Reklama
 
Blog | Dana Mentzlová

Před námi fyzika – 1.

Před nedávnem jsem měla příležitost poznat zblízka, čím se zabývá současná fyzika. Sdružení Aldebaran, které se zabývá popularizací fyziky a astronomie, uspořádalo výlet po velkých evropských laboratořích. Navštívili jsme tři významné projekty: experiment KATRIN v Karlsruhe, neutronový zdroj v Institutu Laueho a Langevina v Grenoblu a stavbu největšího dosavadního tokamaku v jižní Francii.

Kromě výzkumných pracovišť byly na programu i další zajímavosti, z nichž za pozornost stojí zejména kráter Ries v Německu, vzniklý dopadem asteroidu. V následujícím třídílném seriálu bych se s vámi chtěla podělit o dojmy a poznatky z tohoto fyzikálního výletu. A ještě zmíním jedno malé, ale významné plus: cesta proběhla v přátelské atmosféře a za pěkného počasí.

KRÁTER RIES

Naše automobilová výprava o pěti vozidlech navštívila jako první městečko Nördlingen, které se nalézá v Německu asi 70 km severně od Augsburgu. V blízkosti tohoto historického města se odehrála jedna z důležitých bitev třicetileté války. Místním unikátem je téměř kompletní okruh hradeb, po kterém můžete obejít město kolem dokola.

Naším cílem bylo muzeum kráteru Ries. Město Nördlingen leží uvnitř kráteru, několik kilometrů od jeho středu. Kruhového tvaru o průměru 24 kilometrů si všimnete již na letecké mapě, na místě pak vidíte zalesněný pás kopců na obzoru – okrajový val.

Původ tohoto přírodního útvaru byl dlouhou dobu sporný. Soudilo se, že vznikl sopečnou činností, případně že je ledovcového nebo tektonického původu. Pro sopečnou hypotézu hovořily nálezy suevitu, horniny podobné vulkanickému tufu. Hypotéza o meteorickém původu byla sice vyslovena, ale neprosadila se.

Teprve roku 1960 dokázali dva američtí geologové, prof. E. M. Shoemaker a dr. E. T. C. Chao, že kráter Ries vznikl úderem meteoritu. V místním lomu nalezli minerály, jež vznikají jen při extrémně vysoké teplotě a tlaku, které se v nitru Země nevyskytují.

Dnes se má za jisté, že kráter byl vytvořen úderem meteoritu o velikosti 1 km v době před 15 miliony lety. V muzeu znázorňuje řetěz postupně se rozsvěcejících žároviček rychlost 70.000 km/h, se kterou se meteorit přiřítil. Zničující náraz roztavil horniny a rozmetal je do dálky. Některé kameny dolétly až do Čech, kde je nalézáme jako vltavíny – kousky zeleného skla.

Živá příroda v místě dopadu byla zničena, časem se však v údolí vytvořilo jezero a v jeho usazeninách se dochovaly četné fosílie. Jezero se časem zaneslo a zmizelo. V současné době se zdejší horniny těší velkému zájmu geologů. Vědomosti o kráterech tu čerpali také astronauti z mise Apollo 14 před odletem na Měsíc.

Pro zvídavou veřejnost je tu projekt Geopark Ries, který se stará o informační tabule v lomech a jiných zajímavých lokalitách, vyznačuje turistické a cyklistické stezky, pořádá vycházky atd. Navštívili jsme jeden lom, kde byly na určitém místě dokonce připraveny kameny, které můžou amatérští geologové naťukávat geologickým kladívkem.

Během dalším dvou dnů naší cesty jsme zhlédli technické muzeum v Sinsheimu se superrychlým raketovým automobilem Blue Flame a jeho „sesterské“ muzeum ve Speyeru se sovětským raketoplánem Buran, ohořelým přistávacím modulem Sojuz a další kosmickou technikou. A pak už jsme se těšili na první výzkumné pracoviště, které jsme měli navštívit, v německém Karlsruhe.

SPEKTROMETR KATRIN

Tento přístroj, který vypadá jako plechová vzducholoď, se před devíti lety valil uličkami německé vesnice Leopoldshafen. Nadměrný náklad o průměru 10 metrů se téměř otíral o zdi a střechy domů. Kolem pojízdné plošiny se tlačily davy zvědavců. „Vzducholoď“ byla vyrobena v německém Deggensdorfu, a právě kvůli úzkým ulicím nejela do Karlsruhe přímo, ale lodí po Dunaji do Černého moře, přes Středozemní moře a Atlantský oceán kolem Evropy až do ústí Rýna a po Rýnu až téměř na místo určení. (video závěrečné fáze transportu zde)

Katrin - transport

Spektrometr je nyní umístěn v Technologickém institutu v Karlsruhe. Jeho původním úkolem bylo zkoumat hmotnost neutrina a odpovědět na další otázky: Je neutrino totéž co antineutrino? Existuje dvojný beta rozpad bez účasti neutrina? Jaká je role neutrin při tvorbě vesmírných struktur?

