Научни продор године – откриће Хигсовог бозона
Scinece прогласио је, нимало изненађујуће, за овогодишњи научни продор године (илити Breakthrough of the Year) откриће Хигсовог бозона. Како се наводи у пратећем чланку „ниједан скорашњи научни напредак није генерисао већи урнебес од овога.“ 4. јула, научници који су радили на највећем светском разбијачу атома – Великом хадронском сударачу (Large Hadron Colider – LHC) у Швајцарској – објавили су да су уочили честицу која одговара опису дуго-траженог Хигсовог бозона, последњег недостајућег делића стандардног модела основних честица и сила у физици. Семинар на којем су резултати представљени претворио се у медијски циркус и вест је заокупила машту људи широм света. „Срећан вам дан добре честице“ ([H]appy ‘god particle’ day) твитовао је will.i.am, певач групе The Black Eyed Peas својим бројним (4 милиона) пратиоцима на Twitter-у.
Већ због свог тог „хајпа“ откриће Хигсовог бозона је лако заслужило титулу научног продора године. Хипотеза постављена још пре 40 година поставила је Хигсовом бозону кључну улогу у научном објашњењу откуда друге фундаменталне честице добијају масу. Његово експериментално уочавање комплетира стандардни модел који данас представља вероватно најбоље разрађену и најпрецизнију научну теорију. У ствари, једино велико питање које се сада поставља је да ли ово откриће отвара ново доба у проучавању физике елементарних честица или је последње „ура“ у области која је дошла до свог циља.
Хигс решава основни проблем стандардног модела. Теорија описује честице које сачињавају обичну материју: електроне који се „врте“ по атому, горње и доње кваркове који сачињавају протоне и неутроне у атомском језгру, неутрине који се емитују у облику радиоактивности, и два сета тежих рођака ових честица, који се појављују у сударима честица. Ове последње интерагују кроз размену других честица које преносе три силе: елекромагнетну, слабу нуклеарну – која развејава неутрине, и јаку нуклеарну – која везује кваркове.
Али ту је квака. На први поглед стандардни модел делује као теорија честица без масе. Разлог је што једноставно додељивање масе честицама креира математички неред у теорији. Тако маса мора да се појави из интеракције честица које саме по себи немају масу.
И ту се појављује Хигс. Физичари претпостављају да је празан простор испуњен такозваним Хигсовим пољем које помало личи на електрично поље. Честице интерагују са Хигсовим пољем како би стекле енергију и отуда масу, што објашњава чувена једначина Алберта Ајнштајна, E = mc2, која описује њухову еквивалентност. Као што се и електрично поље састоји од честица које се називају фотони, тако се и Хигсово поље састоји од Хигсових бозона који су уткани у вакуум. Физичари су сада успели да их избаце из вакуума у краткотрајно постојање забележено у CERN-овом детектору.
Тај подвиг је крунисао интелектуални, технолошки и организациони тријумф. За производњу Хигсовог бозона научници из Европске лабораторије за физику елементарних честица, CERN, близу Женеве су саградили 5,5 милијарди вредан и 27 километара дуг LHC. Како би уочили Хигса саградили су и огроман детектор честица ATLAS, који је висок 25 и дугачак 45 метара, као и CMS који тежи 12.500 тона. Тимови на ATLAS-u и CMS-у броје 3000 чланова сваки. Више од 100 нација је узело учешће у LHC-у.
Можда је најимпресивнија чињеница да су теоретичари предвидели постојање нове честице и изложили њене особине све до брзина којима ће се распадати у различите комбинације других честица (да би тестирали да ли је честица заиста Хигсов бозон истраживачи мере управо те брзине). Физичари су такве претпоставке износили и раније. 1970. године, у време када се знало само за три типа кваркова, теоретичари су предвидели постојање четвртог, који је откривен 4 године касније. 1967. предвидели су постојање честица која преносе слабу силу, W и Z бозона, који су откривени 1983.
Теоретичари елементарних честица нуде различита објашњења за своје прогностичарске вештине. Судари честица се могу суштински репродуковати и ослобођени су случаја, кажу теоретичари. И док не постоје две исте галаксије, дотле су сви протони идентични. Тако, када их разбију, физичари не морају да брину о особеностима овог или оног протона, пошто такве особености не постоје. Чак шта више, теоретичари истичу да је упркос својој математичкој сложености, стандардни модел концепцијски једноставан – што је тврдња коју не-физичари тешко прихватају.
Стандардни модел на крају дугује своју предвиђачку снагу чињеници да је теорија базирана на представи математичке симетрије, кажу теоретичари. Свака од три силе у стандардном моделу је повезана и, у неком смислу, зависна од другачије симетрије. Хигсов механизам је и измишљен како би била очувана таква симетрија док се маса пружа честицама носиоцима сила, као што су W и Z. Једноставно речено, аргументи симетрије су снажан предвиђачки алат.
Без обзира на разлоге предвиђачких моћи физичара који се баве елементарним честицама, са Хигсовим бозоном који је изгледа уловљен, сада више немају никакво слично предвиђање које би следеће тестирали. Имају они пуно разлога да размишљају о томе да стандардни модел није последња реч фундаменталне физике. Сама теорија је очигледно некомплетна јер не узима у обзир силу гравитације. Уз то теорија сугерише и да су интеракције између Хигса и других честица такве да би Хигс морао да буде веома тежак. Тако физичари сумјају да у вакууму вреба нова честица која би неутралисала тај ефекат. Али сви ти аргументи нису ни близу толико прецизни као онај који је захтевао постојање Хигсовог бозона.
У ствари, научници немају гаранција да било које ново физичко откриће лежи у домашају LHC-а или било којег другог достижног колајдера. Стандардни модел би могао да представља само унутрашње радове универзума које природа спремна да нам открије. Откриће Хигса је продор. Да ли ће физичари елементарних честица икада поново забележити такав погодак?
Приредио: Бојан Живојиновић]]>