Největší urychlovačové laboratoře světa, jako je evropský CERN, americký Fermilab či Brookhaven, japonský KEK a čínský IHEP, stojí před velkými projekty, na které však potřebují sehnat finance. Své vize tak představují politikům i občanům a aktualizují strategie částicové fyziky.
Zleva: Zdeněk Doležal (MFF UK], Yifang Wang (IHEP, Čína), Dmitri Denisov (BNL, USA), Shoji Asai (KEK, Japonsko), Lia Merminga (Fermilab, USA), Fabiola Gianotti (CERN)
Velké plány představili ředitelky a ředitelé urychlovačových laboratoří i v diskuzi, která proběhla v rámci Mezinárodní konference o fyzice vysokých energií ICHEP v Praze.
Aplikace, jež změnily svět
Internet, protonová léčba nádorů či detektory rentgenového záření pro zdravotnictví nebo vesmírné lety. To jsou některé z aplikací, které změnily naše životy, a které byly vyvinuty v Evropské organizaci pro jaderný výzkum, která je známější pod svou zkratkou CERN. Ale například i supravodivé kabely pro přenos energie s její minimální ztrátou, na kterých v CERN spolupracují se společností Airbus, nebo strojové učení pro automatizaci v autech, na kterém vědci pracují se společností Volvo. Tyto inovace představila na diskuzi ředitelka CERN Fabiola Gianotti. V CERN se nyní nachází největší urychlovač světa, velký hadronový urychlovač (LHC).
„CERN je sice ve Švýcarsku, ale patří státům, které jsou členy této infrastruktury. Patří i vám,“ zdůraznila Fabiola Gianotti. Česká republika je členem CERN od roku 1993 (resp. 1992, ještě jako Česká a Slovenská federativní republika), celkově je organizace CERN tvořena 23 členskými státy. Tyto státy mají speciální členská práva, ale i povinnosti, mezi které patří platba členského příspěvku.
Čeští vědci se účastní experimentů ATLAS, ALICE, CMS, TOTEM, COMPASS a dalších. V roce 2023 se zúčastnili 34 experimentů, na kterých se podílelo 242 uživatelů ze 14 institucí. Šlo o účastníky z těchto institucí: Univerzita Karlova, Akademie věd (Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky a Ústav přístrojové techniky), ČVUT, Univerzita Palackého v Olomouci, Technická univerzita Liberec a Západočeská univerzita v Plzni (podrobná čísla jsou k nalezení v reportu zde).
Možnost provádět experimenty na největším urychlovači světa však také něco stojí. Roční rozpočet CERN dosahuje výše 1,2 mld švýcarských franků, z toho příspěvek ČR do CERN činí v roce 2024 14,5 mil. CHF (přibližně 380 milionů Kč) a odvíjí se od výše našeho HDP a rozpočtu CERN (uhrazenou výši lze vidět v IS VaVaI zde). „Letos jsme již členský příspěvek uhradili, ještě na podzim uhradíme příspěvek za stáže, které se hradí zvlášť,” vysvětluje vedoucí Oddělení pro výzkumné infrastruktury na MŠMT Marek Vyšinka.
„Členským příspěvkem se hradí chod samotné organizace (zejména provoz urychlovačů, jejich údržba a rozvoj, …), účast na samotných experimentech se hradí zvlášť, k čemuž u nás slouží velká výzkumná infrastruktura CERN-CZ. CERN jako organizace se snaží, aby návratnost pro jednotlivé členské země odpovídala podílu dané členské země na rozpočtu CERN (tj. má některé mechanizmy, jak podpořit slabší země). V případě ČR dosahujeme vyšších parametrů ve většině kategorií (podíl uživatelů z ČR, podíl autorů na publikacích z experimentů ATLAS a ALICE, podíl českých Fellows, podíl účastníků Studentských programů CERN, podíl zakázek pro české firmy), vyjma podílu zaměstnanců z ČR, kde máme značné rezervy, a proto byl připraven program na podporu absolventských stáží,“ říká Marek Vyšinka.
V ČR za spolupráci s CERN zodpovídá právě Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, které rovněž zajišťuje platby členského příspěvku ČR do CERN. Jako svůj poradní a koordinační orgán ustavilo MŠMT Výbor pro spolupráci ČR s CERN, v němž jsou zastoupeny hlavní výzkumné organizace ČR podílející se na spolupráci s CERN, další orgány státní správy ČR a styčný bod pro průmyslové dodávky do CERN. Z českých firem, které do CERN dodávají technologie a komponenty, zmínila Fabiola Gianotti například firmy Vakuum Praha, Crytur, Printed či Pozemní stavby Jihlava.
