Jak to vypadalo krátce potom, co vznikl vesmír? Na tuto otázku hledá odpověď doktorand Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT Tomáš Poledníček. V říjnu díky Fulbrightovu stipendiu odjede na výzkumný pobyt na University of Houston. Ve své disertaci se věnuje hydrodynamickému modelování srážek těžkých iontů. Zjednodušeně řečeno zkoumá extrémní stavy hmoty, které tu právě panovaly bezprostředně po velkém třesku a dnes je vědci dokážou na okamžik vytvořit v urychlovačích částic.
Proč jste si pro Fulbrightův pobyt vybral právě University of Houston?
Vyplynulo to vlastně docela přirozeně. S Houstonem jsme začali spolupracovat zhruba před rokem, protože jsme měli podobný cíl výzkumu. Tamní tým vyvinul stavovou rovnici, kterou jsem chtěl použít ve své práci. Ukázalo se, že je pro mě vhodná, jen ji bylo potřeba trochu upravit. Člověk si to může představit tak, že potřebujete přejít mezi různými proměnnými, ale neexistuje mezi nimi jednoduchý analytický vztah. Museli jsme vymyslet numerický kód, který mezi různými proměnnými přecházet umožní. Když mi přišel e-mail, že budou končit přihlášky na Fulbrighta, napsali jsme si s kolegy z Houstonu a shodli se, že bych to mohl zkusit. Vymysleli jsme projekt, žádost prošla a dopadlo to.
Čemu se vlastně ve svém výzkumu věnujete?
Ve svém výzkumu se zabývám tím, co se děje s hmotou v extrémních podmínkách. Při srážkách těžkých atomových jader v urychlovačích vzniká na velmi krátký okamžik stav hmoty podobný tomu, jaký existoval krátce po vzniku vesmíru. Protože srážku nemůžeme pozorovat přímo, využíváme teoretické modely a počítačové simulace, abychom z naměřených dat rekonstruovali, co se vlastně odehrálo. Mě zajímá především to, zda tato hmota může za určitých podmínek projít fázovým přechodem, tedy změnou stavu. Pokud ano, chceme zjistit, při jakých energiích srážek k tomu dochází a podle jakých stop to můžeme v experimentech poznat.
Je to něco, co se zkoumá i v CERNu?
Na světě jsou v tomhle směru dva nejznámější experimenty. CERN v Evropě a Brookhaven National Laboratory ve Spojených státech. V CERNu je hlavní Large Hadron Collider (LHC), který pracuje na velmi vysokých energiích. Tam se vědci dívají na fyziku, která odpovídá podmínkám téměř hned po velkém třesku, kdy byly velmi vysoké teploty a téměř nulová baryonová hustota.
Na západní polokouli je Brookhaven a jeho Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). Umožňuje zkoumat i oblast s nenulovou baryonovou hustotou. V takovém případě se díváme na trochu jinou fyziku a právě tam je potenciál hledat energii srážek, při níž by se mohl objevit fázový přechod nebo kritický bod.
Proto se ve svém výzkumu soustředím spíš na energie, které jsou relevantní pro experimenty v Americe než pro CERN. Všechno je to samozřejmě založené na teoretických predikcích.
Když máte svoje téma vysvětlit někomu mimo obor, jak ho popisujete?
Doma je to trochu specifické, protože táta je fyzik. Vystudoval Matfyz a FEL a zaměřoval se na biofyziku. Vlastně i díky němu jsem skončil na Jaderce. Když jsem se na gymplu rozhodoval, kam jít, navrhl mi, že bych měl FJFI zkusit, protože je to výzva. Říkal, že je to takové MIT Východu.
Když to ale vysvětluji jednoduše, říkám, že se dívám na extrémní stav hmoty při vysokých teplotách, který existoval před 13,8 miliardami let, krátce po vzniku vesmíru. Dnes se taková hmota vytváří v urychlovačích. Zajímá mě hlavně teoretická stránka. To jsou modely, které nám pomáhají porozumět, co se v těchto extrémních podmínkách děje, a jestli to, co v teorii vidíme, dává smysl.
Dá se taková srážka těžkých iontů nějak představit obrazově?
Občas se to snažím vysvětlovat skautům, které vedu už od 19 let. Říkám jim, že si mohou představit dvě palačinky, které letí proti sobě. V určitou chvíli do sebe narazí a vznikne velmi horká a hustá hmota, která expanduje. V podstatě taková ohnivá koule.
Jakmile expanduje, zároveň se ochlazuje a postupně „vymrzá“. Když dosáhne určité hranice, začnou vznikat částice. Ty pak letí do detektorů a my se díky nim snažíme zpětně vysledovat, co se během srážky stalo.
Kdy vás začala bavit teoretická fyzika?
Na gymplu mě hodně bavila matematika a fyzika, takže jsem věděl, že bych chtěl tímhle směrem jít. Na Jaderce se to pak vyjasnilo ještě víc.. Bavilo mě přemýšlet nad věcmi v obecné rovině a odvozovat vztahy. Tyhle „šílenosti“ mě bavily víc než představa, že bych stavěl detektor nebo dělal experiment.
