Ivan Štekl: Zkušenost Dubny pro mě byla důležitá
V roce 1998 jste na ČVUT obhájil kandidátskou disertaci na téma dvojitého beta rozpadu. Týkalo se to experimentu TGV (Telescope Germanium Vertical) v podzemní laboratoři v Modane. Můžete vysvětlit, o co šlo?
S tím tématem jsem začal v Laboratoři jaderných problémů SÚJV. Původně jsem nastoupil do skupiny spin a pak jsem přešel do skupiny Cvetana Vilova, který měl na starosti neutrinový program v SÚJV. Tehdy mi dali na starost detektor TGV. A já jsem dostal za úkol napsat k tomu programy pro čtení a zpracování dat a obsluhu zařízení.
Bylo to šestnáct germaniových detektorů nad sebou ve společném kryostatu, mezi které se dávaly fólie z obohaceného izotopu kalcia 48, což je jeden z mnoha prvků, které podléhají i procesu dvojitého beta rozpadu. Ten izotop je vzácný – jeden gram tehdy stál 200 000 dolarů. A v SÚJV ho měli asi deset gramů, což by se nikde jinde nedalo sehnat. Napsal jsem tedy ty programy a potom jsme to už společně s Vjačeslavem Jegorovem převezli do francouzského podzemní laboratoře v Modane. Tam se rok měřilo pozadí, potom se dva roky měřilo s kalciem 48, další dva roky se zpracovávala data, a nakonec jsme dospěli k výsledku. Jako druhým na světě se nám podařilo naměřit dvouneutrinový dvojitý beta rozpad kalcia 48. Před námi se to podařilo jenom jedné skupině ve Spojených státech, kterou tehdy vedl Michael Moe a Petr Vogel, což byl Čech, teoretik který odjel po roce 1968 do USA.
S pomocí neutrin je možné zkoumat fyziku velmi velkých energií. Proč jsou v tomto ohledu důležité experiment detekce bezneutrinového dvojitého beta-rozpadu jader (GERDA, NEMO, CUORE a další)?
Neutrino je taková záhadná částice. Byla objevená v třicátých letech a v tehdejším pojetí to byla částice s nulovou hmotností, která se dá velice těžko detekovat a nikoho to příliš nezaujalo. Ale v roce 1953, kdy už byly spuštěné první reaktory, se podařilo neutrino detekovat a začaly se hromadit důkazy o tom, že by hmotnost neutrina nemusela být nulová. Zjistilo se, že jsou tři druhy neutrin, které mezi sebou neustále oscilují – s tím jako první přišel na začátku 50. let Bruno Pontecorvo, který už v té době působil v SÚJV. Ale naměřil to až na konci 60. let Raymond Davis ve zlatonosném dole Homestake v USA. Od té doby se tomu věnovalo stále více pozornosti. Dnes již víme, že neutrino osciluje, že má nenulovou hmotnost, ale stále ještě neznáme řadu jeho vlastností: účinné průřezy, nevíme, jestli nemá magnetický moment atd. Ale co je podstatné – ve vesmíru z našeho pohledu chybí hodně hmoty, nejsme z ní schopni najít až 96 %. A těch neutrin je velice mnoho a existují teorie, že právě neutrina by mohla být tou chybějící hmotou.
Pokud bude bezneutrinový dvojitý beta-rozpad jader detekován a zjistí se, že neutrina jsou majoranovské částice (a ne diracovské) – co to bude pro fyziku znamenat?
Všichni zveličujeme úspěchy. Všichni říkáme, že jsme objevili novou částici a že to znamená převrat ve fyzice… střízlivě vzato to bude znamenat, že jsme doplnili do tabulek další vlastnosti částice. A z hlediska měření hmotnost vesmíru to bude znamenat, že objevíme další 2-3 % ukryté hmoty vesmíru a začali bychom lépe rozumět procesům, které ve vesmíru vznikají. Většina fyziků si přeje, aby neutrino byla majoranovská částice. Ale je to na úrovni pocitů. Protože Dirac byl velice úpěšný fyzik a všechno mu vyšlo. Ale Majorana, to byl mladý kluk, bylo mu pětadavcet, když zemřel. Zmizel při cestě lodí, nikdo neví kde a jak, nikdo neví, co se stalo. Je to taková romantická postava – mladý člověk, který se postavil špičkovému a všemi uznávanému fyzikovi. A tak si každý tak podvědomě přeje, aby ten mladý romantik měl pravdu. Dvojitý neutrinový beta rozpad je teď každopádně v neutrinové fyzice takové největší lákadlo. A ten výzkum se posunuje. Začínali jsme deseti gramy obohaceného materiálu, pak se to posunulo na stovky gramů, pak na kilogramy a teď už jsme se dostali na stovky kilogramů. A není daleko doba, kdy se bude pracovat s tunami obohaceného materiálu. Doba se vyvíjí. Dříve bylo pár tisíc vědců, dneska jsou jich miliony, každý rok skončí deset milionů doktorandů a věda začíná připomínat fabriku. Takže na určitou oblast výzkumu se pak může soustředit miliarda dolarů a pět set lidí vytvoří obrovský detektor.
