Како је славни физичар променио наше разумевање универзума
Хигсов бозон. Четвртог јула 2012. године, истраживачи из Великог хадронског сударача (ЛХЦ) објавили су да су открили последњи комад слагалице која је остала недовршена 48 година.
Велики хадронски сударач највећа је и најсложенија машина икад направљена, а комадић који је он пронашао честица је из субатомског света и део основног градивног материјала који чине све што познајемо. Тај комадић је Хигсов бозон, а потврда његовог постојања једно је од највећих открића савремене физике. Открићем Хигсовог бозона, Стандардни модел је био довршен.
Он описује сет елементарних честица које сачињавају све што познајемо, а силе које реагују између њих чине да оне функционишу као састављене лего коцкице. Велики хадронски сударач је кулминација авантуре која је почела 1964. године кад је британски физичар Питер Хигс објавио теорију која је предвидела постојање бозона.
Овај научник је умро 9. априла у 94. години.
Хигс је рекао да је бозон „једина добра идеја” коју је икада имао, а испрва је веровао да је његова теорија само бескорисни математички прорачун и ништа више. Оно што се заправо десило, међутим, било је да је честица из његове теорије, чије је постојање касније сударач потврдио, извршила револуцију у нашем разумевању универзума.
Та једна једина добра идеја донела је Хигсу Нобелову награду из физике 2013. године.
У разговору вођеном 2022. године који је обележио десетогодишњицу открића Хигсовог бозона у Великом хадронском сударачу, двојица специјалиста објаснила су како нам ова мала честица помаже да одговоримо на два велика питања о човечанству: одакле долазимо и од чега смо направљени?
Стандардни модел
Дуго времена се веровало да су атоми најелементарније честице свега што постоји. Онда смо открили да су ти атоми заправо направљени од још мањих честица: протона и неутрона, који чине језгро атома и електрона, које круже око језгра.
Данас знамо да чак и ти протони и неутрони могу да се поделе на још мање честице.
Свеукупно гледано, откривено је 17 основних честица, које у интеракцији једна са другом због утицаја сила сачињавају читав универзум који познајемо. Овај сет од 17 честица и сила познат је као Стандардни модел.
Честице из Стандардног модела подељене су на две главне породице: фермионе и бозоне. Фермиони су циглице од којих је направљено све у универзуму. Они су као лего коцкице које, у зависности од тога како су искомбиноване, чине различите атоме. Постоји 12 фермиона, подељених на шест кваркова и шест лептона. Другим речима: сва материја коју познајемо сачињена је од комбинације кваркова и лептона.
Бозони су честице које садрже силе због којих фермиони имају интеракције.
Постоји укупно пет типова бозона, а сваки садржи једну од три фундаменталне силе због које материја има интеракцију:
1. Глуон, који садржи снажну силу која одржава кваркове на окупу;
2 и 3. W бозон и Z бозон који садрже слабу силу, због које језгро атома пропада у другу врсту атома;
4. Фотони, који садрже електромагнетну силу. Постоји и четврта сила, можда најславнија од свих: гравитација. Али гравитација на субатомском нивоу је толико слаба да њен утицај углавном може да се игнорише, тако да она није део Стандардног модела.
Као последица тога, скоро смо довршили Стандардни модел: породица фермиона има интеракцију са породицом бозона и оне заједно обликују универзум.
Али још нисмо говорили о петом бозону… Хигсовом бозону.
.
Шта је Хигсов бозон?
Са 12 фермиона и четири бозона, имамо 16 од 17 комада слагалице Стандардног модела. Недостаје нам само комадић који довршава тај модел: Хигсов бозон. Хигсов бозон је нужан да би одговорио на кључно питање: честице попут кваркова и лептона имају масу уз чију помоћ формирају материју.
Али одакле те честице добијају масу?
Одговор је такозвано Хигсово поље, невидљиво окружење које обухвата читав универзум и прожима масом честице које управљају њим. У том Хигсовом пољу су Хигсови бозони, а они дају масу честицама које чине материју.
„Откриће Хигсовог бозона нам је показало да постоји необична ствар у коју смо сви уроњени, а која је позната као Хигсово поље”, каже Френк Клоус, професор емеритус теоријске физике на Универзитету у Оксфорду.
„Баш као што риба мора да буде уроњена у воду, нама је неопходно Хигсово поље”, каже Клоус, аутор књиге Неухватљив: Како је Питер Хигс решио мистерију масе.
