmotyPromění se ovšem i samotný výkon urychlovače. Oproti energii na svazek zhruba 3,5 TeV (teraelektronvoltů), na které operoval do současnosti, by se po odstávce měl dostat až na dvojnásobek. Fyzikům se tak otevře cesta nejen k prozkoumání vlastností objeveného bosonu, ale i k pokroku ve výzkumu asymetrické tvorby hmoty a antihmoty (proč je „naše část vesmíru“ tvořena výhradně hmotou?) či k objevení temné hmoty.

Plány fyziků na prozkoumání podmínek při vzniku vesmíru a povahy hmoty jeho součástí jsou proto přes objevení Higgsova bosonu na začátku. Samotný článek popisující nález částice, který více než třem tisícům účastníků experimentu ATLAS vynesl světové uznání, byl ovšem nesporným úspěchem. Objevem božské částice se podařilo zalepit mezery v teoretické konstrukci zvané Standardní model, která předpovídá interakce elementární částic.

„Stále je ale co dělat. Některé možnosti rozpadu bosonu jsme ještě neprozkoumali. Je možné, že se nám podaří přijít na rozpad, který jsme nečekali. To by mohlo výpovědní hodnotu Standardního modelu ovlivnit,“ tvrdí nad šálkem kávy v kantýně ženevské instituce fyzik původně z ČVUT Zdeněk Hubáček, jehož podpis rovněž zdobí zmíněný článek.

Ani výpovědní hodnota teorie, kterou se objevením božské částice podařilo potvrdit, tak není stoprocentní. Naopak, je možné, že bude dříve či později nahrazena nějakou jinou teorií, například teorií strun, která je však dnes experimentálně nedoložitelná. Souboje jednotlivých teorií nicméně nejsou ničím novým ani nechtěným. Právě diskusí mezi teoriemi se vytváří teoretický pokrok, ať už ve fyzice či v sociálních vědách. Přesto se však nabízí otázka, zda je tento teoretický průlom natolik důležitý, aby na něj 20 členských států včetně České republiky přispívalo dohromady 1,25 miliardy švýcarských franků ročně.

Teorie relativity a GPS

„Všechno je to základní výzkum. Jestli pro nás bude mít nějaký praktický význam, jde zatím jen těžko říct. Určitě ne zítra, možná ani za deset let. Když se začala zkoumat jaderná fyzika před sto lety, taky neměla praktický význam – a podívejte se dnes. Jestli bude mít podobný význam i částicová fyzika, těžko říct. Ale vznikají při tom i technologie, které se snažíme prodat jako výsledek základního výzkumu,“ poukazuje Hubáček na řadu spin-off projektů, které na základě výzkumu CERNu vyrábějí například přístroje pro medicínskou diagnostiku (například magnetická rezonance) nebo pro léčbu nádorů (hadronová terapie, radiofarmaka).

CERN se za svou historii může pochlubit například vytvořením webu, který vznikl praktickou potřebou vědců si jednoduše vyměňovat poznatky„Můj oblíbený příklad na nečekaný spin-off základního výzkumu je teorie relativity. Dlouho to vypadalo, že si teoretici jen hrají s rovnicemi – a nakonec z toho máme GPS,“ obhajuje nutnost financování základního výzkumu další z českých signatářů oceněného článku Richard Polifka. Zároveň upozorňuje na to, že CERN se za svou šedesátiletou historii může pochlubit například vytvořením webu, který vznikl praktickou potřebou vědců si jednoduše vyměňovat poznatky.

„Veškerý pokrok, kterého se v CERNu podařilo dosáhnout na poli medicínské zobrazovací techniky, je výsledkem budování detektorů na měření srážek částic na urychlovači,“ upřesňuje Polifka, který v CERNu spolupracuje na projektu ATLAS. Právě praktický přínos ztělesněný v této technologii propůjčuje instituci jiný než pouze teoretický abstraktní přínos světu.

U produktů však nekončí, experimenty CERNu často spolupracují se soukromými firmami, kterým nejen zajišťují výdělek, ale i vylepšují jejich portfolia – a to i doma. České firmy totiž například dodávaly železo na stavbu harnového kalorimetru nebo vyráběly křemíkové senzory, jež měří trajektorii dráhy nabitých částic přilétajících z bodu srážky.

„Každá soukromá firma je šťastná, když si CERN může dát do svého portfolia. Vizitka tohoto centra totiž nejen zlepšuje obraz firmy, ale i samotnou kvalitu vyráběných produktů. My jim totiž nedáváme pouze zadání na výrobu, ale poskytujeme i zpětnou vazbu, jak výrobek funguje a jak by se dal vylepšit,“ dodává Polifka.

