Návrat na místo činu: Díl třetí

Návrat na místo činu: Díl třetí

Fyzika / reportáž

V maturitním ročníku jsem se jako jeden z 24 středoškoláků v programu HSSIP (CZ) podíval na dva týdny do CERN. Díky této příležitosti jsem se osobně seznámil s organizací kruciální pro minulost, přítomnost i budoucnost částicové fyziky. Z nejvýznamnějších zmiňme tamní objevy elektroslabých bosonů W+/- a Z i poslední částici predikovanou Standardním modelem Higgsův boson. Ve zprávách jste možná zaznamenali, že po delší odstávce počínají přípravy třetího experimentálního běhu Velkého hadronového urychlovače (LHC). Po několika kratších návštěvách v uplynulých čtyřech letech mého vysokoškolského studia se vydávám na zatím nejdelší cestu do CERN, tentokrát tříměsíční. Budu moc rád, pokud moje zážitky a poznatky budete sdílet spolu se mnou skrze sérii reportáží z místa.

Filmový festival CineGlobe probíhal v CERN na přelomu června a července
Filmový festival CineGlobe probíhal v CERN na přelomu června a července

V CERN už jsem nějakou chvíli a žiji v tempu dní „summer“ studentů. Náš den se výrazně dělí podle programu na dopoledne, odpoledne a večer. Aspoň po dobu prvních pěti týdnů, kdy jsou dopoledne vyhrazena přednáškám. Pak dopoledne a odpoledne splynou v jednu pracovní dobu.

Vstávám, jedu na kole z „Schumanu“ do CERN, to mě vždycky příjemně probudí. Uvidíme, jestli budu z dojíždění stejně nadšený i během sychravého září. Přednášky začínají v 9:15. První týden jsme prošli trojici témat. Částicový svět nám přednášel profesor teoretické fyziky David Tong z University of Cambridge. Základy statistiky profesor částicové fyziky Glen Cowan z University of London. Trojlístek témat doplnila Teorií částicových urychlovačů a dynamiky svazků doktorka Michaela Schaumann z CERN.

Druhý týden si našel čas Paul Laycock z Brookhaven National Laboratory (BNL), aby nás seznámil s tématem Od nezpracovaných dat k fyzikálním výsledkům. Oborovou rozmanitost doplnili teoretik Tim Cohen z Oregonské univerzity s Teoretickými koncepty částicové fyziky a cernský fyzik Werner Riegler s prostě znějícím tématem Detektory.

Právě Rieglerova série byla zatím tím nejlepším, co jsem zde viděl. Přednášející využil svoje hluboké technické znalosti, které získal jakožto technický koordinátor experimentu ALICE, a dobrou znalost názvosloví teoretické fyziky. Jeho přednášky se nevzdávaly fyzikálně přesného vyjadřování, k čemuž u technicky zaměřených témat občas dochází.

Poslední přednáškový blok o jaderné fyzice v CERN prezentoval cernský výzkumník Stephan Malbrunot. Pro některé „summer“ studenty bylo překvapením, že CERN se věnuje i čistě jadernému výzkumu. Nikoliv však pro mě a spolužáka Samuela. Víme, že někteří naši vyučující z Ústavu jaderné a částicové fyziky Matfyzu se zdejším jaderným výzkumům přímo věnují.

Trochu nepříjemnou okolností je, že přednášky probíhají přes ZOOM. Hádám, že nikomu nemusím vysvětlovat, jakou úzkost ve mně online lekce vyvolávají. Naštěstí se „summer“ studenti jen tak nevzdávají. Přes dedikovanou službu rezervujeme místnosti a výklad sledujeme společně. Často musíme zamluvené místnosti měnit, je těžké najít dostatečně velké. Bereme to sportovně a učíme se tak zároveň poznávat labyrint budov v CERN. Střídáme se v rezervacích a díky tomu se z nás stává skutečná komunita. Na běžných přednáškách by to však bylo o hodně snazší.

Nakonec si člověk i zvykne. Výhodou je, že nám přednášejí oborové špičky, protože je nelimituje nutnost fyzicky přijet. A navíc už během přednášky máme dostupné slidy, takže si v nich můžeme číst, současně máme (a s námi kdokoliv další) k dispozici záznamy přednášek. Pokud tedy někoho zaujalo některé téma či přednášející z úvodního výčtu, záznam najde na tomto odkazu. Určitě tím zároveň získá lepší představu o průběhu našeho typického dopoledne.

Odpoledne je vyhrazené převážně práci na projektu, ačkoli najdeme několik výjimek. Těmi jsou doplňkové prezenční aktivity, které nám trochu kompenzují distanční formu přednášek. Projektům se budu věnovat samostatně v některém z dalších pokračování. Teď dejme prostor zmíněným doplňkovým aktivitám.

S přednášejícími, kteří jsou fyzicky v CERN, si člověk může zajít na šálek kávy v rámci QnA setkání. Další kategorií aktivit jsou hands-on workshopy, kde se učíme řadu nových praktických dovedností. Obecně je o workshopy velký boj. Zatím se mi podařilo absolvovat dva, oba orientované na software. Jeden se týkal frameworku ROOT, v němž valná většina částicových fyziků analyzuje data. Používám jej už od prvního ročníku, kdy jsem v něm tvořil grafy do fyzikálního praktika. Uplatnil se také při analýze dat bakalářské práce a v něm obsažené fitovací nástroje využívám i v současné magisterské práci. Když vám ale přednáší a řeší s vámi cvičení přímo tvůrci daného softwaru, můžete se naučit řadu opravdu užitečných triků. Právě k tomu, věřím, i došlo.

