Když mě jeden z našich z našich čtenářů požádal o shrnutí roku 2023 ve fyzice, chtěl jsem nejprve odmítnout. Říkal jsem si, že se zase tolik zajímavých a zásadních událostí v tomto roce v této vědecké oblasti, přesněji v oborech, které sleduji a o něž se zajímám, nestalo. Nakonec jsem si ale řekl, že proč ne. Rozhodl jsem se tedy článek napsat a vydat. A myslím, že z toho můžeme udělat novou tradici, vždy těsně po Novém roce vyjde článek shrnující nejvýznamnější události ve fyzice v předchozím roce. Můj výběr bude samozřejmě čistě subjektivní, jakýkoliv jiný fyzik či popularizátor by na mém místě patrně volil jinak. Dodávám ještě, že ani počet zmíněných událostí nebude vždy stejný, někdy totiž může nastat na mimořádné objevy velmi bohatý rok, jindy naopak rok chudší. Ale dost bylo řečí, pojďme se pustit rovnou do tématu.

Gravitační vlny a metoda PTA

Systém obsahující dvě hvězdy je dobrým zdrojem gravitačních vln.
Zdroj: https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/

Začít nemůžeme nikde jinde, než u pravděpodobně největšího objevu minulého roku, byť považovat jej za objev je poněkud sporné, ale k tomu se ještě dostaneme. Ona událost se týká gravitačních vln. Ty se podařilo poprvé prokázat v 70. letech a poprvé přímo pozorovat v roce 2015 na dvojici detektorů LIGO. Tyto interferometry jsou stále v provozu a dodávají mimořádně cenná data. Loni začal čtvrté kolo vědeckých pozorování, od počátku roku 2024 se mají přidat ještě italský detektor VIRGO a japonský interferometr KAGRA. Prozatím se podařilo zachytit množství srážek černých děr a také několik vzácnějších událostí, jako jsou srážky dvojic neutronových hvězd a podobně.

Vizualizace observatoře LISA pohupující se na gravitačních vlnách.
Zdroj: https://www.aei.mpg.de/

Přestože je však interferometrická metoda velmi účinná a přináší mnoho nového, rádi bychom pozorovali i gravitační vlny z jiných zdrojů. A to tímto postupem nelze dosáhnout, jelikož jsou současné interferometry citlivé jen na určité frekvence. Nabízí se vybudování větších interferometrů v kosmickém prostoru (LISA, DECIGO, TianQin…), to je však zatím hudba budoucnosti, snad se dočkáme ve 30. letech. Je tu však také možnost pozorovat pulsary, tedy určitý typ neutronových hvězd, pozůstatků po velmi hmotných hvězdách.

Tyto objekty vydávají ve velmi pravidelných intervalech pulsy elektromagnetického záření, které můžeme pozorovat. A protože jsou tyto signály natolik pravidelné, je velmi nápadné, pokud by z nějakého důvodu došlo k jejich zpoždění či pokud by naopak přišly dříve. I to můžeme zaznamenat, o což se právě snaží týmy pracující na metodě Pulsar Timing Array (PTA). Tu jde provozovat i v rentgenové části spektra, viz nedávný článek o zapojení Fermiho observatoře, hlavní slovo ale zatím mají radioteleskopy, které pozorují tzv. milisekundové pulsary, což značí, že je perioda jejich kmitů v řádu milisekund.

Znázornění principu metody Pulsar Timing Array (PTA)
Zdroj: https://astrobites.org/

Kolaborace pracující na metodě PTA najdeme všude po světě a nejedná se o věc novou, naopak sběr dat probíhá již dlouhé roky. První náznak úspěchu přišel v roce 2020, avšak lepší data jsme získali právě v roce loňském. Vypadá to, že se podařilo poprvé spolehlivě zachytit tzv. gravitační pozadí. Jedná se o gravitační vlny, kterých je plný vesmír a které jen tak poletují prostoročasem. V tomto případě nejsou z žádného konkrétního zdroje, respektive zdroj zatím zjistit neumíme, ale jedná se o signál z mnoha různých zdrojů všude možně po obloze. Proto gravitační pozadí.

