JEDNOSTAVNO O SLOŽENOM

Što je Higgsov bozon i zašto je toliko važan?

  • Autor: NJD
  • Zadnja izmjena 19.02.2014 13:15
  • Objavljeno 19.02.2014 u 13:15
Tportal

Tportal

Izvor: tportal.hr / Autor: Tportal

Pedeset godina nakon što je Higgsov bozon teorijski pretkazan, znanstvenici su konačno dobili prilično uvjerljive potvrde o njegovu postojanju

No unatoč naporima fizičara i novinara da objasne što je misteriozna čestica te koliko je i zašto značajno njezino otkriće, mnogi još uvijek ne razumiju o čemu je zapravo riječ.

Znanstveni novinar Guardiana Ian Sample pokušao je stoga uz pomoć jednostavnih rekvizita – pladnja, šećera i raznobojnih kuglica predstaviti priču o Higgsovom bozonu koji je posljednja elementarna čestica koja nedostaje u tzv. Standardnom modelu fizike (pogledajte film dolje).

Zamislite da je pladanj vrlo rani svemir u kojem temeljne čestice još nisu imale masu pa su se unaokolo kretale brzinom svjetlosti kao što se danas još uvijek kreće čestica svjetlosti foton. No već trilijunti dio sekunde nakon velikog praska u kojem je stvoren svemir pojavilo se polje koje je nazvano Higgsovim poljem prema škotskom znanstveniku Peteru Higgsu koji je 1964., zajedno s petoricom svojih kolega, predvidio njegov mehanizam (ponekad se stoga zove Brout–Englert–Higgs–Hagen–Guralnik–Kibbleovim mehanizmom). Ono je ispunilo sve dijelove svemira uključujući vakuum i raslo je zajedno s njim. To polje u prezentaciji je predstavljeno šećerom. Razne elementarne čestice od kojih je sastavljena materija – poput kvarkova i elektrona, predstavljene raznobojnim kuglicama, ušle su u različite interakcije s tim poljem. Neke čestice poput top kvarkova ušle u snažnije interakcije pa možemo reći da su dublje propale u šećer. Što su dublje propale, to su nailazile na veći otpor u svojem kretanju Higgsovim poljem, odnosno dobile su veću masu pa su se prestale kretati brzinom svjetlosti. Jedina iznimka je foton koji je ostao bez mase čak i nakon što se Higgsovo polje uključilo. Na njega Higgsovo polje nije djelovalo pa je nastavio juriti brzinom svjetlosti kao da ono ne postoji. U ovoj priči Higgsovi su bozoni predstavljeni sitnim zrncima šećera. Znanstvenici koji rade na LHC-u traže upravo ova zrnca šećera, odnosno čestice koje sačinjavaju Higgsovo polje i predstavljaju njegovo najmanje uzbuđenje ili kvant (kao što je foton kvant elektromagnetskog polja, odnosno zračenja).

Kako znanstvenici u LHC-u traže Higgsove bozone? U tunelu LHC-a dugom 27 km protoni se ubrzavaju i sudaraju pri brzinama koje su vrlo bliske brzini svjetlosti. Ovi sudari odigravaju se u detektorima poput CMS-a koji je velik kao trokatnica. Kada se protoni sudaraju, zapravo dolazi do sudara njihovih sastavnih dijelova – elementarnih čestica. Zahvaljujući velikoj energiji iz sudara protona izlijeću elektroni, kvarkovi, svjetlost, a povremeno, prema teoriji, i Higgsovi bozoni. No oni vrlo kratko traju tako da ih je teško izmjeriti – čim nastanu raspadaju se u druge čestice koje se i same dalje raspadaju do konačnih stanja. Budući da znanstvenici znaju na koje bi se čestice oni mogli raspasti, prikupljeni podaci otkrivaju jesu li u sudarima nastali Higgsovi bozoni.

Zašto ga neki zovu 'Božjom česticom'?

Zbog moguće uloge koju Higgsov bozon ima u stvaranju temeljnih svojstava elementarnih čestica, u pop kulturi i medijima često se koristi naziv 'Božja čestica', koji znanstvenici uglavnom ne vole. Prema nekim izvorima naziv Božja čestica (God's particle) nastao je kao skraćenica od 'goddamn particle' (prokleta čestica) koju su joj u ranim danima nadjenuli neki fizičari zbog njezine neuhvatljivosti. Sam Higgs je ateist, a nije naročito zadovoljan nazivom 'Božja čestica', jer smatra da bi on mogao uvrijediti religiozne ljude. Naziv Božja čestica neki pripisuju Leonu Ledermanu, autoru knjige 'The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?' Najkorektniji naziv bio bi zapravo Brout–Englert–Higgs–Hagen–Guralnik–Kibbleova čestica, međutim, jasno je da su Higgsov bozon i Božja čestica medijski privlačnije varijante.

Što su bozoni?

