Zbyněk Fiala: Už je to tady! Fermion!!

Po božské částici Higgsově bosonu, která byla objevena v hadronovém kolidorou CERN ještě před úpravou pro vyšší energie, máme ohlášenu také částici magnetismu, Weilův fermion. Jsme u základů vesmíru. Zpráva přichází z Pekingu a je dokonce dvojí - bájný fermion je potvrzen, a oni ho mají.

Nebo aspoň chvilku měli. Předcházelo tomu bombardování fotony, které synchrotron nasměroval do exotického polovodiče, krystalu arsenidu tantaličitého. Výsledky budou publikovány ve vědeckém časopise Physical Review X vydávaném Americkou fyzikální společností. Čungův tým spolupracuje se skupinou Bogdana Berneviga z Princetonské univerzity.

http://www.scmp.com/tech/science-research/article/1842813/new-phantom-particle-discovered-chinese-scientists-could-mean

Je to pravda? Snad ano, snad ne, novinám se nedá věřit. Zvlášť v létě. Taky to může být směs pravdy a ptákoviny, jaká se tisku podaří tak jednou za deset let, maximálně dvakrát za pět minut.

Kdo si doma po večerech studujete jadernou fyziku, máte spousty látky k přemýšlení o tom, jak vytvořit vesmír a případně jak ho přepólovat. A přemýšlejte rychle, než se objevu zmocní zlotřilý profesor Gadronoff z podmořské laboratoře na dně Mariánského příkopu, kam se za ním bude potápět za pomoci šnorchlu a speciálních hodinek James Bond.

Pro ty, kdo si ze vznikem vesmíru neví rady, je tu mnohem srozumitelnější praktická aplikace. Elektronické přístroje mají tu nepříjemnou vlastnost, že vedle užitečné práce vyrábějí i teplo. V běžném stolním počítači se tak dá klidně ohřát párek. Kdyby elektrony vystřídaly fermiony, bylo by tu jenom ono přepínání mezi ano a ne, nula a jedna, dál, nebo stop. Žádné teplo. Jednou nabitý telefon by produkoval maximum dívčích plků při nulovém ohřívání klimatu. To by byl obrovský skok lidstva vpřed. I kdyby dívčí plky (ale žvaní i někteří chlapi) překročily nám známou mez, nemusíme kvůli nim stavět nové jaderné elektrárny.

Tady mi to trochu fyzikálně ulítlo, plné využití fermionů by bylo možné, jen kdyby dívky mlčely, protože jinak rozechvějí (a zahřejou) vzduch na obou koncích telefonu a fakticky zdvojnásobí klimatický efekt svého sdělení. Ale toto chvění lze už utlumit běžnými prostředky, jako je plsť nebo polystyrénová krabice přes hlavu, bez synchrotronu, čímž zabráníme rozptýlení odpadního tepla do atmosféry a můžeme je průmyslově využít jinde.

Omlouvám se za žerty, ale vzpomínám, jak jsem spěchal za obdobného letního času roku 1989 jako reportér Mladé fronty do Bratislavy popsat rekonstrukci fenomenálního pokusu Martina Fleischmana a Stanleye Ponse se studenou fúzí. Bylo to jaderné perpetum mobile v kuchyňských podmínkách. Studenou fúzi měla spustit elektrolýza těžké vody elektrodami z palladia.

Ukázali mi kádinku s vodou, do které vedly dva dráty, jedním elektřina tam a druhým ven. Když se prý změří i vyprodukované teplo, ven jde víc energie než dovnitř. Přírůstek tepla měl být vyvolán dosud nepoznanou jadernou syntézou za nízkých teplot, tedy onou studenou fúzí. Kádinka na stole za běžného tlaku a teploty měla nahradit stamiliardové investice do nejrůznějších tokamaků, pokoušejících se rekonstruovat procesy uvnitř Slunce.

Pozoroval jsem kádinku spolu s hloučkem očumujících reportérů, ale nic jsme neviděli. To se dalo vysvětlit dvěma způsoby. Zaprvé, nic bychom neviděli, i kdyby to fungovalo. Atomová jádra jsou malá. A za druhé, momentálně se to nedařilo. Výklad se soustředil na prostředí, počasí, vlhkost vzduchu a další srozumitelné důvody, proč to zrovna nejde. O té doby se studená fúze zrovna nedaří dodnes.

Ale teď vážně, vedra už ochabují. Fermion vznikl jako teoretický koncept, když německý matematik a fyzik Hermann Weyl roku 1929 hledal řešení pro původ magnetismu, jehož pole směřuje od jednoho pólu k druhému. Je to úvaha o tom, co utváří onen pól. Nabízí představu elementárního magnetu, který má ten pól je jeden.

Nyní se tedy čínským a americkým fyzikům podařilo existenci fermionu prokázat, ale je tam spousta záhad. Možná jen proto, že čerpám ze zprávy novinářského kolegy z Honkongu. A taky, že moje znalosti fyziky elementárních částic jsou malé jako ty částice samy. Jsou na hranici porozumění kresleným vtipům od Vladimíra Renčína, který s odstupem (do sklípku) zaznamenával, jak venku zuří vědecko-technická revoluce.

