Bozony Higgsa "łączą świat" i dzielą fizykę

Odkrycie naukowe na wielką skalę. Krok milowy w dziedzinie fizyki i nie tylko. Wielu światowej sławy naukowców było gotowych pójść o zakład, że Brytyjczyk, Peter Higgs (człowiek, który stwierdził, że cząsteczki - nazwane później jego imieniem - mogą istnieć naprawdę) był szaleńcem i absolutnie nie miał racji.

Jednym z uczonych, który założył się, że cząsteczki Higgsa nie zostaną odkryte, był profesor Stephen Hawking. Stracił on sto dolarów, bo wielkiego odkrycia udało się dokonać.

Fizyka

Fizyka

Co to takiego?

Bozony Higgsa powodują, że cząsteczki łączą się ze sobą w atomy, a te z kolei tworzą materię, zamiast "błądzić" samotnie po wszechświecie. Od 1964 roku (kiedy Higgs i pięciu innych uczonych opisali swoje wywody) naukowcy odrzucali tę teorię, najprawdopodobniej z braku dowodów. Profesor Peter Higgs również nie mógł w żaden sposób wykazać, że miał rację.

W 2009 roku do pracy ruszył Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Jest to największy na świecie akcelerator cząsteczek (hadronów). Znajduje się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN w okolicy Genewy. Zadaniem urządzenia jest rozpędzenie cząsteczek do prędkości światła i umożliwienie kolizji między nimi. Wielki Zderzacz Hadronów pozwala na odtworzenie warunków panujących we Wszechświecie w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu.

Badania te są jednak niezwykle czasochłonne. Komputer ma za zadanie przeanalizować ogromne ilości danych z biliona kolizji (jedynie kilka zderzeń może potwierdzić istnienie cząstek Higgsa). Naukowcy stwierdzili, że będą mieli pewność co do odkrycia bozonu, kiedy osiągną próg nazwany "5 sigma". Co znaczy, że prawdopodobieństwo, iż uzyskane przez nich wnioski z danych pochodzących od LHC wynikną z błędu statystycznego, musi być mniejsze niż jeden do miliona.

Prawdopodobnie we wnętrzu LHC po praz pierwszy wykryto bozony Higgsa - po kilku latach poszukiwań. Dokładnie, zdarzyło się to dopiero po czterdziestu ośmiu latach od narodzin teorii. Odkrycia udało się dokonać jedynie dzięki determinacji Profesora Higgsa - gdyby zaprzestał prowadzenia swoich badań, zgodnie z radami kolegów po fachu - przełomowego odkrycia nigdy (po nim) nikt nie zechciałby dokonywać. Można pokusić się o stwierdzenie, że bozony Higgsa zostały odkryte dla podtrzymania idei.

Problem nadal nie został do końca rozwiązany, odpowiedzi na wszystkie rodzące się pytania jeszcze nie udzielono. Czym właściwie jest cząstka Higgsa? W mediach możemy spotkać się z przeróżnymi określeniami dotyczącymi odkrycia dokonanego przez CERN. Mianowicie niektórzy mówią na to Model Standardowy, teoria wszystkiego lub po prostu cząsteczka Higgsa.

Odkrycie może być dla fizyki tak wielkie jakim dla biologii była teoria ewolucji. Jednak na ostateczną ocenę odkrycia należy trochę poczekać. Fizycy nie są bowiem pewni, czy to, co odkryli to cząstka Higgsa, czy całkiem nowa, nieznana dotąd, cząsteczka. Jedynie wstępne porównania do modelu bozonu Higgsa, pozwala uczonym na potwierdzenie autentyczności dokonanego odkrycia.

Bozon jest ostatnim, brakującym elementem Modelu Standardowego, teorii która opisuje podstawowe elementy i czynniki budujące Wszechświat. Jak podkreślają fizycy na całym świecie, cząsteczka Higgsa to brakując element układanki, jaką jest jedna z wielkich teorii fizycznych. Dokonane odkrycie pozwoli odpowiedzieć na pytanie, dlaczego istnieją cząstki mające masę i takie, które są jej pozbawione. Zgodnie z teorią, Wszechświat zaraz po wielkim wybuchu był jedna wielką mieszanką cząsteczek pozbawionych masy, które pędziły z prędkością światła. Cząsteczki zyskały masę dopiero po integracji z polem Higgsa, co później doprowadziło do powstania Wszechświata o obecnym kształcie.

Pole Higgsa to (w teorii) niewidzialne pole energetyczne, które przenika cały Wszechświat. Na takie cząsteczki jak fotony, pole Higgsa nie działa, i dlatego nie mają one żadnej masy.

Jak działa pole Higgsa?

