„Je to úžasný pocit, když se vám po letech náročného studia začnou plnit sny. Stojí za to vytrvat, zatnout zuby, a pak si vychutnávat ty okamžiky naplno,“ říká Pavel Váňa. Doktorand Matfyzu se v ženevském CERN podílí na experimentu ATLAS, který pátrá po nových částicích hmoty.
Liší se nějak podstatněji život doktoranda od života studenta na bakalářském nebo magisterském stupni?
Pro mě se toho zatím tolik nezměnilo. Ubyly mi povinné přednášky, takže se můžu víc soustředit na výzkum. Teď se však chystám na státnice, a tak jsem na přechodnou dobu zpátky ve studijním režimu. Po zkouškách už mě, doufám, čeká stoprocentní výzkum.
Pořád platí, že doktorand je člověk s málem peněz, ale pevnou vůlí?
Myslím si, že to obecně platí stále. Doktorandi v Česku stále nejsou adekvátně ohodnoceni, na rozdíl třeba od Německa, kde jsou Ph.D. studenti plnohodnotnými zaměstnanci s pracovní smlouvou. Z doktorandského stipendia se sice vyžít dá, ale už si nenašetříte například na to, abyste pak vyjeli někam do zahraničí na postdoka. Kvůli tomu je nutné daleko víc plánovat a případně si k doktorskému studiu sehnat ještě brigádu.
Vedle studia a výzkumu tedy ještě brigádničíte?
Naštěstí to není můj případ, protože mému vedoucímu se před nějakým časem podařilo získat grant ERC-CZ, díky čemuž se zlepšila i moje finanční situace. Navíc každý doktorand u nás na Ústavu částicové a jaderné fyziky MFF UK má nějaký úvazek formou DPP nebo DPČ, moje mzda není vázána jen na tento grant. Celé to financování je trochu složitější. Je ale pravda, že předtím jsem o brigádě uvažoval, abych se mohl lépe připravovat na budoucnost.
Jak se vám daří udržet si zmiňovanou motivaci?
To je asi největší výzva, nečekal jsem, že to bude tak těžké. Už přes deset let vím, že chci dělat fyziku, teď se mi to začíná pomalu plnit, a přesto musím opakovaně hledat novou motivaci. Vědecká práce, alespoň pokud děláte částicovou fyziku, spočívá hlavně v tom, že trávíte spoustu času u počítače při programování. Dlouho nevidíte žádné výsledky nebo se třeba stane, že zabloudíte do slepé uličky. V takové chvíli pomůže utřídit si myšlenky a vyhodnotit, jestli má cenu s problémem ztrácet čas, anebo ho odložit a soustředit se na něco jiného. Poslední dobou mě také dost nabíjí popularizace, když mohu svou práci přibližovat veřejnosti.
V rámci svého doktorského studia se podílíte na experimentu ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) v Evropské organizaci pro jaderný výzkum (Conseil Européen pour la recherche nucléaire; CERN). Jak se člověku poštěstí, že skočí rovnou do tak velké vědy?
To je celkem běžný postup v našem oboru. Výzkumné skupiny, které na Matfyzu dělají experimentální částicovou fyziku, jsou zapojeny do řady mezinárodní projektů nejen v CERN, ale i jinde ve světě, třeba v Japonsku, kde se nachází detektor Belle II. To, že jsem se přidal ke kolaboraci ATLAS, bylo dáno tím, že je v ní zapojen můj vedoucí Martin Spousta. Ten mě také přivedl k výzkumu charmonií.
Charmonia jsou elementární částice, o kterých se toho zatím příliš neví. Jak by se dala popsat a co konkrétně se o nich snažíte zjistit?
