| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Zlatá horečka v CERNu
Rudolf Mentzl
Princip urychlovače částic je jednoduchý a bez problémů ho chápou i žáci základních škol při povídání o elektrických silách. Dovedou si představit, jak se protonProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. přitahuje k záporné elektrodě. Čím vyšší je napětí, tím rychleji částice letí a tím větší rychlostí vrazí do připraveného cíle. Urychlit proton tak, aby rozbil atomAtom – základní strukturní jednotka hmoty, jádro je složeno z neutronů a protonů, obaly z elektronů. Rozměry atomu jsou 10−10 m, rozměry jádra 10−14 m, hustota atomu je 1011 g·cm−3, hustota jádra 1014 g·cm−3. Elektrony nejsou v atomárnáím obalu lokalizovány, můžeme určit jen pravděpodobnosti jejich výskytu v tzv. orbitalech., již dávno není problém.
|
CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří detekce polních částic slabé interakce, příprava antivodíku a vytvoření kvarkového-gluonového plazmatu, pralátky, z níž vznikal vesmír. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web. Proton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. Zlato – aurum, chemicky odolný, velmi dobře tepelně i elektricky vodivý, ale poměrně měkký drahý kov žluté barvy. Již od dávnověku byl používán pro výrobu dekorativních předmětů, šperků a jako měnová záruka při emisích bankovek. V současné době je navíc důležitým materiálem v elektronice, kde je ceněna jeho vynikající elektrická vodivost a odolnost proti korozi. V přírodě se vyskytuje zejména ryzí. |
Vše se zdá být pouze otázkou kvantity. Pomalým částicím stačí malá urychlující energie, rychlé vyžadují vyšší. A přece jsou tu i technické problémy kvalitativního rázu. Obrovské aparatury pracují při kryogenních teplotách, jinak by se roztavily ve vlastním odpadním teple, cívky elektromagnetů je třeba rozcvičovat, aby jim koncentrické síly nezpřetrhaly vinutí,... Je toho mnoho, co je třeba technicky ošetřit, dnes se budeme věnovat otázce, co s „neposlušnými“ protonyProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem..
Částice letící relativistickými rychlostmi mohou nejen rozbít jiné částice čekající v detektorech, ale mohou také napáchat závažné škody. Jak jsme již naznačili, urychlovač je komplikované zařízení. Není ani v silách výkonných počítačů udržet neočekávaně vychýlený svazek protonů v žádaném směru. Stačí malá odchylka, která naruší přesně vykompenzované pole. Narušené pole generuje další, silnější odchylku, potažmo vybudí kladnou zpětnou vazbu. Segmenty urychlovače již nejsou s to korigovat elektrické pole v dostatečném rozpětí a miliardy malých projektilů poničí v lepším případě stěnu tunelu, v horším pak drahocenné zařízení.
Tady nezbývá, než se spolehnout na strategii „kšandy“ a „pásek“. Připravit experiment tak, aby tato situace nastat nemohla (kšandy) a na druhou stranu vyvinout strategii, co dělat v případě, že nastala (pásek). Je zřejmé, že „kšandy“, byť sebelépe navržené, nikdy nebudou držet stoprocentně. Stačí malá fluktuace, náhodná elektromagnetická vlna či jen otřes v jinak seismicky klidné oblasti a kšandy prasknou. Pak nastupuje „pásek“.
Strategie pásku je jednoduchá. Zvláštní jištěné počítače nezávisle kontrolují parametry dráhy částic a hrozí-li nezvládnutelná porucha, přebírají řízení a pošlou svazek do speciálního tunelu (kterých je v okruhu několik). Tam na ně čeká absorbér, který postupně pohltí veškerou jejich energii.
Je zřejmé, že tyto výpadky jsou ve zcela náhodných časech, protože v dobách předpokládaných rušení se pokusy z pochopitelných důvodů odkládají. To však neznamená, že by se s výpadky nedalo chladně kalkulovat. Tam, kde je náhoda a dostatečný počet výskytů, nastupuje se svými mechanismy statistika. Tak se stalo i v době nedávné, při generální inovaci CERNuCERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří detekce polních částic slabé interakce, příprava antivodíku a vytvoření kvarkového-gluonového plazmatu, pralátky, z níž vznikal vesmír. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web.. Tehdy došlo i ke kompletní výměně softwaru, při které se prováděla statistika náhodných výpadků. A tehdy začala malá atomová detektivka s nečekaným ekonomickým přesahem.
Analýzou náhodných výpadků protonových svazků vyšlo najevo, že v CERNuCERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Evropské centrum jaderného výzkumu. Komplex urychlovačů a laboratoří na pomezí Švýcarska a Francie založený v roce 1954. Na výzkumu se podílí 22 členských zemí včetně České republiky. K největším objevům patří detekce polních částic slabé interakce, příprava antivodíku a vytvoření kvarkového-gluonového plazmatu, pralátky, z níž vznikal vesmír. V současné době je zde vybudován největší urychlovač světa – Large Hadron Collider, který byl po závadě na jednom z magnetů opětovně spuštěn na konci roku 2009. V roce 2012 byl na LHC objeven Higgsův boson, poslední částice standardního modelu. V CERNu byl také vynalezen a poprvé použit Web. dochází k těmto událostem tři až čtyřikrát častěji než v jiných srovnatelných zařízeních. Nebylo tomu však vždy, s jistou dávkou nejistoty lze podivnosti vystopovat ke konci osmdesátých let dvacátého století. Přitom příčiny se zdály nevinné, podobné jaké bývají na jiných urychlovačích. Jasno do problému vnesl až v tajnosti najatý počítačový expert Jacques Ibaire. Metodami reverzního inženýrství, které si osvojil ve své hackerské minulosti, se dopátral příčiny. Ve skutečnosti k fluktuacím nedocházelo, šlo o falešné hlášky iniciované počítačovým virem. Za vším stál tedy zlý úmysl.