Umělecká představa dvojice supermasivních černých děr obíhajících kolem společného těžiště v centru galaxie.
Zdroj: https://aasnova.org/

Zachycený signál je o něco silnější, než jsme předpokládali, nicméně pro jeho vysvětlení postačuje standardní a už známá fyzika, pravděpodobně se jedná o gravitační vlny produkované při srážkách supermasivních černých děr, takových, jakou najdeme i v jádru naší Mléčné dráhy. V případě PTA jde však o ještě hmotnější černé díry, v řádu miliard hmot našeho Slunce, právě tam je totiž tato metoda nejcitlivější. Přestože jde však o pozorování velmi nadějné a v podstatě o objevu nikdo již moc nepochybuje, musíme si přesto na oficiální potvrzení ještě počkat, jelikož jsou v tomto pravidla ve fyzikální komunitě poměrně striktní a nutná hranice statistické spolehlivosti pro opravdu jistý objev ještě nebyla překročena.  To by se však do pár let mělo změnit.

Webbovo hledání nejvzdálenějších objektů

Detail galaxie GLASS-z12.
Zdroj: https://universemagazine.com/

Spoustu lidí vždy fascinovala různá nej, popřípadě žebříčky top 10 v podstatě čehokoliv. Není tedy divu, že i v astronomii mají právě snahy o hledání největších nebo nejvzdálenějších objektů jakéhokoliv druhu velký úspěch. V loňském roce k této snaze velmi přispěl Webbův teleskop, který má úžasné schopnosti posouvat kosmologii mnohem dále, než jsme dříve tušili, že vůbec bude možné. Díky němu se nám několik nej, přesněji nejvzdálenějších objektů odhalit podařilo.

Patrně nejzásadnější je to v případě galaxií. Do startu JWST byla nejstarší spolehlivě prokázaná galaxie GN-z11 objevená Hubbleovým kosmickým dalekohledem. To se však rychle změnilo a JWST udělal v této oblasti hotovou revoluci. Podařilo se mu pozorovat celou řadu extrémně vzdálených galaxií. Prvotní nadšení bylo odborníky oprávněně kroceno, některé výsledky se skutečná ukázaly jako chyby měření, popřípadě měly jiné vysvětlení, avšak mnoho galaxií zůstalo.

Snímek klíčové oblasti i s výřezem, který ukazuje detail nejstarší známé supermasivní černé díry. Vlevo Chandra, vpravo Webb.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

I zde je třeba poznamenat, že většina měření proběhla fotometricky a jen několik z nich nakonec potvrdila i přesnější spektroskopická metoda jako opravdu tak vzdálené (popřípadě podobně vzdálené), jak se zpočátku myslelo. Rekord se však přesto posunout podařilo. Aktuálně jej drží galaxie GLASS-z12 (nalezená programem GLASS), na druhém místě je potom galaxie Maisie, o níž jsme zde nedávno měli samostatný článek (za objevem stojí projekt CEERS). Obě jsou více než 13,4 miliardy světelných let daleko.

Dalším milníkem je nalezení vůbec nejvzdálenější supermasivní černé díry, o čemž jsme nedávno také měli samostatný článek. Tato je navíc poměrně velká, její hmotnost činí asi 40 milionů hmot Slunce. Ale ani zde to není zdaleka všechno, právě výše zmíněný projekt CEERS se zasloužil o objev dalších několika velmi vzdálených supermasivních černých děr, které jsou navíc aktivní a tvoří tak jádra jedněch z prvních existujících aktivních galaxií, v tomto případě kvasarů. U obou kategorií lze očekávat, že další podobně vzdálené objekty budou brzy následovat.

Nejbližší černé díry

Gaia
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

O nejvzdálenějším jsme hovořili, teď nás naopak bude zajímat nejbližší. I zde hledejme souvislost s kosmickým výzkumem, ovšem nikoliv u JWST, nýbrž u observatoře Gaia, která je pro průzkum Mléčné dráhy přímo určená. I v jejím případě se jedná o černé díry, ovšem nikoliv ty super hmotné, právě naopak velmi lehké, jejichž hmotnost dosahuje jen jednotek nebo nižších desítek hmot Slunce. Právě z hvězd totiž vznikly.

V našem bezprostředním okolí žádné černé díry neznáme, všechny od nás dělí tisíce světelných roků. Do roku 1986 byla nejbližší současně též ta první známá, to je Cygnus X-1, vzdálená 7300 světelných let, poté převzala vládu A0620-00, kterou od nás dělí 4700 světelných let. Prvenství jí vydrželo až do tohoto desetiletí, kdy observatoř Gaia dokázala zaznamenat hned dva bližší objekty tohoto typu. Jejich objevy přišly v letech 2022 a 2023, potvrzení z dalších pozemních i kosmických observatoří.

