CERN pokročil v plánech na výstavbu nového kruhového urychlovače, který má překonat Velký hadronový urychlovač. Podle nedávné studie má nový projekt dosáhnout trojnásobného obvodu dosavadní vlajkové lodě laboratoře. Část vědců ho vítá, část vyjadřuje obavy z dlouhého časového horizontu realizace projektu a vysokých nákladů, označují ho dokonce za „drahou hračku”. Zeptali jsme se na názor vědců z české infrastruktury CERN-CZ.
Studie proveditelnosti Budoucího kruhového urychlovače (Future Circular Collider – FCC), na níž se podílelo přibližně 1 500 fyziků a inženýrů z více než 135 výzkumných institucí, spatřila světlo světa po pěti letech příprav dne 31. března 2025.
Podle původního oficiálního prohlášení Evropské organizace pro jaderný výzkum (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire – CERN), bylo na studii vyčleněno 100 milionů švýcarských franků. Mluvčí CERN však aktuálně pro časopis Nature uvedl, že konečné náklady činily 113 milionů švýcarských franků.
„Tato studie je výsledkem obrovského množství práce, kterou vykonala mezinárodní spolupráce na projektu FCC. Pokud bude FCC schválen a realizován, mohl by se stát nejpřevratnějším přístrojem, jaký kdy lidstvo postavilo ke studiu přírodních zákonů,“ uvedla na tiskové konferenci současná generální ředitelka CERN Fabiola Gianotti. Zastáncem projektu nového superurychlovače, který má nahradit stávající Velký hadronový urychlovač (Large Hadron Collider – LHC) s plánovanou životností do roku 2040, je i Mark Thomson, jenž má nastoupit do funkce generálního ředitele CERN v lednu 2026 (o zmíněném rozhodnutí Rady CERN jsme vás informovali v tomto článku).
Realizace stavby FCC zatím nebyla definitivně schválena. Do prosince předloží pracovní skupina své závěry k projektu Radě CERN, která je řídicím orgánem organizace, rozhodnutí o výstavbě se dle MŠMT očekává v roce 2028. Paralelně probíhá příprava aktualizace Evropské strategie částicové fyziky, jež má být hotová ve druhé polovině roku 2026 a určí další směřování oboru.
CERN: Maják mezinárodní vědecké spolupráce a lídr v inovacích částicových urychlovačů
Mezinárodní organizace CERN, založená po druhé světové válce s cílem podporovat mírový rozvoj vědy, je dlouhodobě významným subjektem v oblasti výzkumu částicové fyziky. Díky vývoji a provozu pokročilých částicových urychlovačů hraje CERN klíčovou roli ve vědeckém výzkumu na globální úrovni. S ročním rozpočtem 1,2 až 1,4 miliardy švýcarských franků, financovaným 24 členskými státy a dalšími přispěvateli, včetně Spojených států a Japonska, organizace zajišťuje pokračující vývoj technologií a vědeckých poznatků v oblasti fyziky vysokých energií. Největší podíl na rozpočtu CERN v roce 2023 podle oficiálního zdroje mělo Německo, které přispělo 20,47 % z celkových příspěvků členských států. Následovala Francie s 13,15 % a Itálie s 9,83 %. Česká republika se podílela 1,14 %. V roce 2024 činil náš příspěvek do CERN 14,5 mil. švýcarských franků, tedy přibližně 380 milionů Kč, výše příspěvku se odvíjí od výše našeho HDP a rozpočtu CERN, uhrazenou výši lze vidět v IS VaVaI zde, jak jsme informovali v článku o plánech světových urychlovačů.
Díky tomu organizace hostí mnoho experimentů a technologických programů, včetně práce na antihmotě, kosmickém záření, alternativních urychlovačových technologiích, pokročilých magnetech a izotopech pro lékařské aplikace.
Přečtěte si také
Budeme svědky milníku v historii částicové fyziky? Mezinárodní tým fyziků z CERNu, ke kterému se začátkem roku 2025 připojil také Tomáš Jakoubek z Fyzikálního ústavu AV ČR, prezentoval první pozorování rozdílného chování baryonové hmoty a antihmoty.
LHC, aktuálně největší a nejvýkonnější částicový urychlovač na světě, nahradil předchozí urychlovač elektronů a pozitronů ve stejném tunelu, známý jako Velký elektron-pozitronový urychlovač (Large Electron-Positron Collider – LEP), který byl postaven v 80. letech 20. století a využíval stejný podzemní tunel.