Účast české výzkumné komunity v experimentech v CERN je organizována prostřednictvím projektu Výzkumná infrastruktura CERN-CZ při Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR, jejímž cílem je vývoj, výroba a provoz vědeckých přístrojů pro experimenty v CERN. V poslední investiční výzvě na rozvoj velkých výzkumných infrastruktur zahrnutých v Cestovní mapě velkých výzkumných infrastruktur získal CERN-CZ takřka 34 milionů Kč. Za tyto prostředky se právě buduje laboratoř křemíkových detektorů na Matematicko-fyzikální fakultě UK, dále se za ně pořídí vybavení laboratoří ve spolupracujících institucích. Fyzikální ústav za ně také nakoupí výpočetní prostředky pro počítačové centrum, které slouží jako tzv. Tier-2 centrum pro zpracování dat z LHC experimentů ALICE a ATLAS.
Ještě větší urychlovač, než je největší urychlovač světa
Fabiola Gianotti představila v diskuzi rozvojové plány CERN. CERN chce postavit ještě mnohem větší urychlovač o obvodu 90 km, který nazývá Future Circular Collider (FCC). Pro srovnání: současný největší urychlovač světa LHC, který se nachází v CERN, má obvod 27 km. V urychlovači FCC by byly kolizní energie až 100 teraelektronvoltů (TeV), zatímco současný urychlovač LHC má energii 13,6 TeV. Energie by tedy byla přibližně osmkrát větší. Srážely by se v něm v první fázi elektron-pozitrony, poté proton-protony a v poslední fázi případně i proton-elektrony (v současném LHC se sráží především protony, ale také těžké ionty, například ionty olova).
„Bohužel v době stavby FCC bude muset být LHC na několik let odstaven, ve stejné chvíli nemohou běžet dva urychlovače. Pokud chceme odstávku udělat co nejkratší, je třeba, aby členské státy navýšily své platby do organizace CERN," apelovala Fabiola Gianotti.
Zleva: Shoji Asai (KEK, Japonsko), Fabiola Gianotti (CERN), Joachim Mnich (CERN), Lia Merminga (Fermilab, USA)
Gianotti také zdůrazňovala další role CERN: zvýšení kvalifikace vědců, možnost kariérního růstu pro mladé vědce (v CERN pracuje 17 000 lidí, 4500 z nich jsou mladí lidé do 30 let, viz data z CERN), příležitosti pro technologické firmy. V CERN například pomáhají firmě, která tiskne ceniny včetně eurových bankovek, se zlepšením identifikace a zabezpečení. Pomáhají také testovat vakcíny nebo vyvíjet spolehlivý systém distribuce času a frekvence White Rabbit, ten se využívá při obchodování na burze a využívá ho i laserová infrastruktura ELI-Beamlines, jak upozornil místopředseda Akademie věd ČR Jan Řídký.
Do CERN mají přístup i české firmy. „CzechInvest spustil v úzké spolupráci s CERN program CERN Venture Connect. Program otevírá dveře do světa špičkových technologií a nabízí českým startupům jedinečnou příležitost zúročit znalosti a know-how z CERN pro komerční aplikace a je skvělým doplňkem k našemu projektu Technologická inkubace. Právě zkušenosti z Evropy ukazují, že startupy s technologiemi z CERN bývají velice úspěšné. Proto tento program podporujeme na celé řadě akcí s cílem inspirovat mladé talenty k inovativním projektům a k podnikání v náročných high-tech odvětvích," říká Kristina Lišková, ředitelka Advanced Tech & Materials Hub projektu Technologická inkubace v agentuře CzechInvest a manažerka CERN Venture Connect pro Česko.
Aplikační potenciál jaderných technologií zdůraznila i ředitelka laboratoře Fermilab ve Spojených státech amerických Lia Merminga. „Dnes většina urychlovačů světa neslouží výzkumným účelům, ale k léčbě rakoviny,“ říká Merminga. „Velký přínos vidíme ale i v rozvoji detektorů a kvantových technologiích,“ říká Merminga. To podtrhl i fyzik Joachim Mnich, ředitel pro výzkum a výpočty v CERN, který dříve pracoval na urychlovači v laboratoři DESY v Hamburku.
Na urychlovači ve Fermilabu zkoumají především částice zvané neutrina, které mohou objasnit vznik vesmíru či pochopit temnou hmotu. I ve Fermilabu jsou Češi přítomni skrz českou velkou výzkumnou infrastrukturu Fermilab-CZ při Fyzikálním ústavu AV ČR a Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Tato výzkumná infrastruktura však v poslední výzvě Velké výzkumné infrastruktury nezískala žádné investiční prostředky na svůj rozvoj. Měla v plánu nakoupit nové servery, na kterých měly běžet výpočty z experimentů DUNE a NOvA, ale i nové detektory.
„Nikdo nevíme, kde přijdou ty největší objevy a co se stane trendem. Proto si myslím, že je důležité účastnit se nejen experimentů v CERN, ale udržet rozmanitost a přispívat i do jiných částicových experimentů na světě,“ říká fyzik Oldřich Kepka z Fyzikálního ústavu, který v CERN pracuje.