Umělecká představa systému Gaia BH1.
Zdroj: https://cdn.sci.news/

Gaia BH1 a Gaia BH2, jak se oba objekty jmenují, mohly být objeveny díky tomu, že tvoří binární systém s hvězdou hlavní posloupnosti a gravitačně se vzájemně ovlivňují. Gaia BH2 leží ve směru souhvězdí Kentaura, její hmotnost dosahuje téměř devíti hmot Slunce a dělí ji od nás 3800 světelných roků. Gaia BH1 má hmotnost 9,78 hmot Slunce, leží ve směru souhvězdí Hadonoše a leží od nás jen 1560 světelných let, jedná se tedy o suverénně nejbližší černou díru, jakou dosud známe.

Lokalizace dvou nově objevených černých děr na obloze.
Zdroj: https://www.esa.int/

Velmi podstatný a novátorský je zde způsob detekce obou černých děr. Dříve totiž existovaly v zásadě jen dvě možnosti, jak hvězdné černé díry najít, buď pomocí gravitačních vln, pokud se nějaké takové dvě černé díry srazily, popřípadě v systémech, kde byla černá díra s jinou hvězdou, z níž na sebe ale přetahovala materiál. To vytvářelo akreční disk, který pak jasně zářil v rentgenové oblasti spektra. U Gaia BH1 nebo Gaia BH2 nic takového ale nevidíme. Gaia je nicméně naštěstí natolik citlivá, že dokáže najít černé díry jen podle jejich vlivu na hvězdy, s nimiž jsou v systému. Stačí jí měřit směr a velikost jejich pohybů, aby mohla určit, že je s nimi v systému objekt nevydávající elektromagnetické záření a současně tak těžký, že nemůže jít o nic jiného, než právě o černou díru.

Jak padá antihmota

Obrázek ukazuje z jakých kvarků a antikvarků jsou složeny proton (vlevo nahoře), antiproton (vpravo nahoře), neutron (vlevo dole) a antineutron (vpravo dole). Vidíme, že k vytvoření většiny standardních částic nám postačí kvarky a antikvarky u a d. Antikvarky jsou zde označeny čarou nad příslušným písmenem.
Zdroj: https://www.schoolphysics.co.uk/

Antihmota je látka složená z částic s opozitními vlastnostmi k částicím běžným, nejčastějším případem jsou částice s opačným elektrickým nábojem. Tak například proton má kladný elektrický náboj, zatímco jeho antičástice antiproton má náboj záporný. U jiných částic však mohou být opačné jiné vlastnosti. Tak například neutron a antineutron vykazují stejný, tedy nulový, elektrický náboj. Antineutron má však opačné baryonové číslo. Baryonové číslo neutronu je plus jedna, zatímco pro antineutron je to minus jedna.

Kromě toho se však fyzikové domnívají, že by pro hmotu i antihmotu měly platit stejné fyzikální zákony, tak například hmota v gravitačním poli Země padá dolů, směrem k zemskému jádru. I když má antihmota některá kvantová čísla a náboje oproti běžným částicím opačné, fyzikové očekávají, že se v mnoha ohledech bude chovat podobně jako standardní hmota. Tak například se očekává, že antihmota vykazuje stejnou setrvačnost vůči urychlování jako hmota, dále se očekává, že se antičástice budou vzájemně gravitačně přitahovat, podobně jako se toto chování očekává u dvojice částice a antičástice. Také si myslíme, že v gravitačním poli bude antihmota padat úplně stejně jako běžná hmota. Velmi by nás překvapilo, kdyby například antičástice v gravitačním poli Země místo volného pádu začala kolmo vzhůru stoupat.

Experiment ALPHA
Zdroj: https://mediaarchive.cern.ch/

Jistotu jsme však neměli, přesvědčivé experimentální důkazy chyběly. Této problematice se však věnuje experiment APLHA-g provozovaný kolaborací ALPHA a umístěný v laboratoři CERN na hranici mezi Francií a Švýcarskem. Pomocí něho pozorovali atomy antivodíku, což jsou vlastně antiprotony, kolem nichž obíhají pozitrony, antičástice elektronů. Tyto atomy antivodíku nechali vědci volně padat a zjistili, že se antihmota v tomto případě chová úplně stejně jako běžná hmota, tedy v gravitačním poli padá. Nicméně přesto se tu podařilo jistý rozdíl, byť prozatím s nízkou statistickou významností odhalit. Podívejme se však nejprve, jak vlastně experiment proběhl.

