Jeszcze przed ogłoszeniem atmosfera w Genewie była napięta. Był 4 lipca 2012 roku. Przez wiele dni pogłoski roznosiły się po społeczności naukowej niczym szum. Wtedy fizycy z CERN w końcu znaleźli dowody. Odkryli nowe cząstki elementarne. Przynajmniej wygląda dokładnie tak, jak długo poszukiwany bozon Higgsa.
Fizycy ścigają tę cząstkę widmo od lat. Pod koniec 2011 roku byli bardzo blisko celu, ale liczby nie były spójne. Samo stwierdzenie, że istnieją jasne dowody naukowe, nie wystarczy. Nauka nie działa w oparciu o intuicję. Opiera się na zasadach deterministycznych. Tym razem badacze podwoili rozmiar swojej bazy danych. Błąd zniknął. Prawdopodobieństwo błędu stało się nieistotne statystycznie.
Dlaczego brakujące cząstki są ważne
Jeśli się nad tym zastanowić, wszechświat powinien być znacznie prostszy. Atomy składają się z cząstek. Elektrony, kwarki. Elementy te nie mają własnej masy. Bez masy wirowałyby wiecznie z prędkością światła, nigdy nie utworzyłyby atomów, nigdy nie utworzyły gwiazd i nigdy nie stworzyłyby nas.
Ale mają mnóstwo. Mają wagę. Dlaczego?
Pole Higgsa wchodzi w grę.
Wyobraź sobie, że niewidzialna substancja wypełnia całą przestrzeń. To jak współczesny eter. Kiedy cząstki przez nie przechodzą, wchodzą w interakcję z tym polem. Im silniejsze oddziaływanie, tym cięższa cząstka. Pole Higgsa je spowalnia. Nadaje im masę. Bez niej wszechświat, jaki znamy, nigdy by nie istniał.
Cząstką związaną z tym polem jest bozon Higgsa.
„Boska cząstka” to błędna nazwa
Prawdopodobnie słyszałeś już to imię. To jest popkultura. Było na okładce książki Boska cząstka. To fascynujące. To dramatyczne. Stworzyło to duże problemy także dla badaczy.
Przydomek ten nie powstał z fanatyzmu religijnego. Cytat z książki laureata Nagrody Nobla Leona Ledermana. Lubił nazywać to „cholerną cząsteczką”. Był rozczarowany. Znalezienie go było kosztowne i trudne do udowodnienia teoretycznie. Wydawca nie docenił przekleństwa. Więc wycięli słowo „Cholera” (cholera). Nagłówek ten przyciągnął uwagę mediów. W laboratorium go zignorowali.
Cząstka została nazwana na cześć brytyjskiego fizyka Petera Higgsa, który przewidział jej istnienie w 1964 roku. Obliczenia okazały się prawidłowe. Teoria ta jest całkowicie zgodna z istniejącą fizyką. Ale jak to udowodnić? To najtrudniejsza część.
Zderzanie protonów w poszukiwaniu sygnałów
CERN nie tylko czekał, aż Higgs wystąpi i przedstawi się. Należy go szukać pośrednio.
Wykorzystali dwa duże detektory: ATLAS i CMS. Maszyny te obserwują zderzenia miliardów protonów. W tych wysokoenergetycznych zderzeniach energia zamienia się w materię. Materia ta może występować w postaci bozonu Higgsa.
Co jest w środku? Bozon Higgsa jest niestabilny. Nie żyje długo. Niemal natychmiast rozpada się na inne mierzalne cząstki. Fizycy nie są w stanie zobaczyć samego bozonu Higgsa. Muszą zobaczyć, co po sobie zostawia.
Według wstępnych danych jego masa wynosi około 125–126 GeV. To miliard elektronowoltów. Nawiasem mówiąc, masa protonu wynosi około 0,9 GeV. Ta nowa cząstka jest najcięższym bozonem, jaki kiedykolwiek odkryto.
To wciąż nie jest idealne dopasowanie. Prace nie są jeszcze ukończone. Dane są gromadzone w sposób ciągły w celu potwierdzenia teorii. Potwierdzenie to potwierdza standardowy model fizyki cząstek elementarnych. Wyjaśnia, dlaczego materia ma substancję.
Jednak historia nie kończy się na komunikacie prasowym. Otwierają się nowe drzwi. Co jeszcze kryje się na polach? Co bozon Higgsa mówi nam o wczesnym wszechświecie? Odpowiedź na jedno pytanie zrodziła dziesięć kolejnych. Cisza pustki została przerwana. Posłuchajmy.
