Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Fyzika při vysokých energiích v příštích 50 letech

Každý se může zmýlit. Když cestujete ve světle Země, snadno si spletete vzdálenost. Arthur C. Clark: Měsíční prach

Ilustrační foto...Je velmi těžké předpovídat budoucí rozvoj lidského poznání v daném vědeckém oboru deset let dopředu a natož pak padesát. Na většinu dřívějších předpovědí se můžeme dívat s chápavým úsměvem. Některé předpovědi se ukáží být příliš optimistické, jako byly například výhledy rozvoje kosmonautiky, dělané před takovými třiceti lety. Naopak překotnost rozvoje některých oblastí si nedokázal představit ani ten nejodvážnější autor SCI-FI. To se například týká některých oblastí rozvoje mikroelektroniky, počítačů a komunikace. Žádné předpovědi tak nelze brát příliš vážně, ale proč bychom se o ně stále nepokoušeli?

Myslím, že i za padesát let bude mít lidská společnost chuť poznávat. Vědecké bádání bude stejnou nezbytností i radostí, jako je tomu teď. Budou sice stále existovat směry hlásající obrat od vědy a techniky, ale už z hlediska praktického udržení možnosti existence lidské společnosti, asi nemohou získat převahu. A pořád bude dost lidí, kteří se budou chtít přírody ptát a hledat odpovědi na své otázky. A těmi klíčovými je vznik a vývoj vesmíru a objektů v něm nebo hledání jednotného popisu sil, které ve vesmíru působí.

Pokusím se o krátký přehled budoucího rozvoje některých oblastí jaderné fyziky vysokých energiích. Tato oblast fyziky je po celou dobu ve velmi úzkém kontaktu s fyzikou elementárních částic a v posledních desetiletích ve stále těsnějším sepětí s kosmologií a astrofyzikou. Propojení se bude podle mého názoru stále prohlubovat, a proto budou zmiňovaná témata často spadat společně do všech těchto oblastí fyziky.

Základním cílem jaderné fyziky vysokých energií je poznání vlastností a chování jaderné hmoty za různých hustot a teplot. A to i velmi vysokých. Při této cestě využívá poznatků o elementárních částicích a jejich interakcích. Zároveň pak poskytuje (a zároveň od ní přebírá) poznatky o hmotě v nitrech objektů s vysokou hustotou (neutronové hvězdy, supernovy či další ještě exotičtější objekty) astrofyzice a kosmologii o stavu hmoty na samém počátku Velkého třesku.

Ke zkoumání extrémních stavů hmoty se využívá srážek těžkých jader urychlených na vysoké energie pomocí urychlovačů. Současné hranice jsou v oblasti 104 GeV. Tato hranice se o pár řádů dá posunout vylepšením v současnosti známých principů, což by mělo stačit na otevření světa supersymetrických částic a masové produkce kvark-gluonového plazmatu. Ovšem dosažení vyšších energií už nejspíše potřebuje "vesmírnou" techniku (jádra s energií až 1010 GeV s vyskytují v kosmickém záření) a právě v polovině 21. století se můžeme dočkat stavby prvních kosmických urychlovačů. I když urychlovač založený na principu vypařování černých mikroděr, který by nám aspoň hypoteticky mohl poskytnout energie potřebné k produkci třeba X, Y bosonů (1015 GeV), bude stále jen v úvahách, i když daleko konkrétnějších.

Druhá polovina 20. století by se dala v oblasti elementárních částic a jejich interakcí dala nazvat érou vytvoření a zároveň završení standardního modelu. Tento model, který popisuje existující hmotu pomoci šestice kvarků, šestice leptonů a teoriemi, které popisují čtyři známé interakce. Silnou zprostředkovanou osmicí gluonů pomocí kvantové chromodynamiky. Elektromagnetickou a slabou zprostředkovanou fotonem, W+, W- a Z0 bosony pomocí jednotné teorie elektroslabých interakcí. Gravitace popisovaná obecnou teorií relativity a zprostředkovaná gravitonem stojí trochu stranou. A právě graviton a poslední částice standardního modelu (Higgsův boson, způsobující hmotnost elementárních částic a tím vlastně i naší) byly zatím pozorovány pouze nepřímo. Ovšem nepřímá evidence gravitačních vln a v tomto roce dokončené experimenty v CERNU s hledáním Higgsova bosonu už nenechávají téměř žádnou skulinku. Pastičky už jsou téměř sklaplé a bylo by nesmírným překvapením, kdyby v nejbližších letech dobudované velkorozměrové interferometry na zachycování gravitačních vln a budované nové urychlovače s dostatečnou energií pro produkci Higgsova bosonu nezavršily zoologii standardního modelu po prokázání existence kvarku t v minulém roce a letos učiněném přímém pozorování tau neutrina.