Vodík (vlevo) a antivodík (vpravo). Obrázek ukazuje, že oba atomy mají prohozené částice v jádru a elektronovém obalu.
Zdroj: https://akm-img-a-in.tosshub.com/

Ve vakuové komoře drželi vědci antivodík v magnetické pasti, což je jediný způsob, jak rozumně po delší dobu skladovat antihmotu. Poté antivodík uvolnili a nechali ho anihilovat s částicemi na stěnách pokusné komory. Potom se podívali na výsledky a zjistili, že pod úrovní, kde antivodík uvolnili došlo k většímu počtu anihilací, než nad tímto bodem. V úvahu ještě museli vzít tepelný pohyb atomů antivodíku. Po započtení všech proměnných dospěli k závěru, že antivodík v gravitačním poli padá. Nicméně, zajímavé je že gravitační zrychlení antihmoty dosahuje dle tohoto experimentu jen třech čtvrtin zrychlení standardní hmoty. Ano, tento výsledek je zatím statisticky velmi málo průkazný a může se snadno ukázat, že jde o chybu měření. Nicméně prozatím ponechává otevřené možnosti pro novou fyziku.

Amaterasu

Graf znázorňující tok částic kosmického záření v závislosti na energii. Povšimnout si můžete dvou zlomů v křivce, takzvaného kolena a kotníku, graf totiž s trochou fantazie připomíná lidskou nohu. A právě oblasti kolena a kotníku vědce velmi zajímají.
Zdroj: https://media.springernature.com/

Kosmické záření už známe více než 100 let a jeho objev je spjat s Českem. Že neznámé záření skutečně pochází z kosmu totiž fyzik Victor Hess potvrdil v balonu naplněném vodíkem z chemičky v Ústí nad Labem, odkud také startoval. Za svůj objev získal v roce 1936 Nobelovu cenu za fyziku. Od té doby kosmické záření podrobně zkoumáme, stále však zůstává mnoho nejasností. Zjistili jsme například, že k nám z kosmu přilétají extrémně energetické částice o energii až 10²⁰ eV. Pro srovnání, na urychlovači LHC umíme připravit energii 10 TeV, což je 10¹³ eV, jinými slovy, z kosmu k nám létají částice s deset milion krát vyšší energií.

Ale neklesejme příliš na mysli, zatímco LHC umíme spustit v zásadě, kdy chceme a produkovat takové energie pravidelně, extrémně energetická částice k nám přiletí jednou za několik desetiletí. O tom koneckonců svědčí i současná statistika. Částice s energií 10²⁰ eV nebo vyšší jsme za celá desetiletí výzkumu identifikovali dvě. První, tzv. „Oh My God Particle“, přiletěla v roce 1991, kdy byla identifikována na detektoru v Utahu a měla energii 3,2 x 10²⁰ eV. Od té doby dlouho nic, až v loňském roce se zpětně v datech z roku 2021 podařilo najít druhou podobnou částici. Ta získala název Amaterasu, podle nejdůležitější šintoistické bohyně a dosáhla energie 2,4 x 10²⁰ eV. Shodou okolností byla pozorována také v Utahu, byť jiným detektorem.

Jedna z pozemních stanic americké observatoře Telescope Array Project v Utahu. Právě ona detekovala částici Amaterasu.
Zdroj: https://archive.unews.utah.edu/

Energie obou částic byla obrovská, tím spíše, že se jednalo o nepředstavitelně malé elementární částice. Jejich energie je kupříkladu srovnatelná s baseballovým míčkem letícím rychlostí 100 kilometrů za hodinu nebo s pádem kilogramového závaží ze střechy nižší budovy. Dokonce i tak energetické objekty jako blazary ve srovnání s těmito částicemi blednou závistí, jelikož jejich částice dosahují jen energií asi 20 milion krát nižších.

Nicméně na druhou stranu, i energie těchto částic je pořád o více než sedm řádů nižší, než tzv. Planckova energie, při níž někteří očekávají projevení zásadně nové fyziky. A přestože se Amaterasu a Oh My God Particle hodně blíží svou rychlostí rychlosti světla, proton s Planckovou energií by jí byl ještě 10¹⁵ krát blíže. Představme si, že máme proton s Planckovou energií. Pokud bychom jej nechali vystartovat současně s fotonem, potom by jej foton předběhl o jediný centimetr až za 3,5 x 10²⁰ roků, což je výrazně více, než je současné stáří vesmíru (10¹⁰ let), tak nepředstavitelnou energii by měl proton na Planckově škále.

