Cząstka Higgsa, Model Standardowy, teoria wszystkiego - te określenia pojawiają się w ostatnich dniach w związku z najnowszymi odkryciami naukowców z CERN. Mogą one doprowadzić do takiego przełomu w fizyce, jakim dla biologii była teoria ewolucji. Jednak osobom, które znajomość z fizyką zakończyły tuż po maturze, może być ciężko docenić ich wagę. Na szczęście w zrozumieniu tego, co tak ekscytuje naukowy świat, mogą pomóc proste przykłady - jak choćby... scena z życia George'a Clooneya.
Naukowcy CERN (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych) ogłosili w środę przełomowe wyniki badań przeprowadzanych z użyciem Wielkiego Zderzacza Hadronów. Odkryli nieznaną dotąd cząstkę, która może być poszukiwanym od kilku dekad bozonem Higgsa. Fizycy nie są pewni, czy to rzeczywiście on, czy też całkowicie nowa cząstka. Zaznaczają jednak, że posiada cechy, którymi według modelu powinna charakteryzować się cząstka Higgsa.
Bozon, czyli cząstka Higgsa to ostatni, brakujący element Modelu Standardowego, teorii opisującej podstawowe elementy i czynniki budujące Wszechświat. Dotąd zidentyfikowano już 11 pozostałych opisanych przez niego cząstek. Brakuje tylko bozonu - jego odnalezienie potwierdziłoby prawdziwość Modelu Standardowego.
Wszechświat jak zupa
Według naukowców w pierwszej miliardowej części sekundy po Wielkim Wybuchu Wszechświat był gigantyczną zupą cząsteczek pędzących z prędkością światła i nie posiadających masy. Zyskały ją dzięki interakcji z polem Higgsa, co w efekcie doprowadziło do powstania obecnego kształtu Wszechświata.
Pole Higgsa to teoretyczne istniejące niewidzialne pole energetyczne przenikające cały kosmos. Na niektóre cząstki, np. fotony tworzące światło, pole Higgsa nie działa i dlatego nie mają one żadnej masy. Ale są też takie, które je przyciągają.
Pole Higgsa jak paparazzi
Można to wytłumaczyć na przykładzie sceny z udziałem znanego gwiazdora, np. George'a Clooneya. Kiedy aktor (cząsteczka, np. atom) pojawia się na ulicy, szybko otacza go grupa paparazzich (pole Higgsa). Skupiają się wokół Clooneya nadając mu masę, natomiast takie zainteresowanie nie spotka innych, zwykłych śmiertelników na tej samej ulicy (fotonów).
Popularność aktora, jego wagę w Hollywood, można oceniać m.in. obserwując, jak bardzo jest popularny wśród paparazzi. Podobnie w świecie cząstek elementarnych - im większa interakcja z polem Higgsa, tym większa ich masa.
Zgodnie z teorią pole Higgsa wypełnia całą przestrzeń, ale nie można go obserwować bezpośrednio. Dowodem jego istnienia są właśnie poszukiwane przez naukowców bozony Higgsa.
Bozon kluczem do potwierdzenia Modelu
Oficjalnie pozostającą jeszcze w teorii cząstkę opisało w 1964 r. sześciu fizyków, wśród nich Brytyjczyk Peter Higgs. Jednak intensywne poszukiwania brakującego elementu Modelu Standardowego ruszyły na dobre właściwie dopiero od 2010 r. - po stworzeniu Wielkiego Zderzacza Hadronów.
Dlaczego jej znalezienie jest tak ważne? Tylko tego brakuje do potwierdzenia prawdziwości Modelu Standardowego, który jest dla fizyki tym, czym teoria ewolucji dla biologii. To jak dotąd najlepsze wytłumaczenie procesów, które doprowadziły do powstania Wszechświata.
Zbliżą się do "teorii wszystkiego"?
Model opisuje 12 elementarnych cząstek, którymi rządzą cztery podstawowe siły. Ta teoria obejmuje jednak tylko niewielką część Wszechświata. Wciąż istnieją zjawiska, których nie możemy obserwować i w pełni zrozumieć. Należą do nich m. in. ciemna materia i ciemna energia. Pozostają tajemnicą, choć uważa się, że to właśnie one stanowią 96 proc. masy i energii kosmosu.
Potwierdzenie Modelu albo jego niewielka modyfikacja może przybliżyć fizyków do zdobycia "świętego Graala" ich dziedziny, czyli tzw. teorii wszystkiego, obejmującej również zagadnienia ciemnej materii czy grawitację, której Model Standardowy również nie tłumaczy. Mogłaby ona też rzucić światło na jeszcze bardziej śmiałe idee, jak możliwość istnienia światów równoległych.
Liczy się tylko kilka zderzeń z biliona
Kluczem do osiągnięcia tego jest właśnie znalezienie bozonu. W poszukiwaniach naukowcy korzystają z Wielkiego Zderzacza Hadronów, który pozwala dokonywać kolizji cząsteczek rozpędzonych niemal do prędkości światła, a przez to odtworzyć warunki, jakie panowały w pierwszej sekundzie po Wielkim Wybuchu.
Te badania to jednak żmudna i długotrwała praca. Wymaga przeanalizowania prze komputery gigantycznej ilości danych z biliona kolizji, z czego jedynie kilka może potwierdzić istnienie cząstki Higgsa.
Naukowcy założyli, że zyskają pewność co do odkrycia bozonu wtedy, gdy osiągną próg, który nazwali "5 sigma". Oznacza to, że prawdopodobieństwo, że ich wnioski uzyskane z danych pochodzących od Zderzacza będą wynikiem błędu statystycznego, musi być mniejsze niż jeden do miliona.
Autor: js/rs / Źródło: Reuters