Charmonia patří mezi tzv. mezony, což jsou částice tvořené kvarkem a antikvarkem stejné „vůně" („vůně" je jedním z kvantových čísel; pozn. red.), konkrétně charm kvarkem a charm antikvarkem. Tyto částice jsou na sebe navázány pomocí silné jaderné interakce, která je zprostředkovaná výměnou gluonů (silná interakce je jednou ze čtyř základních sil působících mezi částicemi; pozn. red.). Ačkoli byla charmonia objevena zhruba před padesáti lety, přesný mechanismus jejich vzniku stále neznáme. V rámci našeho výzkumu se snažíme zjistit, co produkci charmonií ovlivňuje, a také třeba to, jak by se tyto poznatky daly využít například při studiu kvark-gluonového plazmatu, což je další stav hmoty, který vzniká při extrémních tlacích a teplotách.
Kvarky jsou základní stavební kameny hmoty – podle Standardního modelu částicové fyziky nemají vnitřní strukturu, tzn. že už nejsou tvořeny žádnými menšími částicemi. Standardní model předpovídá šest druhů kvarků, které se od sebe liší nejen velikostí elektrického náboje, klidovou hmotností, ale i kvantovými čísly, jako je „barva“ a „vůně“. Mezi šestici kvarků patří kvarky u (up – nahoru), d (down – dolů), c (charm – půvabný), s (strange – podivný), t (top – horní) a b (bottom – spodní). Každý z kvarků má svůj antikvark, který má opačný elektrický náboj, opačnou vůni a doplňkovou barvu. Z kvarků mohou vzniknout dva základní typy částic: mezony, které jsou tvořeny z kvarků a antikvarků (příkladem mezonu jsou charmonia), anebo bariony, které jsou tvořeny ze tří kvarků (např. proton a neutron). Kvarky jsou jedinou skupinou částic, které podléhají všem čtyřem interakcím (základním silám, pomocí kterých lze vysvětlit všechny známé fyzikální jevy na Zemi i ve vesmíru): silné, elektromagnetické, slabé i gravitační.
Jakým způsobem takový výzkum probíhá?
Zkoumáme produkci charmonií při dvou typech srážek. Na velkém hadronovém urychlovači LHC (Large Hadrone Collider) srážíme protony, a jednou za čas také jádra olova. Rozdíl je v tom, že když se extrémní rychlostí srazí dvě jádra olova, tak se na okamžik vytvoří zmíněné kvark-gluonové plazma. To je taková horká hustá „polévka“, kde se kvarky a gluony mohou chvíli chovat zcela volně, jako by na ně žádná silná interakce nepůsobila. Kvark-gluonové plazma nemůžeme pozorovat přímo, protože existuje velmi krátce. Můžeme však využít toho, že charmonia vznikají jak při proton-protonových srážkách, tak i při těch těžko-iontových. Charmonia jsou nestabilní a rozpadají se třeba na mion a antimion, což jsou částice, které s kvark-gluonovým plazmatem vůbec neinteragují, a my je díky tomu můžeme detekovat. No a při srovnání výsledků z proton-protonových srážek a těžko-iontových srážek se můžeme něco dozvědět jak o samotných charmoniích, tak i o kvark-gluonovém plazmatu.
Nejspíš máte před sebou spoustu práce…
To rozhodně. Zatím jsme v první fázi výzkumu, kdy shromažďujeme data z proběhlých měření. Máme k dispozici nějakých 200 terabytů dat, z nichž poté musíme vytáhnout údaje, které nás zajímají, a ty následně očistit od všech neurčitostí způsobených vadami detektoru nebo zvolenou metodou. Jenom tato práce, která obnáší hlavně programování, může trvat třeba dva roky.
Co vás čeká pak?
Psaní článku a publikování výsledků, které by poté mohly pomoci teoretickým fyzikům upřesnit jejich modely produkce charmonií.
Kdy se zrodil váš sen o vědecké kariéře?