S Velkým hadronovým urychlovačem je spojena celá řada úspěchů, včetně objevu Higgsova bosonu, který představoval klíčové potvrzení Standardního modelu částicové fyziky. Za tento průlom získali François Englert a Peter Higgs v roce 2013 Nobelovu cenu za fyziku. LHC dále přinesl inovace v oblasti kryogeniky, detektorů částic a výpočetní techniky.
Přestože byl Higgsův boson detekován při srážkách protonů ve vysokých energiích v urychlovači LHC, některé očekávané objevy, jako je povaha temné hmoty, zatím nebyly potvrzeny.
Urychlovač FCC slibuje další průlom ve výzkumu
Plán na nový urychlovač Future Circular Collider (FCC) je v diskusi již od roku 2010. Jedním z klíčových cílů FCC je pak naplnit výše zmíněné cíle, které vytyčil LHC: například vysvětlit povahu temné hmoty či vlastnosti Higgsova pole.
Přestože teoretické modely naznačují možnost existence nových, velmi hmotných částic, není jisté, zda vyšší energie při srážkách protonů skutečně povedou k jejich objevu. Tyto otázky však mnozí vědci považují za klíčové pro další pokrok ve fyzice. „Zkoumání energetické hranice nám umožní prohloubit naše chápání fyziky na nejkratších vzdálenostech, o které víme, že je úzce spojena s fyzikou vesmíru na největších škálách,“ uvedla Fabiola Gianotti pro časopis Nature.
Podobný názor zastává i fyzik Pierluigi Campana, předseda Mezinárodního výboru pro urychlovače budoucnosti (International Committee for Future Accelerators), který působí nedaleko Říma. Campana zdůrazňuje, že realizace FCC představuje důležitý krok k pochopení základních otázek ve fyzice částic a vesmíru a přirovnává možnosti nového urychlovače k „otevřenému oceánu“.
Podle zveřejněných plánů dojde k dokončení finální druhé fáze až v roce 2072
Podle zmíněné studie proveditelnosti je pak realizace stavby nového urychlovače rozdělena do dvou fází.
V první fázi projektu FCC je plánováno vyhloubení 91 km dlouhého kruhového tunelu a vybudování elektron-pozitronového urychlovače (FCC-ee). Tato fáze by mohla být podle studie dokončena do roku 2045 a její finanční náročnost je odhadována na 15,3 miliardy švýcarských franků (408 miliard Kč). Zároveň by tato fáze měla umožnit vysoce přesné studium Higgsova bosonu a dalších známých částic.
Druhá fáze (FCC-hh), jejíž dokončení je plánováno nejdříve na rok 2072, by umožnila srážky protonů při energii 85 teraelektronvoltů (TeV), což je přibližně šestkrát více, než u současného LHC. Odhadované náklady na tuto fázi činí 18,8 miliardy švýcarských franků (501 miliard Kč).
Plány FCC vzbuzují ve vědecké komunitě kromě nadějí i obavy
Úplné vyčíslení nákladů na výstavbu FCC dosud není k dispozici. Současná generální ředitelka CERN uvedla, že by Evropská organizace pro jaderný výzkum mohla 65 % nákladů na výstavbu první fáze projektu pokrýt ze svého stávajícího rozpočtu. Stále by však chybělo více než pět miliard švýcarských franků, které by bylo třeba pokrýt dalšími příspěvky.
Někteří vědci však vyjadřují obavy, že skutečné náklady mohou být výrazně vyšší, než odhady uvedené ve studii proveditelnosti. Vladimir Shiltsev, fyzik z Northern Illinois University v DeKalbu, například upozorňuje, že částka uvedená ve studii představuje minimální odhad. Podle jeho analýz by obě fáze projektu mohly dohromady stát nejméně 30 miliard dolarů (658 miliard Kč), přičemž skutečné náklady by mohly být ještě vyšší, jak se domnívá i německá fyzička a popularizátorka Sabine Hossenfelder. 400 francouzských vědců dokonce podepsalo petici proti stavbě FCC.