Neutrina jsou částice velmi malé hmotnosti, které nemají elektrický náboj. Nereagují na elektromagnetické síly, nepůsobí na ně silná interakce, podléhají pouze slabé interakci a gravitaci. Proto většinou snadno pronikají hmotou a nejsou jinými částicemi zachycovány. Antičásticí neutrina je antineutrino, o kterém předpokládáme, že má stejnou hmotnost jako neutrino.

V experimentu KATRIN si vědci opatřují potřebné částice rozpadem tritia. Tento těžký izotop vodíku se rozpadá na helium, elektron a antineutrino. Při rozpadu si elektron s antineutrinem odnášejí určité množství energie, které si mezi sebou rozdělí různým způsobem, většinou spravedlivě 1:1. V jednom případě z bilionu si téměř všechnu energii odnáší elektron a antineutrinu zbude jen minimum – žádná pohybová energie, jen klidová hmotnost. (Hmotnost a energii můžeme chápat jako totéž, jak vidíme ze vztahu E = mc2. Ten nám říká, že energie je hmotnost vynásobená určitou konstantou.)

Experiment KATRIN zkoumá elektrony, které co nejvíc energie uloupily svým antineutrinům, a tím může změřit klidovou hmotnost antineutrina či neutrina.

Tritium, coby vstupní surovina, je chlazeno tekutým neonem na -246 °C a pak je vháněno do přístroje. Rozpadá se na elektrony, antineutrina a helium 3He. Antineutrina oblast okamžitě opouštějí. V další sekci je tritium a helium odsáváno pryč, zatímco elektrony jsou vedeny magnetickým polem do další části experimentu. Do spektrometru vcházejí pouze elektrony v množství 1010 elektronů za sekundu.

Nejprve je zařazen pomocný spektrometr a za ním následuje velký hlavní spektrometr (onen nadměrný náklad, který vyvolal shluk lidstva na ulici). Na obou koncích spektrometru jsou dvě supravodivé cívky, které vytvářejí magnetické pole. Letící elektrony krouží kolem magnetických siločar po šroubovicích, jejich rychlost má podélnou a kolmou (točivou) složku. U cívek, kde je magnetické pole silnější, je větší točivá složka rychlosti. Mezi oběma cívkami, v polovině spektrometru, je nejvyšší podélná složka rychlosti (šroubovice je hodně „natáhnutá“). A právě v polovině nádoby elektrické pole vytváří bariéru, kterou projdou jen elektrony s energií vyšší, než je nastavená mez. Mez lze nastavit s vysokou přesností. Ty elektrony, které ji překonají, se na konci spektrometru zachytávají v detektoru. Pro ně mělo uletěvší antineutrino minimální energii.

Loňské závěry z měření evropské sondy Planck ukázaly, že zařízení KATRIN bohužel není dostatečně citlivé, aby hmotnost neutrin určilo se zamýšlenou přesností. To však neznamená, že celé úsilí přijde vniveč. Již je rozpracován alternativní pokus. Na rozpad tritia můžeme formálně nahlížet i opačným způsobem. Není vyzářeno antineutrino, ale pohlceno neutrino. KATRIN je možné nastavit tak, že se z ní stane detektor tzv. reliktních neutrin. To jsou neutrina, která k nám přicházejí z období první sekundy po velkém třesku. Z období, ze kterého principiálně nemůžeme mít informace v podobě světla nebo jiného elektromagnetického záření. Tím bychom nahlédli do dávné minulosti našeho vesmíru.

(Pokračování.)


 Sci-fi, ve které platí fyzikální zákony:
Dana a Rudolf Mentzlovi – Piráti na Marsu
Studenti se zájmem o přírodní vědy poznávají Mars
a pomůžou odhalit piráty. Bližší informace o knize zde.
 obalka
Reklama

Vyhledávání

Tip: Vyhledávejte dle autora pomocí autor: autor:”Erik Tabery” další tip

Výsledky vyhledávání

Hledám o sto šest
Vyskytla se chyba, zkuste to znovu.
Reklama