Evropská organizace pro jaderný výzkum známá pod zkratkou CERN letos slaví 70 let od svého vzniku. Po celou dobu existence je CERN špičkovou laboratoří v oboru částicové fyziky. Její urychlovačové komplexy si připsaly objevy intermediálních bosonů W a Z v 80. letech a v roce 2012 zde byl objeven Higgsův boson, poslední chybějící částice Standardního modelu.
Za dobu fungování vybudoval CERN, sídlící na francouzsko-švýcarské hranici u Ženevy, celé portfolio urychlovačů částic. Největším z nich je Velký hadronový urychlovač (Large Hadron Collider – LHC), jehož urychlovací prstenec se nachází v 27kilometrovém tunelu 100 metrů pod zemí mezi pohořím Jura a Ženevským jezerem. K prvním srážkám protonových svazků na LHC došlo v roce 2010. O dva roky později byl kolaboracemi detektorů ATLAS a CMS ohlášen s napětím očekávaný objev Higgsova bosonu, jehož předpověď byla v roce 2013 oceněna Nobelovou cenou. Na LHC najdeme ještě dva další velké detektorové experimenty – ALICE specializující se na fyziku těžkých iontů a LHCb navržený primárně ke studiu narušení CP symetrie.
První oficiální návrh na vytvoření společné evropské částicové laboratoře přednesl francouzský fyzik Luis de Broglie na Evrospké kulturní konferenci v Lausanne v prosinci roku 1949. O dva roky později byla podepsána první rezoluce o založení Evropské organizace pro jaderný výzkum. CERN měl celkem 12 zakládajících členských států – Belgii, Dánsko, Francii, Itálii, Jugoslávii, Německo, Nizozemsko, Norsko, Švédsko, Švýcarsko, Řecko a Velkou Británii. Vznik CERNu se oficiálně datuje k 30. září 1954, kdy mezinárodní smlouvu o založení podepsaly poslední dva státy – Francie a Německo.
Pouhé tři roky od založení, v roce 1957, byl v CERNu spuštěn první urychlovač. Synchrocyklotron urychlující těžké nabité částice na energii 600 MeV byl jedním z posledních urychlovačů svého druhu uvedených do provozu. Zařízení si také připsalo první z velkých objevů učiněných v CERNu, když jeho detektory zaznamenaly silně potlačovaný rozpadu pionu na elektron a elektronové antineutrino.
V roce 1959 pak byl do provozu uveden druhý urychlovač – protonový synchrotron. Ten byl prvním ze šesti synchrotronových urychlovačů, které byly v evropské výzkumné organizaci postupně vybudovány. Mezi ně patří i dva největší a nejznámější – LHC a jeho předchůdce elektron-pozitronový urychlovač LEP.
Druhým největším urychlovačem v CERNu je Super Proton Synchrotron (SPS), jehož prstenec má obvod bezmála sedm kilometrů. Zařízení bylo spuštěno v roce 1976. Díky srážkám svazků urychlených částic na SPS zkoumali vědci vnitřní strukturu protonů, snažili se najít odpovědi na otázky vzniku vesmíru a hledali podobu hmoty z prvních okamžiků po vzniku vesmíru. Významnými milníky nejen pro CERN, ale i celosvětovou komunitu částicových fyziků byly objevy intermediálních bosonů W a Z v proton-antiprotonových srážkách právě na SPS. Objev vedl k udělení Nobelovy ceny za fyziku v roce 1984 Carlo Rubbiovi a Simonu van de Meerovi „za rozhodující příspěvky k rozsáhlému projektu vedoucímu k objevu intermediálních částic W a Z, zprostředkovatelů slabé interakce“.
Od 13. srpna 1989 docházelo v CERNu ke srážkám elektronového a pozitronového svazku na synchrotronu LEP. Ty přinesly přesná měření vlastností bosonů W a Z. Pro urychlovač LEP byl zbudován 27kilometrový podzemní tunel zčásti vedoucí pod pohořím Jura i Ženevským jezerem. Rozhodnutí vybudovat LEP právě v 27kilometrovém tunelu učinil tehdejší generální ředitel CERNu Herwig Schopper, který při stavbě vizionářsky myslel na budoucí potřebu velkého hadronového urychlovače. LEP byl zbudován tak, aby po ukončení provozu elektronového urychlovače nic nebránilo instalaci nového hadronového urychlovače ve stejném tunelu.
V současnosti se CERN připravuje na velkou modernizaci svého největšího urychlovače LHC po roce 2025. Projekt High-Luminosity LHC (HL-LHC) má přinést až desetkrát vyšší produkci dat a prodloužit provoz LHC až do 40. let 21. století. Zároveň probíhají diskuse o budoucím směřování společné evropské částicové laboratoře a možné stavbě ještě většího urychlovače. Budoucí urychlovač Future Circular Collider (FCC) se 100kilometrovým obvodem urychlovacího prstence by měl pomocí elektron-pozitronových srážek zprostředkovat přesná měření vlastností Higgsova bosonu a i v tomto projektu je počítáno s následným zbudováním hadronového urychlovače, od něhož se očekávají objevy nové fyziky za Standardním modelem.
Mohlo by vás také zajímat:
Higgsova cesta k bosonu
Začínající
fyzik: Věda je vzrušující cesta
Doktorandka
Universität Freiburg: Work-life balance je pro Němce prioritou