Higsov bozon, popularno nazvan “Božja čestica” do sada definitivno
postoji samo u umovima teorijskih fizičara. Oni su, naime, stvorili
prilično stabilnu teoriju o tome kako univerzum funkcioniše – sve
čestice koje čine atome i molekule i sva materija koju vidimo, većina
sila koja njima upravlja i još mnogo egzotičnih čestica.
To se zove “standardni model”. Ipak, ta teorija ima bitan nedostatak: ne objašnjava kako čestice dobijaju masu.
Higsov mehanizam predložen je 1964. od strane šestorice fizičara među
kojima je bio i teoretičar iz Edinburga Piter Higs, kao jedan od
odgovora na to pitanje.
Objašnjenje Higsovog bozona
Najbolja teorija porekla mase u česticama leži u “Higsovom polju” – gde se masa posmatra kao mera otpora na kretanje.
Možda je najbolje objasniti je nekom analogijom.
Šta je važno u vezi sa masom?
Masa je mera koliko nečaga ima – čestice, molekula ili na primer,
stola. Kada ne bi bilo mase, sve čestice koje čine atome, pa i stolovi,
leteli bi unaokolo brzinom svetlosti, a Univerzum kakav poznajemo ne bi
mogao da ima konzistentnu materiju.
Higsov mehanizam
podrazumeva da postoji polje koje omogućava česticama da steknu masu.
Interakcija sa poljem i Higsovim bozonima, im to omogućava.
Taj proces sličan je hodu kroz sneg gde se zbog interakcije vaših cipela sa podlogom sve više usporavate.
Kako naučnici tragaju za Higsovim bozonom?
Standardni model ne predviđa tačnu masu Higsovog bozona.
Akceleratori čestica poput Velikoh Hadronskog kolajdera koriste se za
sistematičnu potragu za česticom u određenom rasponu masa u koje se ona
uklapa.
Veliki Hadronski kolajder (sudarač) funkcioniše tako
što sudara dva snopa subatomskih čestica – protona pri brzini bliskoj
brzini svetlosti.
U takvim okolnostima dolazi do stvaranja čitave kiše čestica, među kojima bi trebalo da je i Higsov bozon.
Iako ga naučnici verovatno nikad neće direktno opaziti, oni sa
određenim stepenom verovatnoće mogu ustanoviti da li on postoji ili ne u
toj gomili čestica.
Hadronski sudarač nije jedina mašina koja
je imala takav zadatak – u Cernu je između 1989. i 2000. LEP mašina je
odredila opseg masa u okviru kog bi trebalo tražiti Higsov bozon.
US Tevatron akcelerator zatim je tražio česticu koja se uklapala u taj opseg.
Kada ćemo znati da li smo našli česticu?
Fizičari su vrlo strogi po pitanju objavljivanja otkrića –
potrebno je da se rezultat potvrdi i po stotinu puta, kako bi oni
priznali da su otkrili nešto.
Prvi izazov bio je određivanje
mase čestice, a do toga će izgleda doći vrlo skoro. Sledeći korak je
utvrđivanje da se čestica ponaša kako je očekivano, da se ispita kako
ulazi u interakciju sa drugim česticama i raspada u još više njih.
To je budućnost fizike, pa ćemo ulazak u standardni model verovatno čekati još dugo.
Šta onda?
Većina profesionalnih fizičara rekla bi da je pronalazak Higsovog
bozona u tačnom obliku kakav predviđa teorija zapravo bilo razočarenje.
Veliki prijekti kakav je Veliki Hadronski kolajder građeni su sa ciljem
širenja znanja i potvrđivanja postojanja Higsovog bozona tamo gde ga
očekuju. Ipak, iako bi njegov pronalazak bio trijumf ljudskog
razumevanja fizike, to bi bilo mnogo manje uzbudljivo, nego da ga nikad
ne pronađu.
Doduše, čak i ako bi se Higsova teorija u potpunosti uklopila u standardni model, ostaje još mnogo pitanja.
Iako taj model objašnjava materiju kakvu poznajemo, ima mnogo razloga
da verujemo da materija zauzima svega četiri odsto vidljivog univerzuma.
Ostatak, tamna materija i tamna energija biće još veći “zalogaj”.
Standardni model i Higsov bozon
Standardni model je teorija u fizici elementarnih čestica koja
uspešno opisuje tri od četiri fundamentalne sile između elementarnih
čestica od kojih se sastoji sva poznata materija: elektromagnetizam,
jaku i slabu nuklearnu interakciju.
To je kvantna teorija polja
usklađena s kvantnom mehanikom i teorijom relativnosti i do sada je
potvrđena predviđanjem rezultata gotovo svih eksperimenata u kojima
deluju tri fundamentalne interakcije. Ipak, standardni model nije
kompletna teorija jer ne uključuje gravitaciju, a takođe zavisi i od
niza ispitivanja dobijenih parametara (mase čestica i konstante
vezivanja) koji se ne mogu dobiti iz same teorije.
Evo još nekoliko pojedinosti:
– Standardni model je najjednostavniji set sastojaka – elementarnih
čestica – potrebnih za izgradnju sveta kakav poznajemo, kako u svemiru,
tako i u laboratoriji.
– Kvarkovi se međusobno kombinuju kako bi
napravili, na primer, protone i neutrone, koji opet čine ključ za
postojanje atoma, ali se veruje da su na samom začetku stvaranja
univerzuma postojale i mnogo neobičnije kombinacije.
– Leptoni
dolaze u dve varijante – sa i bez naelektrisanja; elektroni –
najpoznatiji naelektrisani leptoni – zajedno sa kvarkovima grade
vidljivu materiju; leptoni bez naelektrisanja su neutrini, koji retko
ulaze u interakciju sa materijom.
– “Nosioci sile2 su čestice čiji
se okreti “vide” kao poznate sile, poput one koja stoji iza struje i
svetla (elektromagnetizam) i radioaktivnog raspada (slaba nuklearna
sila).
– Higsov bozon je “ubačen” u sistem, jer iako standardni model funkcioniše sasvim dobro, ne objašnjava otkud česticama masa.