Monopol na urychlování

Image CERNu zvyšuje i fakt, že si tato instituce vybudovala praktický monopol na částicovou vědu. Kvůli finanční a technologické náročnosti vybudování největšího světového urychlovače částic totiž ztratily smysl menší urychlovače předchozí generace, které sice v předchozích desetiletích posouvaly vědecké poznání, nicméně v současné přímé konkurenci LHC pozbyly opodstatnění. Na konci září 2011 byl takto ukončen výzkum v druhém největším urychlovači částic Tevatron ve Fermiho národní laboratoři (Fermilab) v USA. „To je ovšem jen přirozený technologický vývoj,“ upřesňuje Polifka.

Ve většině případů CERN na vědce podílející se na projektech instituce příliš nepřispíváS monopolem CERNu se ovšem pojí i přetlak vědců, kteří se částicovou fyzikou zabývají. „Z Fermilabu sem přešla spousta lidí. Stejně je ale stále těžší získat pracovní pozici přímo v CERNu,“ popisuje Hubáček. Tomu se díky zkušenosti z amerického částicového centra po dokončení doktorátu na ČVUT a dvouletém postdoktorandském pobytu v CEA Saclay ve Francii podařilo získat v CERNu dvouletý fellowship program, a stal se tedy jedním z asi 2500 stálých zaměstnanců hrazených z finančních prostředků instituce.

V naprosté většině případů však CERN na vědce podílející se na projektech instituce příliš nepřispívá. V loňském roce se na experimentech vedle zaměstnanců podílelo zhruba 11 tisíc „externích“ vědců, techniků a zástupců ostatních profesí. Mezi tyto „externisty“ patří například Petr Šícho z fyzikálního ústavu Akademie věd. Šícho prochází budovami na švýcarsko-francouzské hranici už více než deset let. Podílel se na stavbě pixelového detektoru umístěného nejblíže k srážkám protonů, a proto i jednoho ze zařízení, kterým se podařilo zachytit Higgsův boson.

Na tuto pozici však Šíchovi CERN přispívá pouze denními dietami. Základní měsíční plat nadále pobírá na domácí instituci – Akademii věd. Podobně je na tom naprostá většina ze všech účastníků vědeckých experimentů. „Získat trvalou pozici hrazenou z prostředků CERNu je skoro nemožné. Z celého světa se sem valí stovky až tisíce vědců, ze kterých vybírají jednotlivce, kterým nabízejí zpravidla několikaleté fellowship programy. Jen těm nejlepším – či lépe pro CERN nezbytným – se podaří dosáhnout prodloužení programu nebo přímo stálé pozice,“ přibližuje Hubáček s tím, že „je proto i u něj šance na prodloužení velmi nízká“.

Image instituce přitahující vědce z celého světa se otiskuje i v nejistotě, která vědce provází. „Je velká konkurence a situace se s každým rokem zhoršuje. CERN navíc nemá finance a ani možnost zaměstnat všechny. Kvůli zavírání jiných urychlovačů ztrácí vědci práci a zvyšuje se tlak na to, aby se uchytili tady,“ pokračuje Hubáček. Dle něj však nejde o nic neobvyklého: „Kariéra vědců je podobná většině jiných oborů. Získat stálé místo na univerzitě je také složité, navíc určitá mobilita je u vědeckých pracovníků běžná.“

Konexe táhnou

Přestože k prodloužení smlouvy v naprosté většině případů nedochází, i krátká zkušenost se vědcům bohatě vyplatí. Příkladem může být příběh částicového fyzika Jiřího Kvity, jemuž pobyt ve švýcarském centru s koncem loňského roku skončil. Kvitovi se podařilo nejen získat know-how a zkušenosti, ale vytvořil si i síť cenných kontaktů, které mu dopomůžou v budoucím výzkumu a zapojení českých institucí.

Kvita od ledna začíná pracovat v Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) spolu s kolegy z katedry optiky Univerzity Palackého v Olomouci a detašovaného pracoviště fyzikálního ústavu Akademie věd. „Cílem je více rozjet částicovou fyziku nejen v Olomouci, ale v celé České republice. Proto se má zkušenost s CERNem bude hodit. Díky kontaktům, které se mi podařilo nashromáždit za dobu působení v této instituce, se totiž například podaří zajistit studentské pobyty v CERNu a další granty či výzkumné záměry ve spolupráci s experimenty ATLAS a ALFA,“ popisuje.

Necelých 280 milionů korun, kterými Česká republika na chod instituce příspívá, se tak budou dlouhodobě vracet v rozvoji fyzikálního výzkumu na českých institucích. Dlouhodobá návratnost však zůstává největší devízou i základního zkoumání jako takového. A jak podotýká Zdeněk Hubáček – na výsledky můžeme čekat desetiletí. I tak to ale má smysl.

Počet příspěvků: 6, poslední 18.4.2014 10:58 Zobrazuji posledních 6 příspěvků.