Seznámil jsem se se Sergem Julianem z Linear Accelerator Laboratory z Orsay, a Serge přišel s nápadem, že bychom mohli pravidelně pořádat konference čistě pro výpočty jaderných maticových elementů, což je nezbytný předpoklad pro dvojitý beta rozpad, pro neutrinovou fyziku. Přizvali jsme Jouniho Suhonena, což je teoretik z finské University v Jyväskylä a Osvalda Civitareze z University v La Plata, a v roce 1997 jsme v Praze uspořádali první konferenci MEDEX. Sešlo se tam asi čtyřicet lidí. A my se Zdeňkem Janoutem máme rádi filatelii, a tak jsem navrhnul, že bychom mohli nechat udělat pro MEDEX oficiální korespondenční lístek s razítkem, a umístili jsme na něj dvě fotografie – Bruna Pontecorva a Ettore Majorany, jako naše vzory. Konference od té doby probíhá v Praze každé dva roky.
Další věc, která by mohla neutrinovou fyziku posunout dopředu, jsou experimenty hledající tzv. sterilní neutrina. Přechody obyčejných mionových antineutrin do sterilního stavu byly pozorovány již před řadou let na neutrinovém detektoru v Los Alamos. Kam jsme se v této otázce od té doby posunuli?
To je stále otevřená otázka. Část lidí si stále přeje, aby to tak bylo, část lidí tomu nevěří. Neposunuli jsme se v tom příliš daleko, spíše začíná převládat skeptický názor. Je potřeba dále provádět experimenty, nevynechat žádnou možnost.
Jakou roli v tomto výzkumu hraje reaktorový experiment DANSS, který se provádí v Kalininské atomové elektrárně?
To je komerční reaktor, jako například v Temelíně. A pod tím reaktorem je technologická místnost, kam se podařilo Dubně a moskevskému Kurčatovskému ústavu zajistit přístup vědcům, kteří si tam můžou instalovat detektory. Takže oni jsou deset metrů od „cuore“ reaktoru a jsou zároveň chránění tím reaktorem a betonem před kosmickým zářením. Ta laboratoř je naprosto unikátní. A toky antineutrin z reaktoru jsou tam ohromující. Jsou schopni tam zkoumat oscilace neutrin na krátké vzdálenosti, 10–15 metrů od „cuore“ reaktoru. A s Francouzi se jim podařilo zkonstruovat germaniové detektory, které mají velmi nízký práh, takže jsou schopni měřit také magnetický moment neutrin.
Můžeš říct pár slov o tvém příteli dubněnském fyzikovi Vjačeslavovi Jegorovovi, který se na experiment DANSS významně podílel?
Sláva Jegovrov byl nesmírně talentovaný fyzik, který rozuměl jaderné a částicové fyzice a měl velmi zajímavé nápady. A navíc uměl výborně programovat, rozuměl elektronice. Když se rozbil zesilovač, vzal si ho večer domů a ráno ho přinesl spravený. Programy na čtení dat si psal sám. Rozuměl technice, programování a uměl i fyziku. A díky tomu byl schopný zadefinovat úkoly a směry, kudy by se mělo jít. Oni byli s Víťou Brudaninem taková výborně sehraná dvojice. Sláva nechtěl dělat administrativní práci. Chtěl se věnovat jenom vědě a výchově mladých lidí. A Víťa uměl všechno zařídit: získat finance, přesvědčit lidi, že se to takhle musí udělat a že to má smysl. Sláva uměl výborně přednášet a motivovat mladé lidi. Já měl štěstí, že jsem se dostal k tomu kalciu 48, že jsem si udělal aparaturu a naměřil jsem to, ale Sláva mi pak pomohl se zpracováním. Když jsem s tím skončil, jediné, co mě napadlo bylo, že bychom mohli přejít na dvojitý k-záchyt, což je speciální modus toho dvojitého beta rozpadu a věnovat se kadmiu 106. Ale Sláva měl takových nosných nápadů desítky. Byla to velká osobnost, která ovlivnila celou generaci dubněnských vědců.
Samoil Michelevič také tvrdil, že s pomocí neutrin je možné dobrat se energetické škály, která určuje novou fyziku?
Se Samoilem Bileňským jsme byli přátelé. Samoil byl žák a kolega Bruna Pontecorva. Když jsem do SÚJV přijel, Pontecorvo tu ještě byl, ale já jsem se bál k němu přijít. Říkal jsem si, že je to velký boss a já jsem nějaký doktorandík, a tak jsem se ho bál na něco zeptat. Pak umřel a vyčítal jsem si, že jsem nevyužil té příležitosti. Takže radím mladým lidem, aby se nebáli ptát, dokud tady ti lidé jsou. Se Samoilem jsme se seznámili přes Letní školu neutrinové fyziky Bruna Pontecorva. Dokonce jsme ji dělali v Bratislavě a v Praze, a tak jsme měli možnost se poznat. V Praze jsme mu také s Rupertem Leitnerem a Fedorem Šimkovicem zorganizovali oslavu devadesátých narozenin. Tak trochu jsme ho ukradli Dubně. Lidé jsou různého založení – jedni říkají, že už jsme to všechno vyzkoumali a teď už je to jenom brnkačka. A druhá sorta lidí říká: něco jsme udělali, ale 99 procent všeho je před námi. A Samoil byl právě člověk, který říkal: hodně jsme toho udělali, ale ještě hodně je toho před námi. Já si také myslím, že jsme teprve na začátku poznání. Že příroda je nevyčerpatelná, nekonečná. Faktem je, že detektor Baikal-GVD už dnes měří události neutrin s energií 100 tenů. To je energie, kterou my zatím nedokážeme vyrobit. V kosmu to někde vzniká, ale my zatím nevíme jak. Takže Samoil měl zřejmě pravdu, že neutrinová fyzika časem zase otevře dveře dalšímu poznání. Ale to já nevím, to je spíše z oblasti filosofie.