V našem okolí se nachází i poměrně velká bublina v podstatě prázdného prostoru nazývaná Local Void. Právě z jejího směru, zdá se, Amaterasu přiletěla.
Zdroj: https://www.scinexx.de/

Zajímavé je, že dosud nevíme ani zdaleka odkud k nám kosmické záření přilétá. Jistě, u méně energetických částic dokážeme vystopovat jejich původ do Slunce, centra naší Galaxie a podobně. Ale u více energetických částic tápeme. Problém je, že kosmické záření tvoří převážně nabité částice, tudíž je ovlivňují magnetická pole v mezihvězdném prostoru. Takže vystopovat jejich původ je velmi obtížné. Takto energetické částice jako Oh My God a Amaterasu už sice magnetická pole příliš neovlivňují, ale statistika rovna dvěma je velmi málo. Navíc u Amaterasu se dokonce zdá, že se vynořila s místní bubliny prázdnoty ležící ve směru souhvězdí Herkula.

BEC simulace vesmíru

Slavná vizualizace Boseho–Einsteinova kondenzátu tvořeného atomy rubidia. Vlevo těsně před vznikem BEC, uprostřed těsně po vzniku BEC, vpravo čistý kondenzát po odpaření dalších atomů z pasti.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Boseho-Einsteinovy kondenzáty (BEC) jsou jednou z nejzajímavějších skutečností ve fyzice nízkých teplot. Předpověděli je Bose a Einstein ve 20. letech minulého století, poprvé připravit se je ovšem podařilo až o 70 let později a to souběžně několika skupinám, z nichž ty nejdůležitější vedli Carl Wieman a Eric Cornell (oba Nobelova cena), Wolfgang Ketterle a David Pritchard (Nobelova cena Ketterle) a Randall Hulet. Od té doby vědci s BEC dělají psí kusy, nechávají je padat v pádových věžích či je posílají je do kosmického prostoru, aby co nejlépe zachytili jejich vlastnosti. O některých aplikacích jsme si ovšem před 20 lety nemohli ani nechat zdát.

Eric Allin Cornell
Zdroj: https://www.nist.gov/

Odborníci z několika německých univerzit ve spolupráci s fyziky z Belgie a Španělska využili právě BEC k dosud nevídané věcí. Pomocí něj totiž simulovali rozpínající se vesmír a fyzikální pole, která v něm působila. V této analogii představoval sám BEC celý existující vesmír, zatímco v něm se pohybující fonony (kvazičástice šířící vibrační kvanta v krystalové mřížce) představovaly kvantová pole, která v kosmu existovala. Tým vědců dokonce dokázal simulovat různé rychlosti rozpínání vesmíru a to úpravou délky rozptylu atomů v kondenzátu. Skrze fonony pak mohli sledovat simulaci vzniku kosmických fluktuací hmoty. Podobné práce mohou být velmi cenné v ověřování platnosti kosmologických teorií a toho, jak podle nich měly ve vesmíru vznikat struktury.

Reionizace vesmíru

Webbův dalekohled má velmi širokou paletu výzkumných programů. A není divu, na nejpokročilejším současném teleskopu by chtěl pracovat každý. Ale jen málokomu se to skutečně podaří. Přesto je záběr zapojených týmů, i v jednotlivých oblastech velmi široký. Jednou z hlavních oblastí zájmu je kosmologie, vznik a vývoj kosmických struktur a hledání nejvzdálenějších galaxií. V této souvislosti se velmi často hovoří o projektech GLASS, JADES, CEERS nebo UNCOVER. Nicméně neméně zajímavý, ale méně často zmiňovaný je program EIGER. Ten nemá nic společného se slavnou horou téhož jména ležící ve švýcarských Alpách, ale jde o zkratku z Emission-line galaxies and Intergalacti Gas in the Epoch od Reionization.

Hluboký vesmír s tisícovkami galaxií nasnímaný v rámci projektu EIGER.
Zdroj: https://cdn.esawebb.org/

Jak už název napovídá, tomuto projektu tedy nejde primárně o hledání rekordních galaxií, nýbrž o výzkum velmi zajímavé éry reionizace. Zpočátku byla ve vesmíru látka ionizovaná, pak se ovšem plyn (převážně vodík) stal neutrálním a znovu se ionizoval až několik set milionů let po Velkém třesku. Proto hovoříme o reionizaci. V tomto stavu je dodnes, i nyní není většina běžné hmoty v kosmu neutrální, ale je slabě ionizována. K této reionizaci vesmíru došlo několik set milionů let po Velkém třesku, to víme celkem jistě. Co však nevíme je, jaký byl mechanismus tohoto procesu, ani to, co jej způsobilo. Přijít na tuto záhadu se snaží právě kolaborace EIGER.