Hacker odvedl svou práci a z příběhu mizí. Není mu jasné, oč tu jde, ale jeho zjištění předané zadavateli přináší ovoce. Jaderným fyzikům to stačilo k vytvoření představy hraničící s jistotou. Nicméně na dopadení pachatele si museli počkat až do pravidelné odstávky na konci roku 2012.
Ve vyhořívacích tunelech s absorbéry byly instalovány kamery a zanedlouho seděl Georgio Desidera pod dohledem ochranky před vyšetřovací komisí. Jako předmět doličný před ním leželo několik valounů zlata. Bude oříšek pro právníky zjistit, zda a jaké škody pachatel způsobil, když zlato nikde nechybí. Podívejme se však na to, jak k němu přišel:
Georgio Desidera byl podezřelý již delší dobu. Zde například jeho
notebook cenově naprosto nepřiměřený k jeho platu.
Člen vyšetřující komise Henry Apfelbeck nahlíží do skříňky Georgia Desidera.
Při pravidelné odstávce urychlovače vždy vnikl do chodeb s absorbéry, na které maskovaně připevnil kazety s olovemOlovo – Plumbum, těžký toxický kov, který je znám lidstvu již od starověku. Má velmi nízký bod tání a je dobře kujný a odolný vůči korozi. Je součástí barviva – olovnaté běloby, žlutý chroman olovnatý je známý jako chromová žluť. Zvyšuje oktanové číslo paliva. Velmi čistý PbS je citlivým detektorem infračerveného záření a využívá se při výrobě fotografických expozimetrů a fotočlánků., které se posloupností transmutačních reakcí nakonec změnilo ve zlatoZlato – aurum, chemicky odolný, velmi dobře tepelně i elektricky vodivý, ale poměrně měkký drahý kov žluté barvy. Již od dávnověku byl používán pro výrobu dekorativních předmětů, šperků a jako měnová záruka při emisích bankovek. V současné době je navíc důležitým materiálem v elektronice, kde je ceněna jeho vynikající elektrická vodivost a odolnost proti korozi. V přírodě se vyskytuje zejména ryzí.. Zajímavý je i způsob, jakým jednoduše zařídil, aby se olovo změnilo v celém objemu. Z geometrie pokusu je jasné, že čelo olověné desky by bylo vystavené protonovým svazkům mnohem déle, než týl. Mohlo se tedy rozpadnout až na nějaký bezcenný kov, zatím co týl by zůstal nedotčen.
Celá genialita spočívá v jednoduchosti. Olovo je umístěno pouze v horní polovině kazety. Sprška protonůProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. vyrazí z jádra proton, čímž se olovo mění v thaliumThalium – značně toxický měkký, lesklý kov bílé barvy. Objevil jej roku 1861 sir William Crookes při spektroskopickém zkoumání obsahu telluru ve zbytcích po zpracování sirných rud. Dříve se používalo jako součást jedu na krysy.. Původní i vyražený proton mají ještě dost energie na to, aby vyrazily proton z dalších jader olovaOlovo – Plumbum, těžký toxický kov, který je znám lidstvu již od starověku. Má velmi nízký bod tání a je dobře kujný a odolný vůči korozi. Je součástí barviva – olovnaté běloby, žlutý chroman olovnatý je známý jako chromová žluť. Zvyšuje oktanové číslo paliva. Velmi čistý PbS je citlivým detektorem infračerveného záření a využívá se při výrobě fotografických expozimetrů a fotočlánků., což spustí řetězovou reakci. Než se původní svazek zbrzdí na neškodnou rychlost, projde průměrně devětatřiceti úrovněmi, což odpovídá „zesilovacímu“ koeficientu přibližně 1024. Jinými slovy, jeden urychlený proton dá vzniknout jednomu biliónu atomů thalia. Podobným mechanizmem vznikne v následujícím kroku rtuťRtuť – Hydrargyrum, těžký, toxický kovový prvek. Slouží jako součást slitin (amalgámů) a jako náplň různých přístrojů (teploměry, barometry). Je jediným kovem, který je za normálních podmínek kapalný..
a) Proton vyráží z atomu olova jiný proton a mění ho tak v thallium.
b) Proton vyráží z atomu thallia jiný proton a mění ho tak ve rtuť.
c) Proton vyráží z atomu rtuti jiný proton a mění ji tak ve zlato.
A teď přichází ten fígl. Rtuť odkapává do dolní poloviny kazety, čímž se neustále obnažuje čelo olověné desky. Ta je navíc seříznuta v asi třicetistupňovém úhlu tak, že odráží část protonů dolů. Úhel je propočítaný tak, aby díky rozptylu dopadal na hladinu takový počet protonů, který stačí průběžně měnit přitékající rtuť na zlato. To klesá ke dnu, takže dopadajícímu paprsku je nastavována vždy jen hladina rtuti. A tak pachatel při pravidelných odstávkách pouze přinášel kazety s olovem a odnášel si domů čisté zlato.
Henry Apfelbeck testuje transmutované zlato z kazety na zbytkovou radiaci.
Tatáž dlaň dvě hodiny po testu.
Vedení CERNu má celý poklesek za neetický a distancuje se od něj. CERN realizuje bezpečnostní opatření, aby se podobný případ již nikdy neopakoval. A na závěr potěšující zpráva: Letošní odstávka bude podle všeho zkrácena téměř o polovinu plánované doby. Intervaly mezi odstávkami budou z bezpečnostních důvodů nejdéle deset měsíců.
Odkazy