Asie nezaostává
Dalším řečníkem byl Dmitri Denisov z Brookhaven Laboratory v New Yorku, který má urychlovač s obvodem 4 km pro srážky těžkých iontů. Denisov zdůraznil, že z této infrastruktury pochází pět držitelů Nobelových cen. Brookhaven Laboratory má také lineární urychlovač, v němž testují různé izotopy. Českou účast v něm zajišťuje velká výzkumná infrastruktura BNL-CZ při Českém vysokém učení technickém v Praze. Ta v investiční výzvě získala takřka 8 milionů korun na další rozvoj.
Na diskuzi však byly představeny i urychlovačové laboratoře z Japonska – KEK a Číny – IHEP. Japonskou urychlovačovou laboratoř KEK představil Shoji Asai, čínský IHEP představil Yifang Wang. Ten zdůraznil, že IHEP je největším čínským projektem pro základní výzkum s rozpočtem takřka půl miliardy dolarů ročně. IHEP je umístěn v Pekingu, má 1500 zaměstnanců, dva vesmírné satelity (HXMT a GECAM) a dva další plánuje vypustit. IHEP plánuje také postavit nový velký urychlovač s názvem CEPC (Circular Electron Positron Collider). Ač CERN a IHEP spolu spolupracují na urychlovačových technologiích, tak tento projekt je v zásadě konkurenční vůči plánovanému Future Circular Collider (FCC-ee) v CERN. Pro realizaci FCC tak musí členské státy CERN v brzké době zaujmout jasné stanovisko. Případné schválení výstavby CEPC v Číně by vedlo k upuštění od výstavby FCC urychlovače v CERN a naopak při výstavbě FCC v Evropě by IHEP upustil od výstavby CEPC.
Diskuze o budoucích plánech urychlovačových laboratoří:
https://www.youtube.com/watch?v=IE3DY0dQo_I&t=1119s
Nyní se připravuje třetí aktualizace Evropské strategie částicové fyziky, která byla přijata v roce 2005. Do 31. března 2025 jsou očekávány národní i individuální podněty k této strategii, které potom budou probrány na otevřeném sympoziu 30. června 2025. Následně budou zpracovány a 25. prosince 2025 by nová strategie měla být předána výboru CERN. Podobně aktualizoval svou strategii částicové fyziky i americký panel P5.
Fyzik Karl Jakobs, který je zodpovědný za evropskou částicovou strategii, zdůraznil potřebu mezinárodní spolupráce v této oblasti: „Nemůžete postavit urychlovač v každé zemi.“
Diskuze ředitelek, ředitelů a zástupců předních světových urychlovačů se konala v rámci Mezinárodní konference o fyzice vysokých energií ICHEP, která proběhla 18.–24. července 2024 v Praze. Mezi nejvýznamnější hosty patřila Fabiola Gianotti (CERN), Lia Merminga (Fermilab, USA), Yifang Wang (IHEP, Čína), Shoji Asai (KEK, Japonsko) a Dmitri Denisov (BNL, USA).
V publiku diskuze byli i vysocí státní úředníci, jako je Pavel Doleček, náměstek ministra pro vědu, výzkum a inovace či Marek Vyšinka, vedoucí Oddělení pro výzkumné infrastruktury na Ministerstvu školství, mládeže a tělovýchovy. Diskuzi moderoval Zdeněk Doležal, proděkan pro vědeckou činnost a zahraniční styky Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy a předseda organizačního výboru konference ICHEP.
„Největší konference částicové fyziky na světě ICHEP se ve své sedmdesátileté historii konala v České republice poprvé a přivedla do Prahy 1400 účastníků z 55 států světa, kteří si poslechli tisícovku přednášek. Velkou pozornost přilákaly také diskusní panely o budoucnosti částicové fyziky, jejích přínosech pro společnost a o důležitosti vzdělávání a popularizace vědy. Bohatý byl i doprovodný program: od návštěv laboratoří ELI, AV a ČVUT po výstavu výtvarných děl studentů a výstavy Částice a Arnošt Lustig. Pořádání takovéto konference si vyžádalo velké množství práce, ale na druhé straně umožnilo českým fyzikům podílet se významně i na tvorbě programu a spolupracovat tak s řadou osobností oboru. Nepochybně tak byly navázány nové kontakty a spolupráce. V roli organizátorů působilo několik desítek našich studentů, kteří tak získali neocenitelnou možnost účastnit se jednání konference,” hodnotí konferenci Zdeněk Doležal.
Organizaci ICHEP 2024 zajistily klíčové české instituce zapojené do částicového výzkumu, konkrétně Univerzita Karlova, České vysoké učení technické v Praze, Fyzikální ústav AV ČR, Ústav jaderné fyziky AV ČR, Univerzita Palackého v Olomouci, Technická univerzita Liberec a Západočeská univerzita v Plzni.
Autor: Vladislava Vojtíšková (Vědavýzkum.cz)
Foto: René Volfík
- Autor článku: ne
- Zdroj: Vědavýzkum.cz
