Zlákán tajemstvím

Začátkem loňského prosince oblétla svět zpráva o objevu extrémně energetické kosmické částice. K Zemi dorazila 27. května 2021 a v zorném poli mezinárodní observatoře Telescope Array v americkém Utahu uvolnila gigantickou energii asi 240 exaelektronvoltů (EeV), čímž asi 40milionkrát překonala nejenergetičtější protony, vyprodukované nejvýkonnějším pozemským urychlovačem LHC ve švýcarském CERN. Ani po dvou letech bádání nevíme, co k nám částici Amaterasu, jak zní její oficiální jméno,¹⁾ poslalo. Vše, co zatím máme, jsou zaznamenaná data a jistota, že vesmír je stále „temný les“, ve kterém létají „netopýři“, které jsme ještě nikdy neviděli.

Mezi stovkami vědců, kteří na tyto posly z vesmíru na celém světě číhají, je Jakub Vícha z Fyzikálního ústavu Akademie věd. Zánik kosmického záření v zemské atmosféře je pro něj příležitostí, jak se od těchto kosmických cestovatelů dozvědět o dějích v částech vesmíru, kam se nikdy nemáme šanci fyzicky dostat; jsou od nás příliš daleko v prostoru a někdy i v čase.

Vnímáte částici Amaterasu také jako velkou věc? — Částice s takto vysokou energií jsou mimořádně vzácné a jakákoliv jejich detekce je vždy velmi zajímavá. Když ale započítáme nejistoty měření, její energie je srovnatelná s energiemi částic, které dosud zaznamenaly i jiné observatoře, jako je současná Observatoř Pierra Augera. Rekord to ale není. Drží ho od roku 1991 částice zvaná „Ó, bože můj“ (v angličtině Oh‑My‑God) s energií zhruba 320 EeV, zachycená americkou observatoří Fly’s Eye.

Ing. Jakub Vícha, Ph.D. (*1986)

Vystudoval Fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou ČVUT v Praze, kde později získal i doktorát v oboru experimentální jaderná fyzika. Od roku 2016 pracuje ve Fyzikálním ústavu AV ČR a na Observatoři Pierra Augera studuje nejenergetičtější částice přilétající z vesmíru. Současně se v mezinárodních týmech podílí na přípravě dvou experimentů pro výzkum záření gama – CTA (Cherenkov Telescope Array) a SWGO (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory) –, které budou zkoumat fotony o energiích 10^10–15 eV.

Vícha vyvinul novou metodu, díky níž lze komplexně studovat složení kosmického záření společně s nedostatky v předpovědích modelů hadronických interakcí, založených na dosavadních představách o interakcích mezi částicemi a atmosférou ve vzniklých sprškách částic. Za dosavadní vědecké aktivity mu Akademická rada AV ČR v roce 2023 udělila prémii Lumina quaeruntur, umožňující založení a pětileté financování vlastní vědecké skupiny, což mu pomůže prohloubit studium kosmického záření podle vlastního konceptu.

Snímek Akademie věd ČR

U které ovšem dodnes, stejně jako u Amaterasu, zůstává záhadou astrofyzikální objekt, který by ji k nám mohl vyslat. — To je další zajímavá indicie, že nejenergetičtější částice jsou nejspíše velmi těžká jádra. Díky velkému náboji se proto dráha jejich putování vesmírem v magnetických polích výrazně zakřivuje, čímž se ztrácí informace o směru, v němž máme hledat zdroj.

Co potřebujeme k tomu, abychom zdroj našli? — Pochopit mnohem lépe strukturu a intenzitu magnetických polí naší galaxie a blízkého vesmíru do vzdálenosti několika desítek megaparseků²⁾ (Mpc), což by nám později mohlo pomoci buď odhalit jejich zdroje, nebo potvrdit či vyvrátit alternativní teorie, že tyto částice pocházejí z rozpadu nějakých exotických supertěžkých částic nebo jsou důsledkem nějaké nové fyziky.

Hledání zdrojů vysokoenergetických částic, které k nám přilétají s kosmickým zářením, se ostatně věnuje i jihoamerická Observatoř Pierra Augera, na jejímž programu se podílíte. Proč jste nepokračoval v cestě k částicové fyzice, na kterou jste se původně vydal? — Popravdě řečeno jsem z toho, co mi ten obor nabízel za perspektivy, byl trochu zoufalý. Měření na urychlovačích mne totiž příliš nebavilo. Něco tam proměříte lépe, či ještě lépe, můžete prostřednictvím řízených srážek částic zkoumat základní vztahy mezi nejmenšími stavebními kameny všeho, co tvoří náš svět, a dokonce objevit něco nového, ale pro mne tomu chyběla jakási „záhadnost“ – silné tajemství, skryté tak, že lidem neustále motá hlavu.

Mám tomu rozumět tak, že jste toužil po větším badatelském vzrušení? — Přesně tak. Když pracujete na experimentu v urychlovači, víte, co si tam pustíte za částice, zatímco částice kosmického záření vám nepřinese navštívenku s adresou svého vesmírného rodiště a popisem cesty, kterou k vám dolétla. Když jsem si to uvědomil, najednou nebylo pochyb, co chci studovat a čemu se chci nadále věnovat.