Asi během studia na gymnáziu, kdy jsem začal docházet na brněnskou hvězdárnu, nejprve jako běžný návštěvník a po absolvování astronomického kurzu jako demonstrátor a asistent pozorování noční oblohy pro veřejnost. Jedno léto jsem vyrazil na Astronomickou expedici, letní školu astronomie pro středoškoláky, kde jsem díky Martinu Rybářovi z Matfyzu přičichl k částicové fyzice a rozhodl se, že ji půjdu studovat.
První ročník na Matfyzu byl pro vás prý docela těžký. S čím jste nejvíc bojoval?
To je pravda, první ročník byl docela krušný. Nejvíc zabrat mi dala matematika. Ze střední školy jsem byl zvyklý, že mi stačí si jednou přečíst poznámky z hodiny, abych zvládl test nebo zkoušení. To se na Matfyzu změnilo, přibylo učiva a změnil se i způsob výuky. Zjistil jsem, že to, co jsme se učili na gymplu, bylo spíš jen takové lehčí počítání. Pro mě to bylo velmi náročné, takže jsem v prváku neudělal tři matematiky a musel je opakovat v dalším roce. Chybělo strašně málo, abych z Matfyzu vyletěl. Naštěstí jsem si mohl první ročník rozložit a postupně dodělat všechny resty. Druhák jsem pak zvládl celkem bez problémů a na magisterském stupni jsem už všechny zkoušky dával na první pokus.
Díky čemu jste zvládl překonat počáteční krizi?
Pomohlo nejspíš to, že jsem si na nový systém postupně zvykl a naučil se, jak se efektivně učit a jak si dobře rozdělit práci. To jsem v prváku vůbec neuměl, zbytečně jsem se zaměřoval na věci, které nebyly tolik důležité.
Na svém Instagramu jste v jednom příspěvku napsal: Na Matfyzu si připadáte tak, že všichni kolem vás jsou mnohem chytřejší než vy sami. Z čeho ten pocit pramení a cítíte se tak pořád?
Mám to tak pořád… Ale vážně. Těžko říct, z čeho to pramení, možná z nedostatku sebedůvěry nebo z toho, že si člověk často neuvědomí, že ostatní mohou se studiem bojovat podobně jako vy, jen se to třeba stydí přiznat. Taky proto je důležité najít si na Matfyzu kolektiv, se kterým můžete problémy sdílet a navzájem si pomáhat. Mě například hodně podpořil náš kroužek ze cvičení z lineární algebry. Se spolužáky jsme si pomáhali s úkoly, společně jsme se připravovali na zkoušky a díky tomu jsme je potom lépe zvládli.
Čeho si na Matfyzu nejvíc ceníte? Co důležitého vás naučil?
Nejvíc si cením asi právě té komunity. O matfyzácích se někdy říká, že si každý jede takzvaně na vlastní triko, ale ve skutečnosti je Matfyz velmi komunitní. Mně se například velmi líbí děkanský sportovní den a další fakultní akce, kde se potkávají studenti z různých ročníků i oborů. A co důležitého mě Matfyz naučil? Asi zdolávat překážky a poprat se s tím, co na vás studium naloží. Když člověk přežije Matfyz, tak už „přežije“ asi všechno…
Pavel Váňa
Doktorand na Ústavu částicové a jaderné fyziky. Zabývá se studiem
charmonií v rámci experimentu ATLAS v CERN. Věnuje se také popularizaci
vědy – od letošního roku vede Astronomickou expedici, největší
astronomický tábor u nás. Je předsedou Amatérské prohlídky oblohy, jedné
ze sekcí České astronomické společnosti. Podílí se také na organizaci
The Big Bang Stage na festivalu Colours of Ostrava. Ve volném čase fotografuje a věnuje se požárnímu sportu. Své zkušenosti sdílí na instagramovém
profilu @zacinajici_fyzik.
Mohlo by vás také zajímat:
Tereza
Jeřábková: Vesmír je moje laboratoř
Teoretická
fyzička: Dělat vědu má smysl
David
Nesvorný: Na začátku byla tenká knížka o astronomii