Питер Хигс је 1964. године био један од првих који је осмислио теорију постојања тог поља и први који је предвидео да мора да постоји честица повезана са тим пољем.
Али је тек захваљујући Великом хадронском сударачу 2012. године било могуће видети да та честица, коју данас знамо као Хигсов бозон, заиста постоји и изван теорије.
.
Зашто је ово откриће било толико важно?
Према Саулу Нои Рамосу Санчезу, истраживачу са Института за физику на Националном аутономном универзитету у Мексику, откриће Хигсовог бозона обележило је три велике прекретнице које су промениле наше разумевање универзума.
1. Дало нам је потпуно сазнање о елементарним честицама које нас сачињавају.
„Све честице које чине наше атоме коначно су биле схваћене, међу њима и њихов однос са другим честицама”, каже Рамос Санчез.
2. Откривена је честица другачија од свих осталих.
Хигсов бозон није попут електрона, нити је попут протона, а одговоран је за одређене интеракције које су довеле до сазнања о маси ових честица. Другим речима, Хигсов бозон је кључни комадић слагалице који нам говори зашто су друге честице онакве какве су.
3. Најпрецизнија теорија свих времена.
Рамос Санчез каже да је Стандардни модел „најпрецизнија теорија човечанства”.
То је теорија која је славна по највећој прецизности.
Клоус се слаже с тим: „Уз неколико малих изузетака, она врло добро објашњава све што можемо да видимо”, каже професор.
.
Будућност
Експерти су сагласни да после тог историјског 4. јула 2012. године није било других великих открића везаних за физику честица. Неки скорашњи експерименти у Великом хадронском сударачу и у Фермилебу, још једном акцелератору честица у САД, дали су назнаке нечега што би могла да буде нова честица или раније неоткривена сила. Ако је то стварно тако, то би могло да доведе у питање Стандардни модел.
Међутим, резултати ових експеримената нису потпуни.
„После открића Хигсовог бозона, Стандардни модел је чвршћи од било чега другог”, каже Рамос Санчез.
Али је истина и да постоји неколико питања на које Стандардни модел не може да одговори. Стандардни модел физике честица описује свега око 5 одсто универзума, нормалне или видљиве материје. Он не објашњава шта је тамна материја, мистериозни састојак који чини 27 одсто универзума.
Осталих 68 одсто чини слично енигматична тамна енергија.
Нити објашњава зашто у универзуму има више материје него антиматерије или зашто се ширење космоса убрзава. А ту је и још један крупан пропуст: он не успева да обухвати силу гравитације. Настало је неколико теорија у покушају да се ове енигме реше, али ниједна не пружа дефинитиван одговор.
То, међутим, не значи да је Стандардни модел погрешан, кажу експерти.
„Ја бих волео да је Модел у кризи! То би нам дало назнаке да морамо да смислимо нову теорију која објашњава све ово”, каже професор.
„’Проблем’ са Стандардним моделом је што ради јако добро.
„Ми знамо да то није дефинитивна теорија, али је комплетан опис свега чему смо до сада имали приступа”, каже Клоус.
.
Изван студије
Године 1964. Хигс није био једини који је радио на идеји постојања онога што данас знамо као Хигсово поље. Истовремено су и други научници писали студије које су упирале у том правцу. Хигс је, међутим, био једини који је схватио да је његова математичка идеја истинита, да стварно постоји у природи и да није само трик за решавање теоријских проблема.
„Његов математички трик претпоставља да постоји нешто чудно, што називамо Хигсовим пољем.
„Дакле, ако је то поље стварно, требало би да можемо да га нађемо, а начин да га нађемо би требало да је оно што данас називамо Хигсовим бозоном.
„Хигс је био једина особа који је то приметио, тако да је бозон исправно назван по њему”, каже Клоус.
У каснијим годинама, Питер Хигс је живео прилично пустињачким животом у пензији у Едингбургу, у Шкотској. Није користио интернет, само телефон, а живео је у згради без лифта у којој је морао да силази низ 84 степенице да би изашао на улицу. За Клоуса је све то само показивало колико је неухватљив Питер Хигс био, једнако неухватљив као славни бозон који се годинама крио, а кад се коначно појавио, променио је заувек наш доживљај универзума.
Карлос Серано
Извор: BBC News na srpskom
Хигсов бозон napisao/la P.U.L.S.E dana
Pregled tekstova autora – P.U.L.S.E →