Proč používáme různé druhy urychlovačů částic?

Kosmopedie · Aktualizováno: 27. října 2026

Urychlovače se neliší jen velikostí a energií. Některé připravují srážky dvou svazků, jiné posílají částice do pevného terče nebo vytvářejí zdroj neutrin. Výběr závisí na tom, zda chceme vytvořit novou těžkou částici, přesně změřit vzácný rozpad, nebo sledovat přeměny neutrin.

Co si vybíráme při návrhu experimentu

Základní princip urychlování už vysvětluje téma o LHC. Zde je důležitá jiná otázka: které podmínky potřebujeme pro konkrétní měření? Rozhoduje druh částic, energie, počet užitečných srážek i to, jak dobře známe počáteční stav.

Vyšší energie může zpřístupnit vznik těžších částic. Velký počet dobře změřených reakcí zase umožňuje hledat vzácné rozpady nebo drobné odchylky od předpovědi. Tyto možnosti se doplňují; jeden přístroj nemůže být nejlepší ve všech úlohách.

SuperKEKB: mnoho srážek pro přesné testy

SuperKEKB v japonské Cukubě, v laboratoři KEK, sráží elektrony s pozitrony. Produkty srážek měří detektor Belle II. Energie se volí tak, aby účinně vznikaly mimo jiné dvojice mezonů B, krátce žijících částic obsahujících kvark b nebo jeho antikvark.

Z velkého počtu jejich rozpadů vědci určují četnosti různých přeměn a porovnávají chování částic a antičástic. Vysoká četnost srážek umožňuje studovat i velmi vzácné procesy. V odborných zprávách se přitom používá luminozita, veličina popisující, jaké příležitosti ke srážkám svazky vytvářejí; počet konkrétních reakcí závisí také na jejich pravděpodobnosti.

Jak mohou přesná měření odhalit těžší částice

Nová částice se nemusí projevit jen tím, že ji přímo vytvoříme. Pokud zasahuje do kvantových procesů, může změnit pravděpodobnost některého známého rozpadu nebo rozdělení směrů a energií jeho produktů.

Experiment pak hledá rozdíl mezi přesnou předpovědí a měřením. Aby šlo o přesvědčivou stopu nové fyziky, musí být pod kontrolou nejistoty výpočtu i přístroje. Samotná odchylka ještě neurčuje, která nová částice ji případně způsobila. Postup ověřování rozebírá téma o detektorech a objevu.

J-PARC: protony připraví svazek neutrin

Komplex J-PARC v japonském Tókai urychluje protony. Při zásahu grafitového terče vznikají mimo jiné piony, nestabilní částice složené z kvarku a antikvarku. Z jejich rozpadů vznikají miony a neutrina. Magnetická zařízení usměrňují nabité piony; samotná neutrina běžným magnetem zaostřit nelze.

Experiment T2K využívá svazek na cestě dlouhé přibližně 295 kilometrů k Super-Kamiokande. Porovnává jeho složení blízko zdroje a ve vzdáleném detektoru. Cílem je měřit změny neutrinového druhu, nikoli dosáhnout co nejvyšší energie jednotlivé srážky.

Pevný terč má jiné přednosti než dva vstřícné svazky

Při pokusu s pevným terčem svazek zasahuje látku, jejíž složení lze zvolit podle úkolu. Takové experimenty mohou vytvářet intenzivní zdroje dalších částic a velmi podrobně sledovat jejich reakce či rozpady. Například NA62 v CERN, využívající protony z urychlovače SPS, studuje vzácné rozpady kaonů. Kaony jsou nestabilní částice tvořené kvarkem a antikvarkem, přičemž jednou z těchto složek je podivný kvark nebo jeho antikvark. Označení „podivný“ je název jednoho druhu kvarku. Přesné měření vzácných způsobů rozpadu kaonů umožňuje hledat odchylky od předpovědí standardního modelu.

Při stejné energii dopadajícího svazku je ve srážce s pevným terčem menší část energie dostupná pro vznik nových hmotných částic než u vhodně uspořádané srážky dvou vstřícných svazků. Výhodou terčových experimentů může být velký počet připravených částic a specializace na vybraný proces.

CERN jako soustava různých experimentů

CERN je evropská laboratoř částicové fyziky u Ženevy, kde mezinárodní týmy využívají společnou soustavu urychlovačů a dalších zařízení. LHC připravuje vysokoenergetické srážky; jednotlivé experimenty ale sledují různé otázky.

• ATLAS a CMS měří mnoho různých produktů srážek. Zkoumají vlastnosti Higgsova bosonu, přesnost předpovědí standardního modelu a možné nové částice.
• ALICE se zaměřuje na extrémně horkou hmotu vznikající zejména při srážkách těžkých iontů. Zkoumá kvark-gluonové plazma, stav, v němž kvarky a gluony nejsou vázány uvnitř jednotlivých protonů a neutronů. Pomáhá tak porozumět podmínkám raného vesmíru.
• LHCb podrobně sleduje rozpady částic obsahujících těžké kvarky a porovnává chování částic a antičástic. Přispívá k výzkumu rozdílů souvisejících s převahou hmoty ve vesmíru.

Další experimenty využívají jiné části urychlovací soustavy: výše uvedený NA62 studuje vzácné rozpady kaonů, zatímco ALPHA využívá zpomalené antiprotony k výrobě a měření antivodíku. Její postup popisuje téma o antiatomech. CERN tak ukazuje, jak se doplňují vysoké energie, přesná rozpadová měření a výzkum velmi pomalých částic.

Zaujalo vás téma? Přihlaste se k týdennímu výběru e-mailem ↑

Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)