Działanie pola Higgsa jest niezwykle proste do przedstawienia. Załóżmy, że kosmos zostanie porównany do stawu, w którym pływają kawałki surowego mięsa; karpie, obojętne na mięso i szczupaki. Kiedy kawałek mięsa (wolny atom) wpadnie do wody, to szczupaki (pole Higgsa) natychmiast do niego podpływają - nadając mu masę. Karpie (fotony) są zaś zupełnie obojętne na mięso, bo żywią się jedynie roślinami.

Oczywiście waga atomu zależy od stopnia integracji z polem Higgsa (im większa ingerencja pola, tym większa masa). W myśl teorii, pole Higgsa wypełnia całą wolną przestrzeń, ale jego bezpośrednie obserwowanie jest niemożliwe. Dowodem jego istnienia są jedynie bozony Higgsa.

Co to jest model standardowy i "teoria wszystkiego"?

Model opisuje dwanaście elementarnych cząsteczek, które są rządzone przez cztery podstawowe siły. Ta teoria dotyczy jedynie części Wszechświata. Dlaczego? Mianowicie nadal istnieją zjawiska, których nie jesteśmy w stanie pojąć - na przykład ciemna materia. Mimo że ciemna materia i energia, stanowią prawie 96% masy Wszechświata, nadal pozostają największą zagadką.

Jeśli model zostanie potwierdzony, to fizycy zdecydowanie zbliżą się do poznania największej tajemnicy ich dziedziny, czyli "teorii wszystkiego", (która wiąże się także z ciemną materią i grawitacją). Być może będą oni mogli potwierdzić lub obalić bardziej śmiałe teorie, takie jak istnienie równoległych światów.

2

2

Znaleziony rzez naukowców bozon jest kluczem do rozwiązania wszystkich zagadek.

Gdyby cząstka Higgsa nigdy nie została odnaleziona?

Fizycy są co do tego zgodni, a mianowicie: Model Standardowy straciłby wiarygodność. Wówczas musiałaby powstać całkiem nowa fizyka, która opierałaby się na zupełnie innych zasadach. Naukowcy, który ogłosili odkrycie cząstki Higgsa wypowiadali się o niej dosyć ogólnikowo, dopuszczając popełnienie błędu. Jednak wypowiedzi specjalistów na całym świecie mogą być dwojako zrozumiane. Uczeni niekoniecznie mieli na myśli dopuszczenie popełnienia błędu. Większość z nich wypowiadała się w sposób, który jedynie potwierdzał prawdziwość dokonanego odkrycia.

Nam laikom, pozostaje jedynie zastanowić się nad tym, na jakiej podstawie narodziła się teoria o istnieniu pola Higgsa i bozonów. Jedynym sensownym wyjaśnieniem jest to, że fizycy po prostu wymyślili sobie, że coś takiego jak cząstka Higgsa może istnieć naprawdę. Niektórzy uważają pole Higgsa, jako kolejny fizyczny byt, który nie tyle nie rozwiązuje fizycznych zagadek, a jedynie jeszcze bardziej je komplikuje. Mianowicie, pole Higgsa posiada pewien rozkład potencjałów, który w różny sposób steruje zachowaniem obiektów, które znajdą się w zasięgu pola. Póki co, kompletnie nie wiadomo według jakich zasad odbywa się sterowanie.

Mówi się, że fizycy poszukujący pola Higgsa są z góry skazani na porażkę, bo nigdy nie uda im się dokonać odkrycia (nie można odkryć czegoś, co nie istnieje - jak twierdzą niektórzy, gdy wypowiadają się o bozonach). Co za tym idzie, będą oni musieli porzucić Model Standardowy i przyłączyć się do kreowania Nowej Fizyki. W podstawach Nowej Fizyki istnieje odpowiednik pola Higgsa, który nazywany jest "boską przestrzenią" - ta przestrzeń steruje ruchem różnych cząsteczek, ale nigdy nie będzie można w sposób doświadczalny zbadać jak to się odbywa.

"Boska przestrzeń", to nic innego jak przestrzeń, w której mieszają się wszystkie składniki materii. Wygląda na to, że mimo dokonanego odkrycia fizycy nadal dzielą się na entuzjastów i sceptyków. Nikt tak naprawdę nie wie po której ze stron powinien stanąć. Odkryty bozon Higgsa nie rozwiązał jak dotąd żadnej fizycznej zagadki, a jedynie skomplikował wszystkie istniejące. Może faktycznie należałoby porzucić dalsze badania i zająć się tworzeniem Nowej Fizyki, której podstawy już istnieją i są o wiele jaśniejsze, niż zasady rządzące Modelem Standardowym?

Może jednak fizycy nigdy nie zdecydują się na ten krok, w obawie przed gigantycznym przewrotem w fizyce? Nie bójmy się stwierdzenia, że po obaleniu teorii Modelu Standardowego#, wszystko (na moment) stanęłoby na głowie.


Zobacz również