Fyzik Jakobs: Vďaka objavu „božskej častice“ vieme aj lepšie liečiť rakovinu

Ilustračné foto

Fyzika nie je len teoretická veda, ale jej výsledky majú veľmi dobré praktické uplatnenie. Výskum hmoty v rámci Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN) priniesol nielen objav takzvanej "božskej častice" Higgsovho bozónu, ale aj vyvinutie internetu, lepšie materiály pre priemysel či úspešnejšiu liečbu rakovinových tumorov. V rozhovore v rámci multimediálneho projektu TASR Osobnosti: tváre, myšlienky to povedal nemecký fyzik a profesor Karl Jakobs, ktorý je zároveň hovorcom ATLAS kolaborácie časticových fyzikov.

ATLAS kolaborácia časticových fyzikov je najväčším podobným zoskupením na svete. Poslednú výročnú konferenciu na jeseň 2017 ste zorganizovali v Bratislave. Dá sa to vnímať aj ako pocta pre slovenskú vedu?

Áno, máte pravdu, je to v istom zmysle pocta. Slovenskí fyzici sú od ustanovenia kolaborácie v roku 1992 významnou súčasťou našej spolupráce. Máme za sebou štvrťstoročie a slovenskí vedci výraznou mierou prispeli k výsledkom, ktoré sme dosiahli v tomto období.

V čom bol podstatný príspevok Slovákov v rámci časticovej fyziky?

Slováci boli s nami od začiatku. Spolupracujeme s dvomi pracoviskami, v Bratislave a v Košiciach. Obe sa výraznou mierou podieľali na vývoji detektorov, ktoré merajú rýchlosť fyzikálnych častíc. Rovnako musím povedať, že máte veľmi dobrých študentov. Spomedzi 20 slovenských členov kolaborácie ATLAS je osem doktorandov.

Kolaborácia je známa objavom Higgsovho bozónu, teda fundamentálnej častice takzvaného Štandardného modelu, ktorá je zodpovedná za nenulovú hmotnosť častíc. Ako by ste vysvetlili význam Higgsovho bozónu?

Naším výskumom sa snažíme nájsť najmenšie stavebné častice hmoty. Vieme, že jej základnými stavebnými časticami sú kvarky a leptóny. Hlavnou otázkou bolo, kde a ako získavajú tieto častice svoju veľkosť a objem. Nikto na to dlho nenachádzal odpoveď. Vieme, že tieto častice majú svoju hmotnosť a snažili sme sa zistiť, ako k nej prišli. Ak by totiž častice nemali žiadnu hmotnosť, tak by z nich nemohla vzniknúť ani žiadna hmota. Potom však prišli s novou fyzikálnou teóriou nezávisle od seba dvaja vedci, Peter Higgs a Francois Englert. Obaja za ňu dostali Nobelovu cenu. Podstatou objavu je, že fyzikálne častice získavajú svoj objem a hmotnosť po interakcii s takzvaným Higgsovým poľom. Objavenie Higgsovho bozónu bolo dôkazom, že spomínané pole existuje a vďaka nemu častice získavajú svoju hmotu. Spoznali sme fundamentálny základ našej existencie a základné stavebné kamene našej fyziky. Tento objav bol výsledkom experimentov, ktoré sa uskutočnili vo Veľkom hadrónovom urýchľovači v priestoroch Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN) vo Švajčiarsku.

Hovorí sa však, že tento objav fyzike otvoril nové dvere pre výskum. Môže vďaka nemu vzniknúť nový druh fyziky?

Higgsov bozón i Higgsove pole sú súčasťou Štandardného modelu fyziky. V minulosti sa objavili teórie, že kým sa takáto častica neobjaví, tak Štandardný model je neúplný. To bola pravda. No objavom Higgsovho bozónu v roku 2012 sa Štandardný model fyziky skompletizoval. Mohli sme si povedať, že sme našli posledný kúsok mozaiky a je koniec. Všetko sme objavili. Lenže na stole sa objavili ďalšie otázky. Súčasná fyzika sa napríklad zaoberá otázkou tmavej hmoty v kozme. Poznáme však zloženie len piatich percent energetickej hustoty tmavej hmoty. Zvyšok je pre nás neznámy. Úlohou fyziky na najbližších, počítam, aspoň 20 rokov, bude spoznať zloženie a fungovanie tejto tmavej hmoty.

Čo konkrétne bude potrebné skúmať?

