Český doktorand vyřešil problém, s nímž si CERN nevěděl rady desítky let. Teď chtějí jeho metodu pro největší urychlovač světa

Martin Dušek z Technické univerzity v Liberci uvedl do provozu laserovou metodu, která v CERNu nahrazuje křehký napnutý drát při justáži urychlovačů.

Zdroj fotografie: Maximilien Brice (CERN) / Creative Commons / CC BY 2.0

Když se v lednu 2026 ve 14:00 středoevropského času rozsvítil projektor v konferenční místnosti CERNu v Ženevě, Martin Dušek před mezinárodní komisí se zástupci CERNu i japonského KEK obhajoval disertaci, jejíž výsledky už v tu chvíli běžely v ostrém provozu o pár budov dál. Structured Laser Beam, laserový paprsek se speciální strukturou, který si udržuje úzké jádro i na vzdálenost desítek metrů, tam sloužil jako referenční linie pro přesné ustavení komponent urychlovače CLEAR. A právě tato metoda je dnes kandidátem pro budoucí Future Circular Collider, kolos s obvodem přes 90 kilometrů.

Jediný drát, který brzdil fyziku půl století

Aby urychlovač částic fungoval, musí být jeho komponenty seřazeny s přesností na jednotky mikrometrů. Od šedesátých let minulého století k tomu CERN používal napnutý invarový drát; první fotodokumentace jeho nasazení u protonového synchrotronu pochází z března 1965. V sedmdesátých letech se metoda zdokonalovala, v devadesátých letech přišel modernější Wire Positioning System doložený v dokumentaci CERNu nejméně od roku 1997. Princip ale zůstával stejný: napnutý drát jako rovná referenční čára, vůči které se měří poloha magnetů a dalších prvků.

Problém? Drát má vlastní hmotnost, a tedy průhyb ve tvaru řetězovky, který je nutné matematicky modelovat. Je křehký, reaguje na vlhkost a teplotu a hlavně: jeho délka je fyzikálně omezená. Delší úseky urychlovače se musí pokrývat překrývajícími se referencemi, každá s vlastní chybou. Pro stroj o obvodu 27 kilometrů, jakým je současný LHC, to ještě šlo zvládnout. Pro něco třikrát většího už ne tak snadno.

Co přesně Dušek vyřešil, a co ne

Duškova práce nestojí na tom, že by CERN „nic neuměl změřit“. Drátový systém funguje a lokálně dosahuje přesnosti kolem 5 mikrometrů. Jenže škáluje špatně. Právě sem míří Structured Laser Beam a jeho novější varianta Layer Beam: pseudonedifrakční paprsek, který si na rozdíl od běžného laseru drží úzký profil i na velké vzdálenosti, nepotřebuje fyzický nosič a netrpí průhybem.

Na prototypu v délce 140 metrů vykázal SLB relativní přesnost se směrodatnou odchylkou pod 20 mikrometrů. Systém Layer Beam pak v jiné konfiguraci dosáhl směrodatné odchylky 4,3 mikrometru a opakovatelnosti pod 30 mikrometrů. Nejde tedy o to, že by laser byl ve všem přesnější než drát. Klíčová výhoda je jinde: nevisí, neláme se, nemusí se modelovat jeho křivka a lépe škáluje na dlouhé úseky.

Důležité je říct, že Dušek nepřišel s celým konceptem sám. Structured Laser Beam původně objevili Jean-Christophe Gayde z CERNu a Miroslav Šulc z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR při práci na projektu HIE-ISOLDE. Dušek jako doktorand Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL pod Šulcovým vedením na tom navázal, rozvinul techniky pro justážní systém a dovedl je do provozně použitelné podoby. V článku CERN ATS News je TUL přímo mezi autorskými afiliacemi.

CLEAR jako živý důkaz

CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research) je testovací platforma pro nové akcelerátorové technologie. Právě zde Duškův systém už neslouží jen jako laboratorní demonstrace, ale jako provozní nástroj. CERN u něj popisuje konkrétní nasazení pro experimenty s plazmovými čočkami, studie lékařského ozařování i pokročilou diagnostiku svazku metodou elektrooptického vzorkování.

Paralelně se příbuzná technologie testuje i v japonském KEK, ovšem v jiné roli: tam laserový paprsek ve volném prostoru slouží jako rychlý přenos signálu pro ochranu stroje při ztrátě svazku. Laser vzduchem přenáší spouštěcí signál přibližně 1,5krát rychleji než optické vlákno díky nižšímu indexu lomu. Dva kontinenty, dvě aplikace, stejná rodina technologií.

Proč je ve hře největší urychlovač světa

Future Circular Collider je dnes oficiálně preferovanou dlouhodobou variantou příštího vlajkového projektu CERNu. Aktualizace Evropské strategie pro částicovou fyziku z 22. května 2026 upřednostnila variantu FCC-ee, elektron-pozitronový srážeč. Oficiální studie pracují s obvodem přibližně 90,7 kilometru, tedy více než trojnásobkem LHC. Rozhodnutí Rady CERNu se očekává kolem roku 2028.

Pro takový stroj je justáž na mikrometrové úrovni podél desítek kilometrů existenční otázkou. Drátová reference v těchto délkách naráží na všechny své limity najednou. Duškova metoda se proto uvažuje jako kandidát pro budoucí justážní systémy FCC. Není to hotová věc (FCC je stále ve strategické a přípravné fázi), ale provozní ověření v CLEAR je přesně ten typ důkazu, který rozhoduje o tom, co se do dalšího kola vývoje dostane.

Technologie navíc už míří i mimo urychlovače. CERN Knowledge Transfer ji vede ve svém portfoliu s aplikacemi v metrologii, satelitní komunikaci, detekci plynů, mikroskopii či medicíně. Spin-off Aircision přenáší princip do telekomunikací. Český doktorand tak nedodal jen řešení pro jeden tunel pod Ženevou, ale platformu, která má šanci žít vlastním životem daleko za hranicemi částicové fyziky.