Nuže, fermion. Jedná se prý o nehmotnou částici. To mi hlava nebere. Je to tedy nehmotné, nebo je to částice? Ale jinde South China Morning Post píše, že částice je téměř nehmotná. Tak se s tím poperte.

Co tedy kolegové novináři o fermionu píší:

Prý může znamenat skokovou změnu například ve vývoji kvantových laptopů, které budou výkonnější než současné superpočítače. Nebo oněch smartphonů nabíjených jednou ročně. „Fermiotické“ zařízení umožní jak netušené úspory energie, tak koncentraci obrovského výkonu do malého prostoru.

Materiály s obsahem Weilových fermionů budou mít vlastnosti supervodičů. Prokazují také schopnost dlouho uchovávat svůj kvantový stav, takže jsou kandidáty pro stavbu kvantových počítačů, které jsou „error-tolerant“, odolné chybám prostředí.

Největší obtíž při konstrukci kvantových počítačů zatím představovala křehkost kvantového stavu částic, jako je foton, které byly nosičem zpracovávané informace. Daly se rozhodit elektromagnetickými vlivy nebo nepravidelnostmi fyzikálního prostředí, takže ztratily nebo změnily svůj kvantový stav a narušily předpokládané operace.

Fermion by byl lepší, ale „naše krásná částice se bohužel nevyskytuje v trojrozměrném světě, ve kterém žijeme. Lze ji nalézt pouze v jiném světě, který je „protikladem“ toho našeho,“ varuje jeden ze spolupracovníků projektu doktor Weng Chung-ming. Potřebujeme umělé prostředí, ve kterém může fermion fungovat.

Skupina čínských vědců profesora Čunga spolu se skupinou Bogdana Berneviga z Princetonské univerzity v prosinci opublikovala zprávu, že ono prostředí pro fermion lze vytvořit v krystalu arsenidu tantaličitého (tantalum arsenide). A už o čtyři měsíce se tedy podařilo fermion zaznamenat během pokusu, při kterém byl tento krystal bombardován fotony ze synchrotronu.

Pozoruhodné je, že k pokusu bylo použito mnohem menší zařízení než třeba velký srážeč hadronů LHC, který mají v ženevském CERN. Podle čínských vědců tak vzniká naděje, že se lze dopracovat k velkým objevům i ve skromnějších podmínkách.

Chtělo by se říct, že čínským vědcům nic jiného ani nezbývá, ale možná to není pravda. Může to však být potvrzením dějinné zkušenosti, že schopného skromnost neochuzuje, spíše naopak.

Sám jsem to viděl, a byl to jeden z mých největších životních zážitků ze světa vědy. Znovu jsem si jej vybavil ve chvíli, když noviny přinesly první detailní fotky z povrchu Pluta. Vzpomněl jsem si přitom na návštěvu muzea kosmonautiky, které je v Petropavlovské pevnosti v Sankt Peterburgu a zachycuje časy zhruba před 80 lety.

Tehdy se to město jmenovalo Leningrad. A pevnost připomínala časy, kdy bylo skutečně vězením, kam Stalin svezl z gulagů nejlepší raketové odborníky. Dýchali stále cezený vzduch, ale byli mezi sebou a dělali to, co považovali za smysl svého života. Vědeckou výbavu představovaly ocelové trubky, dílenský svěrák, stojan, tužka a papír. Museli mobilizovat své teoretické myšlení, protože většinou měli k dispozici jen myšlenkové pokusy. Akci a reakci aplikovali nejprve jako abstraktní veličiny ve vzorcích, a teprve pak, po dlouhém smlouvání, v praktických návodech k sestrojení něčeho hmotného.

O něco později jsem navštívil muzeum kosmonautiky ve Washingtonu. Ve Spojených státech se zabývali zhruba ve stejnou dobu podobnými problémy, ale vědci tam mohli zadávat zakázky u velkých leteckých firem a poptávat samostatný vývoj dílů, které zapadaly do jejich konceptu.

Když si vzpomeneme na začátek kosmických závodů, Sovětský svaz měl předstih. Nebyl to předstih nesvobody. Byl to předstih vzepětí ducha v prostředí materiální nehojnosti. Bylo to vítězství matematiky nad hmotou. Byla to přesila pokoušení nemožného proti kombinacím možného.

A tak i kdyby byli Číňané úplně vedle, obohatili mne pocitem, že na světě zbylo něco z tohoto obrovského generátoru idejí, kterým je stimulující nedostatek. Pozor – nikoliv nedostatek dusivka, nedostatek mátoh s upírem na krku, nedostatek v beznaději. Stimulující nedostatek, který nás žene kupředu. To dostatek nás drží na zadku.

Nemít znamená hledat, mít znamená hlídat. Mít znamená skončit chtít. Vzpomeňme na smutnou píseň: Teď už máme, co jsme chtěli. Jak řekl básník, sen se zabíjí tím, že se uskuteční.