Budú to dve hlavné úlohy. Prvou je skúmanie presného zloženia a hmotnosti Higgsových bozónov. Pôjde o overenie hypotéz, s ktorými prišiel profesor Higgs. Druhou úlohou bude skúmanie tmavej hmoty vo vesmíre. Na to však bude potrebné, aby sme rozvinuli nový typ fyziky, pretože v rámci Štandardného modelu to nie je možné. Máme predstavy, ako by mohla nová fyzika vyzerať, ale tieto hypotézy je potrebné experimentálne overiť.

Môže nová fyzika priniesť nové informácie napríklad o vzniku kozmu?

V súčasnosti platí, že vesmír sa začal vytvárať rozpínaním po takzvanom Veľkom tresku pred viac ako 13 miliardami rokov. Ak si vezmeme túto teóriu a štruktúru kozmu, tak z toho vyplýva, že jeho súčasťou musí byť tmavá hmota a tmavá energia. V tom sú astrofyzici a časticoví fyzici zajedno. Takže, kam nás môžu doviesť naše výskumy? V prvom rade potrebujeme v tejto oblasti vykonať základný výskum, aby sme získali viac vedomostí o tmavej hmote. Na to, aby sme ho úspešne realizovali, bude potrebné množstvo technologických inovácií.

Niečo na spôsob internetu, ktorý vznikol na zjednodušenie komunikácie medzi vedeckými tímami v rámci CERN a z čisto vedeckej siete sa stal globálnym fenoménom? Teda technológie, ktoré vznikli ako vedľajší efekt výskumu a ovplyvnili napokon celý svet?

Áno, presne tak. V rámci vedeckého bádania sa vytvárajú malé start-upy a tie ďalej vyvíjajú nové technológie, ktoré sú neskôr využívané i v iných oblastiach, ako je priemysel alebo zdravotníctvo. Merače a akcelerátory, ktoré vyvinul CERN pri skúmaní fyzikálnych častíc, sa používajú pri diagnostike alebo rôznych terapiách a liečbe ochorení, ako je rakovina. V priemysle majú veľké využitie pri skúmaní a vývoji materiálov. V neposlednom rade sú tieto technológie veľmi dôležité pri vzdelávaní študentov. CERN vytvára veľmi konkurenčné prostredie pre doktorandov, kde musia svoju prácu obhajovať pred svetovými vedeckými kapacitami a aj pritom zvyšujú svoje vedomosti a takzvané mäkké schopnosti. O takýchto absolventov je potom obrovská bitka na trhu práce medzi firmami a vedeckými inštitúciami.

Na Slovensku sa v posledných rokoch diskutuje o zmene nastavenia vzdelávacieho systému tak, aby bol väčší dôraz na technické vzdelávanie, technické univerzity, pretože sme krajinou so zameraním na priemysel a výrobu áut. Aké sú potom argumenty pre štúdium prírodných vied, medzi ktoré patrí aj fyzika?

Kvalitné vzdelanie v matematike a fyzike nikdy nie je na škodu. To sa dá využiť všade. Krajina, ako je Slovensko, potrebuje aj technicky vzdelaných ľudí, rovnako ako odborníkov na prírodné vedy, kde sa dajú v rámci základného výskumu vyvíjať aplikácie využiteľné v technickej sfére, vo výrobe a v priemysle. Základný výskum je motorom vývoja každej technologickej inovácie. Vezmite si známeho britského fyzika 19. storočia Michaela Faradaya, ktorý sa zaoberal elektromagnetickými poľami. V tom čase nemal nikto ani potuchy o elektromagnetických vlnách a ani o ich praktickom využití. V súčasnosti by však náš svet bez elektromagnetizmu nedokázal fungovať. Faradaya sa raz pýtali predstavitelia britskej vlády, aký je význam a praktické využitie jeho výskumu. Faraday odpovedal, Sir, žiaľ, nemám potuchy, no som presvedčený, že raz budete môcť jeho výsledky zdaniť. Presne v takej situácií sme často aj dnes.

Ako vidíte budúcnosť a perspektívu výskumu v CERN-e?

V prvom rade by som rád povedal, že CERN je excelentným príkladom európskej spolupráce. Funguje od roku 1954 a porozumenie medzi vedcami z európskych krajín je omnoho lepšie ako medzi politikmi. Sú jednotní a idú za spoločnými cieľmi. Čo sa týka budúceho výskumu a experimentov, je potrebné využiť úplný potenciál Veľkého hadrónového urýchľovača. V najbližších rokoch musíme zlepšovať kvalitu jednotlivých detektorov, aby sme mohli dosahovať lepšie výsledky vo výskume. No a jeho zameranie bude závisieť od toho, čo sa nám podarí objaviť. Ak by sa nám napríklad podarilo objaviť častice tmavej hmoty, tak potom by bolo jasné, ktorým smerom sa máme ďalej uberať.