Co se týká částic standardního modelu, bude začátkem příštího století využita možnost jejich masové produkce na urychlovačích ke stále přesnějšímu poznávání jejich vlastností. Pomocí odchylek od standardního modelu se bude hledat cesta k ověření teorií dalšího sjednocení interakcí. Důležitá bude snaha pozorovat všechny částice s co nejvyššími či právě naopak nejnižšími energiemi. Takže v nejbližších desetiletích bude pomocí studia oscilací neutrin získána škála jejich hmotností. Detekce těch s co nejmenší energií nám umožní získat co nejkompletnější spektrum slunečních neutrin a vyřešit trvající problémy. Jestli vůbec, tak nejdříve v polovině 21. století by mohl být nalezen proces, který by umožnil detekci reliktních neutrin. Dalším důležitým experimentálním faktem, který se však dá čekat v nejbližších letech je pozorování rozpadu protonu.

Následující půlstoletí bude érou dovršení cesty za konečnou sjednocenou teorii částic a interakcí. Nejbližší desetiletí nebudou ochuzena ani o objevy nových částic. Ať už jde o přehršel supersymetrických částic či další druhy intermediálních bosonů spojených s velkým sjednocením. Spojeným úsilím astrofyziků a částicových fyziků bude také vysvětlena nebaryonová část temná hmoty ve vesmíru.

Svatého grálu zkoumání horké a husté jaderné hmoty bylo dosaženo v posledním roce 20. století v CERNu. Jedná se o evidenci existence kvark-gluonového plazmatu, tedy jaderná hmota tak stlačená, že přejde v novou fázi složenou ze souboru volných gluonů a kvarků. V prvních desetiletích se bude velmi podrobně zkoumat tento stav hmoty na urychlovači LHC v CERNu. Pak by se mohl uskutečnit posun ještě k vyšším energiím a nalezení nového svatého grálu. Poznání chování jaderné hmoty v širokém rozmezí teplot a hustot nám umožní poznat a předvídat průběh výbuchu supernov a chování neutronových hvězd či i podivných hvězd složených kvark-gluonového plazmatu s příměsí podivných kvarků (tento nový typ hvězd by mohl být objeven). Spolu s novými astrofyzikálními pozorovánímí tak bude vysvětlen původ záblesků gama v nepředstavitelně vzdálenějším horizontu tak bude možno využít nebo alespoň čelit nebezpečí plynoucích z těchto nejenergetičtějších jevů ve vesmíru.

Poznání správné teorie sjednocení interakcí a nová kosmologická pozorování nám umožní vysvětlit baryonovou asymetrii vesmíru, tedy převahu hmoty nad antihmotou. Budou se vylepšovat metody produkce antiprotonů i antijader a antiatomů. Zároveň i způsoby jejich uchovávání. To by, ovšem v daleko delší časové škále, mohlo vést i mezihvězdném pohonu založeném na anihilaci, který se vyskytuje zatím jen ve SCI-FI.

Praktické využití není v budoucnu úplně vyloučeno ani u supertěžkých prvků v ostrůvku stability, kterého bude dosaženo v prvních desetiletích 21. století.

Některé možné praktické aplikace jaderné fyziky při vysokých energiích už byly naznačeny. Na závěr bych se zmínil o dvou, jejichž využívání je už nyní na spadnutí.

I když je v dnešní době hodně velký tlak proti jaderné energetice, tak tlak nezbytnosti povede nejen k jejímu využívání ale i rozšiřování. Kromě klasických jaderných elektráren, i když vylepšené konstrukce, budou provozovány i urychlovačem řízené transmutační elektrárny. Tato zařízení, využívající urychlovač protonů na relativistické energie, umožní spálení většiny jaderného odpadu a potřeba úložišť se zredukuje na minimum.

Na termojaderných elektrárnách je velmi dobře vidět, jak je předpověď doby technické realizace ošidná. Byť je její princip velmi jednoduchý a křišťálově průzračný, tak technické problémy způsobily, že všechny předpovědi jejich realizace se ukázaly jako přehnaně optimistické. Přesto si myslím, že za padesát let budou v provozu jejich funkční prototypy a první plně provozní zařízení budou dokončovány.

Další s aplikací relativistických částic, která se začala slibně rozvíjet, bude už asi za padesát let historií. Jedná se o likvidaci rakovinových nádorů pomocí velmi energetických těžkých iontů. Použití této metody je pouze přechodné na dobu, dokud si prevence a šetrnější metody neporadí s rakovinou jinak. Přesto by mohla tato metoda v příštích desetiletích zachránit nebo aspoň prodloužit řadu lidských životů.

Ovšem největší objevy a nejzajímavější aplikace budou ty, které dnes nedokáže předpovědět nikdo, takže doufám, že takových bude v následujícím půlstoletí co nejvíce.

Vladimír Wagner

 IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Satan půjde do nebe!
Ilustrační foto...
Přechod Venuše na SPŠ ve Frýdku-Místku
Ilustrační foto...
Jak najít na obloze stanici Mir?
Ilustrační foto...
World of Vista
Ilustrační foto...
Sonda Cassini připravena
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691