Naučnici su otkrili novu subatomsku česticu koja bi trebalo da je dugo traženi Higsov bozon. To otkriće je jedno od najvažnijih u 21. veku, barem za sada. Međutim, šta je Higsov bozon i zašto je ta čestica bila vredna potrage duge 40 godina?
Higsov bozon, popularno nazvan "Božja čestica" do sada definitivno postoji samo u umovima teorijskih fizičara. Oni su, naime, stvorili prilično stabilnu teoriju o tome kako univerzum funkcioniše – sve čestice koje čine atome i molekule i sva materija koju vidimo, većina sila koja njima upravlja i još mnogo egzotičnih čestica.
To se zove “standardni model”. Ipak, ta teorija ima bitan nedostatak: ne objašnjava kako čestice dobijaju masu.
Higsov mehanizam predložen je 1964. od strane šestorice fizičara među kojima je bio i teoretičar iz Edinburga Piter Higs, kao jedan od odgovora na to pitanje.
Objašnjenje Higsovog bozona
Najbolja teorija porekla mase u česticama leži u “Higsovom polju” – gde se masa posmatra kao mera otpora na kretanje.
Možda je najbolje objasniti je nekom analogijom.
Šta je važno u vezi sa masom?
Masa je mera koliko nečaga ima – čestice, molekula ili na primer, stola. Kada ne bi bilo mase, sve čestice koje čine atome, pa i stolovi, leteli bi unaokolo brzinom svetlosti, a Univerzum kakav poznajemo ne bi mogao da ima konzistentnu materiju.
Higsov mehanizam podrazumeva da postoji polje koje omogućava česticama da steknu masu. Interakcija sa poljem i Higsovim bozonima, im to omogućava.
Taj proces sličan je hodu kroz sneg gde se zbog interakcije vaših cipela sa podlogom sve više usporavate.
Kako naučnici tragaju za Higsovim bozonom?
Standardni model ne predviđa tačnu masu Higsovog bozona. Akceleratori čestica poput Velikoh Hadronskog kolajdera koriste se za sistematičnu potragu za česticom u određenom rasponu masa u koje se ona uklapa.
Veliki Hadronski kolajder (sudarač) funkcioniše tako što sudara dva snopa subatomskih čestica – protona pri brzini bliskoj brzini svetlosti.
U takvim okolnostima dolazi do stvaranja čitave kiše čestica, među kojima bi trebalo da je i Higsov bozon.
Iako ga naučnici verovatno nikad neće direktno opaziti, oni sa određenim stepenom verovatnoće mogu ustanoviti da li on postoji ili ne u toj gomili čestica.
Hadronski sudarač nije jedina mašina koja je imala takav zadatak – u Cernu je između 1989. i 2000. LEP mašina je odredila opseg masa u okviru kog bi trebalo tražiti Higsov bozon.
US Tevatron akcelerator zatim je tražio česticu koja se uklapala u taj opseg.
Kada ćemo znati da li smo našli česticu?
Fizičari su vrlo strogi po pitanju objavljivanja otkrića – potrebno je da se rezultat potvrdi i po stotinu puta, kako bi oni priznali da su otkrili nešto.
Prvi izazov bio je određivanje mase čestice, a do toga će izgleda doći vrlo skoro. Sledeći korak je utvrđivanje da se čestica ponaša kako je očekivano, da se ispita kako ulazi u interakciju sa drugim česticama i raspada u još više njih.
To je budućnost fizike, pa ćemo ulazak u standardni model verovatno čekati još dugo.
Šta onda?
Većina profesionalnih fizičara rekla bi da je pronalazak Higsovog bozona u tačnom obliku kakav predviđa teorija zapravo bilo razočarenje.
Veliki prijekti kakav je Veliki Hadronski kolajder građeni su sa ciljem širenja znanja i potvrđivanja postojanja Higsovog bozona tamo gde ga očekuju. Ipak, iako bi njegov pronalazak bio trijumf ljudskog razumevanja fizike, to bi bilo mnogo manje uzbudljivo, nego da ga nikad ne pronađu.
Doduše, čak i ako bi se Higsova teorija u potpunosti uklopila u standardni model, ostaje još mnogo pitanja.
Iako taj model objašnjava materiju kakvu poznajemo, ima mnogo razloga da verujemo da materija zauzima svega četiri odsto vidljivog univerzuma.
Ostatak, tamna materija i tamna energija biće još veći “zalogaj”.
Standardni model i Higsov bozon
Standardni model je teorija u fizici elementarnih čestica koja uspešno opisuje tri od četiri fundamentalne sile između elementarnih čestica od kojih se sastoji sva poznata materija: elektromagnetizam, jaku i slabu nuklearnu interakciju.
To je kvantna teorija polja usklađena s kvantnom mehanikom i teorijom relativnosti i do sada je potvrđena predviđanjem rezultata gotovo svih eksperimenata u kojima deluju tri fundamentalne interakcije. Ipak, standardni model nije kompletna teorija jer ne uključuje gravitaciju, a takođe zavisi i od niza ispitivanja dobijenih parametara (mase čestica i konstante vezivanja) koji se ne mogu dobiti iz same teorije.
Evo još nekoliko pojedinosti:
- Standardni model je najjednostavniji set sastojaka – elementarnih čestica – potrebnih za izgradnju sveta kakav poznajemo, kako u svemiru, tako i u laboratoriji.
- Kvarkovi se međusobno kombinuju kako bi napravili, na primer, protone i neutrone, koji opet čine ključ za postojanje atoma, ali se veruje da su na samom začetku stvaranja univerzuma postojale i mnogo neobičnije kombinacije.
- Leptoni dolaze u dve varijante – sa i bez naelektrisanja; elektroni – najpoznatiji naelektrisani leptoni – zajedno sa kvarkovima grade vidljivu materiju; leptoni bez naelektrisanja su neutrini, koji retko ulaze u interakciju sa materijom.
- “Nosioci sile2 su čestice čiji se okreti “vide” kao poznate sile, poput one koja stoji iza struje i svetla (elektromagnetizam) i radioaktivnog raspada (slaba nuklearna sila).
- Higsov bozon je “ubačen” u sistem, jer iako standardni model funkcioniše sasvim dobro, ne objašnjava otkud česticama masa.