Vzdálené galaxie ležící nedaleko kvasaru, který je rozpoznatelný na horním snímku v této podkapitole.
Zdroj: https://cdn.esawebb.org/

V letošním roce získali astronomové výsledky, které jsou pro tento výzkum poměrně zásadní a to díky přístroji NIRCam pracujícím v blízkém infračerveném záření. Podle nich se zdá, že by mohla být pravdivá hypotéza tvrdící, že reionizaci způsobily nejstarší existující galaxie. Jako pravděpodobné se jeví, že se plyn začal ionizovat nejprve v okolí raných galaxií, takže vznikaly jakési bubliny ionizovaného materiálu, které se postupně zvětšovaly, šířily do okolí a následně i spojovaly, čímž utvářely větší a větší ionizované oblasti. Aby se takové bubliny mohly tvořit, musí být přítomen nějaký zdroj záření. Specialisté se domnívají, že takovým vhodným zdrojem jsou hvězdy v raných galaxiích. JWST ukázal korelaci mezi umístěním galaxií a reionizovaných oblastí, zdá se tak, že za ionizaci skutečně mohly rané galaxie.

Další významné výsledky

Po zralé úvaze jsem se kvůli úspoře místa rozhodl zařadit jen výsledky, které se alespoň lehce dotýkají kosmonautiky či alespoň astronomie a výzkumu vesmíru. Přesto se ve fyzice odehrálo i ledacos dalšího zajímavého, co je mi líto krátce nezmínit, proto alespoň heslovitě ještě několik bodů.

• Americko-kanadskému týmu fyziků se podařilo získat informace o struktuře hmoty tím, že pozorovali rozptyl neutrin na atomech vodíku v plastových materiálech. Aby odfiltrovali rozptyl na atomech uhlíku, provedli numerickou simulaci. Výsledek pak od měření odečetli.
• Britští odborníci pozorovali dvouštěrbinový experiment, kdy prokázali, že k difrakci světla na štěrbinách a vzniku interferenčního obrazce dochází i v případě, kdy se štěrbiny objevují a mizí postupně v různých časových intervalech.
• Přenos kvantové informace pomocí standardní telekomunikační sítě se podařil fyzikům z Rakouska a Francie. Prokázali tak, že všechny klíčové prvky kvantové komunikační sítě mohou fungovat dohromady.
• Kvantová teleportace energie se na mikroskopické vzdálenosti podařila fyzikům ze Spojených států. Využili přitom nově objeveného fázového přechodu, který připomíná přeměnu pevné látky na kapalinu, nicméně jde o přechod ve struktuře informace.
• Jeden jediný atom zobrazili pomocí synchrotronového rentgenového záření odborníci z USA. Použili přitom zcela novou techniku, jelikož dosud se daly tímto způsobem pozorovat pouze vzorky, které obsahovaly 10 000 nebo více atomů.
• Trhliny v některých materiálech se podle izraelských specialistů mohou šířit vyšší rychlostí, než je rychlost šíření zvuku v daném materiálu. To přitom odporuje standardnímu popisu a značí to nutnost použití nové tzv. supersmykové dynamiky.
• Předním teoretickým fyzikům z USA se povedlo vyvinout nový přístup ke gravitaci, který umožňuje popsat oblast kolem horizontu událostí černé díry a těsně pod ním, aniž by porušil známá experimentální data. To by mohlo pomoci při pokusech o kvantování gravitace.

Nobelova cena

Oficiální obrázek laureátů Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2023.
Zdroj: https://news.cgtn.com/

I v loňském roce byly udělovány Nobelovy ceny za fyziku, nejprestižnější ocenění ve vybraných vědeckých oborech. Oproti roku 2022, kdy byli ocenění kvantoví fyzikové tentokrát Nobelovská komise sáhla po atomové fyzice a ocenila Pierra Agostiniho a Annu L’Huillier (oba Francie) a Ference Krausze (Maďarsko a Rakousko) a to za „experimentální metody generující attosekundové pulsy pro studium elektronové dynamiky hmoty“ (oficiální zdůvodnění). Anne L’Huillier je teprve pátou ženou v historii, která získala Nobelovu cenu za fyziku (před ní to byly Marie Curie, Marie Goeppert-Mayer, Donna Strickland a Andrea Ghez). Loňský ročník byl navíc mimořádně úspěšný pro Maďarsko, které získalo zásluhou Ference Krausze a Katalin Karikóo (cena za vývoj mRNA vakcín) hned dvě ocenění.