V britském deníku Guardian vyšel článek, podle kterého si někteří vědci si myslí, že je tento megaprojekt tlačen především vysokými úředníky v CERNu, aniž by ho řádně konzultovali se samotnými výzkumníky. „Takhle věci nemají fungovat. Fyzikální komunita má CERNu říct, co by mělo být dalším krokem, ne naopak,“ řekla Observeru částicová fyzička Halina Abramowiczová z Telavivské univerzity.
Dále se někteří fyzici domnívají, že vědeckých cílů první etapy by bylo možné dosáhnout menším a levnějším lineárním urychlovačem, a mnohé odrazuje i časový plán druhé etapy urychlovače, jak se vyjádřila např. v deníku The Guardian Jenny Listová, výzkumná pracovnice se sídlem v německém akceleračním centru Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) v Hamburku.
V Číně navíc existuje plán na stavbu velmi podobného, ale výkonnějšího urychlovače CEPC, jak jsme informovali v článku o plánech světových urychlovačových laboratoří, který by mohl vzniknout v čínské laboratoři IHEP a měl by být podle Číňanů o polovinu levnější a o 20 let dříve postavený než FCC. Pokud by opravdu ke stavbě čínského urychlovače došlo (zatím o jeho stavbě také není rozhodnuto), potom hrozí, že by FCC byl zastaralý ještě před svým dokončením.
Některé vědce také znepokojuje fakt, že technologie pro urychlení protonů na základě nepřekonaných energií navržených pro FCC má zatím ještě nějaké nedořešené technické problémy a předpokládá se, že budou vyřešeny až při stavbě FCC.
Hlavní problémem, kterého se ale vědci zmiňovaní v článku deníku Guardian obávají, je skutečnost, že FCC bude stát tolik, že „zamkne vědce do zařízení, které bude monopolizovat finanční prostředky na částicovou fyziku po celá desetiletí a brzdit vývoj v jiných oblastech fyziky.”
„Jak členské státy, tak vědecká komunita budou mít pocit, že jsou zavázány něčím jako 70letou hypotékou, pokud budou souhlasit s pokračováním,“ uvedl pro časopis Nature John Womersley, zvláštní poradce z University of Edinburgh ve Velké Británii a bývalý britský delegát v Radě CERN.
Co na to Češi? Stavbu FCC podporují
Abychom zjistili názor českých vědců a úředníků, obrátili jsme se s dotazem na MŠMT, které je odpovědné za platbu příspěvku do CERN a na Fyzikální ústav AV ČR, který je odpovědný za velkou výzkumnou infrastrukturu CERN-CZ, jež organizuje účast výzkumné komunity ČR v mezinárodní výzkumné infrastruktuře pro částicovou fyziku. „Česká vědecká komunita podporuje plnou realizaci FCC. Ministerstvo školství pak při formulaci svého postoje zohlední jak vědecká doporučení, tak rozpočtové možnosti. V případě účasti by se Česko mělo podílet přibližně 1,2 %, což odpovídá současnému podílu v CERN,” říká ke stavbě FCC Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy.
Za infrastrukturu CERN-CZ nám odpověděli na několik dotazů ke stavbě FCC fyzici Tomáš Davídek, Zdeněk Hubáček, Alexander Kupčo a Rupert Leitner.
Myslíte si, že stavba FCC má smysl?
Ano, jsme přesvědčeni, že projekt FCC dává smysl, i když si plně uvědomujeme jeho ambicióznost a s tím spojené výzvy. Je to strategická investice do dlouhodobé budoucnosti výzkumu fundamentálních zákonů přírody. Odpověď není černobílá – projekt má své výhody i potenciální rizika, ale celkově jej jako komunita českých částicových fyziků podporujeme.
Tento konsenzus zazněl na otevřeném jednání národní komunity částicových fyziků a byl zaslán jako náš vstup do Aktualizace Evropské strategie částicové fyziky.
Aktualizace Evropské strategie pro částicovou fyziku (Update of European Strategy for Particle Physics) je proces řízený přístupem „zdola nahoru“ (bottom-up) kladoucí důraz na sběr široké škály názorů, návrhů a podnětů. Do tohoto procesu jsou zapojeny jednotlivé národní vědecké komunity (členské země CERN), experimentální kolaborace, výzkumné instituce, sdružení i jednotlivci. Do současné aktualizace bylo zasláno více než 260 vstupů, které jsou nyní veřejně přístupné. Cílem je získat co nejucelenější pohled na budoucí směřování oboru. European Strategy Group tyto podklady analyzuje a na jejich základě připravuje návrh aktualizované strategie, která bude v příštím roce předložena Radě CERN k projednání.