Na bakaláři jsem měl předměty, které se týkaly klasické hydrodynamiky, řešení Navierových-Stokesových rovnic a podobných věcí. To mě začalo zajímat. Pak jsem narazil na téma bakalářské práce u pana profesora Tomášika a od té doby spolupracujeme. Už je to asi šest let.
Co potřebujete ke své práci?
Je to jednoduché,stačí mi pouze notebook. Nepracuji v laboratoři, nejsem u žádného reaktoru... Pracuji s modely, které jsou dostupné na internetu nebo které máme ve skupině a dál je vylepšujeme. Používám data, která naměří experimentátoři. Když nastavuji model, dívám se na specifické proměnné a podle nich kontroluji, jestli celá simulace odpovídá realitě – nebo je to nesmysl.
Moderní fyzika je tedy hodně o programování?
Ano, minimálně to, co dělám já. Člověk pořád řeší detaily. Jestli neudělal chybu v kódu, jestli porovnává správné veličiny, jestli to, co naměřili experimentátoři, odpovídá tomu, co mám v simulaci. Je tam spousta drobných nuancí.
Má váš výzkum nějaký aplikační potenciál?
Lidé se mě často ptají, jestli dělám něco, co souvisí s fúzí nebo reaktory. Já jim říkám, že ne. To, co děláme, je spíš teoretické a jde hlavně o poznání. Nečekám, že můj výzkum někdo uvidí v běžném životě jako konkrétní technologii.
Na druhou stranu bych chtěl, aby měl dopad na vědeckou komunitu. Snažím se vytvořit kód, který by byl open source a veřejně dostupný, aby ho mohli používat lidé po celém světě. Mohl by to být nástroj, který zefektivní práci v našem oboru. Přijde mi, že si vědci často hrají každý na vlastním hřišti a nesdílí svoje nástroje dostatečně.
S jedním postdokem z Houstonu jsme vytvořili něco, co by mohlo být univerzální. Teoreticky by to mohlo být zahrnuté i do větší spolupráce. Už jsme se o tom bavili na konferenci v Budapešti a rezonovalo to. Pokud by se to povedlo, mohl by to být do budoucna užitečný nástroj.
Přemýšlel jste někdy, že byste místo vědy dělal něco jiného?
Po magistru jsem chvíli zvažoval, co dál. Začal jsem pracovat ve firmě, která se zaměřovala na analýzu realitního trhu. Měl jsem to jako side job dva dny v týdnu a nechával si otevřené možnosti. Mohl jsem jít víc do soukromého sektoru, nebo pokračovat ve vědě.
V určitou chvíli jsem si ale řekl, že maximum chci dát vědě. Zajímalo mě, kam mě to dovede. A když teď vidím, jak lidé po světě používají věci, na kterých pracuji, a moje jméno zaznívá na konferencích, je to dobrý pocit. Vidím, že to má nějaký dopad, a líbí se mi to.
Na co se v Americe nejvíc těšíte?
Asi na komunitu na univerzitě. Zajímá mě, jak se dělá věda v Americe. Je to pro mě velká neznámá, nikdy jsem tam nebyl. Nedokážu si úplně představit, jak funguje tamní systém, administrativa a každodenní provoz na univerzitě. Jsem zvědavý prakticky na všechno. Myslím, že pro Středoevropana to bude velký šok a zároveň hodně dobrá zkušenost.
Těším se taky na to, že uvidím, co se tam dělá mimo můj konkrétní projekt. Podle mě v Houstonu působí ti nejlepší z našeho oboru, takže bych se rád přiučil i něco, co ve Fulbrightově projektu přímo napsané nemám.
Plánujete chodit i na přednášky?
Ano, přemýšlel jsem nad tím. Zajímá mě, jak tam přednášky vypadají, ať už odborné nebo populárně naučné. Chtěl bych si americké univerzitní prostředí pořádně osahat.
Sám jsem na Jaderce poslední dva roky učil cvičení z obecné teorie relativity. Ze začátku jsem byl nejistý, protože jsem sám u sebe necítil nějaký velký učitelský talent. U jiných lidí obdivuju, jak dokážou mluvit plynule a znalosti předávat dál. Postupem času se to ale zlepšilo. Dokázal jsem se do učitelské role víc vžít a začalo mě bavit někomu něco vysvětlovat.
Je někdo, koho byste chtěl v USA potkat nebo si poslechnout?
Určitě půjdu na přednášku profesora Volodymyra Vovchenka, se kterým budu spolupracovat. Měl by to být taky můj školitel v Houstonu. Co jsem slyšel, patří v našem oboru mezi špičkové vědce.. A kdyby byla možnost slyšet nějakého nositele Nobelovy ceny, bylo by to samozřejmě skvělé.
Plánujete během pobytu také cestovat?
Rád lezu a baví mě hory, takže Texas pro mě není úplně ideální destinace. Na druhou stranu bych se chtěl podívat po městě, navštívit muzea a poznat Houston. Je to třetí nebo čtvrté nejlidnatější město v Americe, takže tam určitě bude co objevovat.
Chtěl bych také na nějaký sportovní zápas. Ideálně na NHL, kvůli tomu bych ovšem musel do Dallasu. Láká mě ale i NBA nebo NFL. Uvidím, co je možné během čtyř měsíců stihnout.