Paul Corkum
Zdroj: https://nrc.canada.ca/

Zajímavé je, že jen o rok dříve získala téměř stejná skupina také Wolfovu cenu za fyziku. Toto ocenění udělované izraelskou Wolfovou nadací bývá považováno za druhé nejprestižnější fyzikální vyznamenání. A je velmi časté, že laureáti Wolfovy ceny později obdrží také cenu Nobelovu. Nicméně došlo zde k jisté obměně. Wolfovu cenu totiž obdrželi Krausz a L’Huillier, ale třetím do party byl kanadský fyzik Paul Corkum. Toho ovšem Nobelovská komise z výběru vyřadila a místo něj se rozhodla dát přednost jeho francouzskému kolegovi Agostinimu.

Pořád jsme si ale neřekli, co to jsou ty attosekundové pulsy, že? Attosekundaje jednotkou času, něco jako třeba milisekunda, ale mnohem kratší. Jedná se o 10^-18 sekundy, v desetinných číslech tedy přesně 0,000 000 000 000 000 001 sekundy. Což je v podstatě nepředstavitelně krátký časový okamžik. Pro srovnání, do jedné sekundy se vejde zhruba tolik attosekund, kolik uplynulo sekund od Velkého třesku do dneška. A k čemu, že je jejich výzkum dobrý? Předně kvůli samotné fyzice, tyto nesmírné krátké pulsy nám umožní nahlédnout hlouběji a podrobněji do mikrosvěta, prozkoumat jeho dynamiku, otestovat a případně vyvrátit některé hypotézy či modely. Výzkum loňských Nobelistů ale může též posloužit i k vývoji nových technologií, jak pro využití ve vědě, tak pro náš běžný život.

Opustili nás

Karl Alexander Müller
Zdroj: https://www.sazu.si/

Ani v loňský rok nás neušetřil několika smutných a nenahraditelných ztrát ve fyzikální komunitě. Ve věku 95 let zemřel 9. ledna švýcarský vědec Karl A. Müller. Proslul jako odborník na fyziku pevných látek, zejména se věnoval výzkumu materiálů s ohledem na supravodivost. V roce 1987 obdržel za svůj nejvýznačnější objev supravodivosti v keramických materiálech polovinu Nobelovy ceny za fyziku. Druhou polovinu získal jeho německý kolega Johannes Bednorz.

Jen o rok méně bylo v době úmrtí (24. března) americkému podnikateli, inženýrovi, fyzikovi a chemikovi Gordonu Moorovi. Ten proslul jako spoluzakladatel (druhým byl Rober Noyce, jeden z vynálezců integrovaného obvodu) firmy Intel, největšího světového výrobce polovodičových obvodů a dalších počítačových zařízení. Navíc proslul tím, že vyslovil známý Moorův zákon, který říká, že se počet tranzistorů, které lze za stejnou cenu umístit na integrovaný obvod zdvojnásobí každé dva roky (nebo 18 měsíců, jak tvrdí David House, další činovník Intelu).

John B. Goodenough
Zdroj: https://news.utexas.edu/

25. června nás navždy opustil John B. Goodenough, americký fyzik a chemik, odborník na fyziku pevných látek. Za vynález lithium-iontových baterií obdržel roku 2019 Nobelovu cenu za chemii (společně s ním Michael Whittingham a Akira Yoshino) a to ve věku 97 roků, dodnes je tak nejstarším oceněnou osobností a to nejen v oblasti chemie, ale ve všech kategoriích obecně. Kromě toho se věnoval též magnetickým vlastnostem materiálů. V době úmrtí mu bylo krásných 100 let.

O necelý měsíc později, 24. července, zesnul známý americký relativistický fyzik a kosmolog Charles Misner. Jedná se o jednoho z nejúspěšnějších studentů Johna A. Wheelera, proslulého fyzika a mimořádně plodného vedoucího studentských prací. Zabýval se mnoha aspekty obecné teorie relativity a s tím souvisejících kosmologických aplikací. Nejvíce však patrně proslul svou legendární učebnicí obecné relativity nazvanou prostě Gravitace, kterou spolu s ním napsali právě John Wheeler a také Nobelista a spoluobjevitel gravitačních vln Kip Thorne. Misner se dožil 91 roků.