Prema standardnom modelu fizike bozoni su čestice koje, za razliku od fermiona, imaju neobičnu osobinu da mogu u isto vrijeme u istim kvantnim stanjima u velikom broju postojati na istom mjestu. Bozoni su stoga često nositelji sila, a fermioni se obično povezuju s materijom. Bozoni imaju cjelobrojni spin, mogu, ali ne moraju imati naboj te nemaju svojstvo koje se naziva 'naboj boje' (ali nema veze s bojom).

Što su znanstvenici svijetu otkrili 4. srpnja?

Što je u Cernu objavljeno 4. srpnja 2012., pokušali smo u intervjuu doznati od jednog od vodećih hrvatskih stručnjaka za čestice koji radi na LHC-u, dr. sc. Ivice Puljka.

Kolika je vjerojatnost da je u LHC-u otkrivena čestica Higgsov bozon?

Ivana Ivanovic/PIXSELL

Ivana Ivanovic/PIXSELL

Izvor: Pixsell / Autor: Ivana Ivanovic/PIXSELL

Ivica Puljak

S trenutačno raspoloživim podacima možemo s velikom sigurnošću (mi to izražavamo preko statističke značajnosti) tvrditi da je pronađena nova čestica, ili još preciznije, da se fenomen koji smo uočili ne može opisati kroz već postojeće znanje. Nadalje, osnovne karakteristike nove čestice slažu se s onima koje očekujemo od Higgsovog bozona. Da bismo mogli nešto više reći od novoj čestici, između ostalog koliko sliči na Higgsov bozon, trebat ćemo još detaljnije izmjeriti njezine karakteristike. Do kraja ove godine prikupit ćemo tri puta više podataka nego što ih imamo sada te preciznije izmjeriti neka od svojstava, među kojima i spin nove čestice, kao i vjerojatnosti raspada u pojedina konačna stanja. Ako se pokaže da su sva ta svojstva i dalje u skladu s Higgsovim bozonom, vjerojatnost da se radi upravo o njemu, bit će jako povećana.

Biste li vi više voljeli da nije, odnosno da je otkriveni bozon neka egzotičnija verzija Higgsovog bozona koja bi otvorila vrata za neke nove teorije koje bi objasnile i gravitaciju koju Standardni model ne uspijeva uključiti?

Ja bih osobno volio da se radi o Higgsovom bozonu, jer na tome radim već dugi niz godina. Ali, naravno, na nama je da otkrijemo kako izgleda priroda, a ona često nije onakva kakvu bismo mi željeli. Stoga s nestrpljenjem očekujemo prve pouzdane naznake o prirodi nove čestice, koje bi trebali dobiti krajem ove godine. Intelektualno bi bilo zanimljivije da se radi o nekoj egzotičnijoj čestici, čak i o nečemu potpuno neočekivanom, jer bi to ukazivalo na fiziku izvan Standardnog modela fizike elementarnih čestica i njihovih interakcija.

Koliko hrvatskih stručnjaka radi na eksperimentima LHC-a?

Na eksperimentima LHC-a radi 20-ak hrvatskih znanstvenika, 10-ak iz Splita, a 10-ak iz Zagreba, i to na dva eksperimenta, CMS (Compact Muon Solenoid) i ALICE (A Large Ion Collider Experiment). CMS grupu s Instituta Ruđer Bošković vodi kolega dr. sc. Vuko Brigljević, ALICE grupu s PMF-a u Zagrebu vodi kolega prof. dr. sc. Mirko Planinić, a ja vodim CMS grupu iz Splita, s FESB-a i PMF-a. Grupa iz Splita priključila se CMS eksperimentu 1994., kada je kolaboracija brojila oko stotinu znanstvenika, a danas nas ima više od 3.000. CMS grupa iz Zagreba priključila se CMS-u početkom 2000-tih, dok je ALICE grupa iz Zagreba član kolaboracije od prošle godine. Rad naših grupa i obaveze prema kolaboracijama podržava Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta, a imamo i konstantnu podršku svih naših institucija. Stoga sa svima njima rado dijelimo naš uspjeh i zahvaljujemo na njihovoj potpori.

Kada očekujete konačne rezultate?

Projekt LHC započet je u kasnim 80-im godinama, najprije koncepcijom i dizajnom, zatim izgradnjom akceleratora i detektora, a prije par godina počeli su pristizati i prvi fizikalni rezultati od kojih je najzanimljiviji upravo pronalazak nove čestice. Za očekivati je da će cijeli projekt trajati barem sljedećih 20-ak godina. Mi se nadamo da su ova uzbuđenja oko nove čestice koja bi mogla biti Higgsov bozon tek početak dugog puta novih saznanja o prirodi na najfundamentalnijoj razini te da ćemo imati mnoge uzbudljive godine istraživanja pred nama.

Pregled tjedna bez spama i reklama

Prijavi se na naš newsletter i u svoj inbox primaj tjedni pregled najvažnijih vijesti!

Napiši ovdje što ti misliš o ovoj temi