Co může stavba FCC vědcům a veřejnosti přinést?
Z hlediska fyziky vysokých energií je zásadním krokem tzv. továrna na Higgsovy bosony. Možností a návrhů, jak ji vybudovat, je několik. Jednou z nich je např. urychlovač FCC, v první fázi jako elektron-pozitronová varianta (FCC-ee). Jejím cílem je mimořádně přesné měření vlastností Higgsova bosonu, který byl objeven na LHC. Standardní model sice Higgsův mechanismus předpokládá, ale nevíme, zda máme jeho parametry správně, ani jaký je jejich hlubší původ.
I když tato fáze nebude objevovým strojem („discovery machine") v tradičním smyslu, může odhalit nové jevy nepřímo – skrze odchylky od očekávaných hodnot. Tato přesnost může být klíčem k nové fyzice.
Dlouhodobou výhodou FCC je však možnost pokračovat v druhé fázi s hadronovým colliderem – něco, co žádná alternativa lineárního urychlovače neumožňuje. Tato „škálovatelnost” je jedinečná a potenciálně nepostradatelná pro budoucí generace. Ačkoli technologie a finanční nároky druhé fáze jsou dnes nejisté, právě dlouhodobá strategie dává projektu hlubší smysl.
Přečtěte si také
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.
Co byste namítli na jednotlivé body kritiky? Za prvé, že vyšší energie v těchto úrovních nepřinese žádné závratné novinky, protože ve Standardním modelu fyziky nejsou žádné otevřené problémy?
Tvrzení, že vyšší energie už nic nového nepřinesou a Standardní model nemá otevřené problémy, je velmi zjednodušený pohled. Ve skutečnosti má Standardní model řadu nezodpovězených otázek – např. původ hmotnosti neutrin, temná hmota, hierarchický problém, baryonová asymetrie atd. Nevíme, proč je Higgsův boson takový, jaký je. Vyšší energie sice nejsou zárukou nového objevu, ale historie ukazuje, že právě posuny hranice energie přinášely zásadní průlomy.
Za druhé, že vysoká investice do FCC bude obdobou závazku „hypotéky”, která zbrzdí vývoj v jiných oblastech fyziky?
Je to legitimní obava, ale velké projekty vždy vytvářejí nové technologie, kapacity, motivace a přitahují nové generace vědců. Předpokládaná cena FCC-ee je přibližně 10 ročních rozpočtů CERN. CERN by dokázal ze svého rozpočtu během 20 let výstavby FCC ee uhradit přibližně 2/3, což je srovnatelné s cenou stávajícího LHC při tehdejším rozpočtu CERN. Již nyní se zkoumají možnosti, jak získat další zdroje pro výstavbu FCC.
Za třetí, že technologie pro urychlení protonů na základě nepřekonaných energií navržených pro FCC zatím neexistuje?
To není úplně pravda, pro urychlování protonů technologie existují a používají se na stávajícím LHC. Pro provozování kruhového urychlovače FCC je potřeba vyrobit silné supravodivé magnety. K těmto magnetům už existují prototypy, otázkou ale je, zda a kdy bude možná sériová výroba, protože jich bude potřeba vyrobit desítky kilometrů – ale právě tyto projekty se staví s výhledem desítek let. Vývoj technologie je součástí procesu a není to poprvé, kdy jsme se pustili do něčeho, co v daném okamžiku nebylo plně realizovatelné.
Poslední velká námitka zní, že Čína možná dříve postaví podobný, ale výkonnější a levnější urychlovač a FCC bude nepotřebný?
Nevíme, zda čínský projekt skutečně vznikne, a pokud ano, zda bude otevřený globální vědecké komunitě. Evropa má tradici otevřeného, mezinárodního výzkumu. FCC je strategickým projektem nejen vědecky, ale i geopoliticky. Existující infrastruktura v CERN je navíc zárukou pro další fázi urychlovače FCC pro hadrony. Taková infrastruktura v Číně ani nikde jinde ve světě neexistuje.
30. 4. 20205 Oprava: V článku bylo opraveno "nepřekonatelných energií" na "nepřekonaných energií".
Autoři: Jan Michal, Vladislava Vojtíšková
- Autor článku: ano
- Zdroj: VědaVýzkum.cz