21. prosince nás opustil také přední ruský teoretický fyzik a kosmolog Alexej Starobinskij. Proslul zejména svými pracemi v teoretické kosmologii, zejména tím, že doplnil, rozšířil a částečně přepracoval původní myšlenku o kosmické inflaci, které měla prudce nafouknout vesmír v jeho počátku. S touto ideou přišel Alan Guth, následně její pokročilejší verze připravili fyzikové jako Paul Steinhardt, Alexander Albrecht, Andrej Linde nebo právě Starobinskij. Všichni společně obdrželi za svou práci několik prestižních ocenění. Starobinskij zemřel ve věku 75 let.

Závěr

Loňský rok se obešel bez nějakého zcela zásadního fyzikálního objevu, který by naplnil novinami palcovými titulky a definitivně zodpověděl některou z mnoha dosud nerozhodnutých otázek fyziky. Na takový si musíme počkat minimálně do roku letošního. I tak se však domnívám, že to byl rok pro fyziku mimořádně zajímavý. Už nyní se těším na leden příštího roku a na to, co si budeme moci povědět o poznatcích, které jsme získali v roce 2024.

Použité a doporučené zdroje

• ESA Webb: https://esawebb.org/
• NASA Web: https://webb.nasa.gov/
• Webb Telescope: https://webbtelescope.org/
• ESA Gaia: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia
• CERN ALPHA Experiment: https://alpha.web.cern.ch/
• Nobel Prize: https://www.nobelprize.org/
• Telescope Array Project: http://www.telescopearray.org/

Zdroje obrázků

• https://media.istockphoto.com/id/1498852742/photo/countdown-to-2024-loading-year-from-2023-to-2024-new-year-start-concept.jpg?s=612×612&w=0&k=20&c=h690YOaZtE7jcaQX3RiT-jnCfPJ1WxakX9PqfL_kuZI=
• https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/7u5yfddeXVJP73NzbtNgnE.jpg
• https://www.aei.mpg.de/782254/original-1651572960.jpg?t=eyJ3aWR0aCI6MTIwMCwiaGVpZ2h0IjpudWxsLCJmaXQiOm51bGwsIm9ial9pZCI6NzgyMjU0fQ%3D%3D–478dd0caf20bbd0b382f8b1a8f9712e2315f3d03
• https://astrobites.org/wp-content/uploads/2012/11/PTAs-1024×768.gif
• https://aasnova.org/wp-content/uploads/2019/02/fig1-copy-702×336.jpg
• https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2022/07/sei_115555193.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d8/Uhz1_%28black_hole%29.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/0/01/Gaia_spacecraft.jpg
• https://cdn.sci.news/images/enlarge10/image_11364e-Gaia-BH1.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2023/03/gaia_s_black_holes/24772472-1-eng-GB/Gaia_s_black_holes_pillars.jpg
• https://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Nuclear%20physics/Nuclear%20structure/text/Quarks_/index.html
• https://mediaarchive.cern.ch/MediaArchive/Photo/Public/2010/1011301/1011301_01/1011301_01-A4-at-144-dpi.jpg
• https://akm-img-a-in.tosshub.com/indiatoday/images/story/201804/antimatter.jpeg
• https://media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs12210-019-00764-1/MediaObjects/12210_2019_764_Fig1_HTML.png
• https://archive.unews.utah.edu/wp-content/uploads/2021/04/MD-SD300dpi-scaled.jpg
• https://www.scinexx.de/wp-content/uploads/l/o/localvoidg.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/af/Bose_Einstein_condensate.png
• https://www.nist.gov/sites/default/files/styles/2800_x_2800_limit/public/images/cornell-shares-physics-nobel-web.jpg?itok=kKsE6MRL
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/EIGER1.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/EIGER2.jpg
• https://news.cgtn.com/news/2023-10-03/3-scientists-awarded-2023-Nobel-Prize-in-Physics-1nBg0xV00aA/img/d65d1deffc8f403c93eca32a93de812b/d65d1deffc8f403c93eca32a93de812b.jpeg
• https://nrc.canada.ca/sites/default/files/2023-02/sdt-bio-paul-corkum-265×350.jpg
• https://www.sazu.si/uploads/pics/members/images/member-96.jpg
• https://news.utexas.edu/wp-content/uploads/2020/01/TCgoodenough-345×514.28-c-default.jpg