Druhý workshop se věnoval softwaru MadGraph, který slouží k teoretickým výpočtům v částicové fyzice. Umožňuje pro procesy Standardního modelu i alternativních hypotéz spočíst Feynmannovy diagramy do určeného řádu poruchového rozvoje včetně smyčkových. Následně nám MadGraph umí dát výsledný účinný průřez procesu i specifické vlastnosti systému, jako jsou např. úhlová rozdělení vyletujících částic.

Název programu MadGraph zní úsměvně, ani zdaleka ale nepopisuje průběh workshopu, kdy teoretici a programátoři jsou pro jednou vysláni mezi studenty. CERN není univerzitou, takže většina zdejších vědců příliš nerozvíjí už tak dost často skrovné pedagogické nadání. Jestliže je rozumné paralelizovat řešení výpočetní úlohy, o to víc je nerozumné paralelizovat přednášení. Často se stávalo, že dva či tři programátoři na nás mluvili současně. Jeden z nich měl přitom nejsilnější francouzským přízvuk, jaký jsem kdy slyšel. I přesto jsem získal skvělé schopnosti generovat Feynmannovy diagramy napsáním jedné řádky v terminálu namísto náročného počítání v ruce. Moje výpočetní možnosti se tak zlepšily o několik řádů.

Třetím druhem aktivit jsou exkurze. Zahrnují prohlídku zpomalovače antihmoty (AD) a na něj navazujících experimentů. O tom, že v CERN vědci sbírají antihmotu získanou při terčíkových experimentech, možná víte z filmu Andělé a démoni, byť akumulované množství je (bohužel pro experimenty) zatím z hlediska našeho makroskopického světa extrémně malé. Na druhou stranu se opravdu nemusíte bát, že by nějaký šílenec s její pomocí zničil Řím…

V týž den jsme navštívili i výpočetní středisko, kde jsme se mohli skrze historické exponáty a řádové odhady přesvědčit o tom, jak neuvěřitelným tempem se rozvíjí výpočetní technika, bez níž by nebylo možné enormní množství dat nabrané experimenty filtrovat a dále zpracovávat.

Další exkurze nás zavedla do řídicího střediska experimentu ATLAS, které po letech opět přešlo na plný provoz. Tamní roztomilý panel ukazující vyprodukované Higgsovy bosony na LHC tak může zvyšovat zobrazované číslo každou vteřinou. Bohužel, třetí experimentální běh současně brání návštěvě čtyřlístku velkých experimentů z důvodu tvrdého záření vznikajícího při srážkách. Exkurzi jsme zakončili symbolicky tam, kde samotný CERN svůj provoz začal. Navštívili jsme nejstarší urychlovač v CERN, Synchrocyklotron (SC), vybudovaný v roce 1957, který pomohl vyřešit záhadu spojenou s rozpady pionů. Výsledky získané na SC potvrdily tzv. V-A povahu slabé interakce. Tato vlastnost slabé interakce je dodnes významně vepsaná do Standardního modelu.

V nabitém programu našich dní tak zbývají večery. Vnímám je jako blok spojený s víkendy. Kolik lidí, tolik chutí. Někteří studenti hrají Dungeons & Dragons, jiní chodí běhat. Já chodím s partou studentů každý čtvrtek na boulder a čas od času hrát stolní tenis. O víkendech pak vyrážíme vždy jeden den na celodenní horské túry, druhý pak většinou na pláž Spojených národů, kam mají lidé asociovaní s CERN volný přístup.

Zkoumáme také Švýcarsko. Partička okolo dvaceti z nás zatím třeba stihla navštívit Lausanne, mimochodem jediné švýcarské město s metrem, kde jsme viděli projíždět Tour de France. Po výletech většinou i společně vaříme z lokálních potravin. V nejlepším slova smyslu náš pobyt připomíná studentský život.

Z bohatého dalšího dění nemohu opomenout ještě jednu akci, které jsem věnoval neděli. Bylo to zakončení filmového festivalu CineGlobe, který se konal od 29. června do 3. července tady v CERN, v impozantní dřevěné budově zvané The Globe. Právě v rámci zakončení festivalu se promítal dokumentární film Particle Fever mapující okolnosti zahájení provozu LHC a objevu Higgsova bosonu. Pozoruhodná byla následující debata, kdy hlavní aktéři filmu, včetně ředitelky CERN Fabioly Gianotti či profesorky Dunfordové z Heidelbergu, diskutovali s publikem o své tehdejší roli, pocitech i výhledech částicové fyziky v CERN pro další desetiletí. Na závěr akce si Fabiola Gianotti našla trochu času speciálně pro studenty. Několik fotografií a krátké rozhovory. Další z nezapomenutelných zážitků z místa, které člověka postupně donutí, aby vnímal i zcela mimořádné zážitky a dojmy jako denní rutinu.

Další články k tématu