Bozon Higgsa dla laików

- Odkrycie bozonu Higgsa to nie tylko jest najważniejsze odkrycie w fizyce w ostatnich latach, ale w pewnym stopniu największe odkrycie w nauce w ogóle - mówi dr Piotr Zalewski z Zakładu Fizyki Wysokich Energii Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Jedno ze zderzeń w eksperymencie CMS

Foto: CERN/CMS.

4 lipca 2012 roku ogłoszono, a 31 lipca potwierdzono, że w Wielkim Zderzaczu Hadronów pod Genewą odkryto cząstkę elementarną, która prawdopodobnie jest poszukiwanym od blisko pół wieku bozonem Higgsa. Tym samym domknięty został tzw. Model Standardowy, najważniejsza teoria współczesnej fizyki cząstek elementarnych.

Dr Piotr Zalewski z Zakładu Fizyki Wysokich Energii Narodowego Centrum Badań Jądrowych, uczestnik badań, które doprowadziły do odkrycia, wyjaśnia, że zostało one dokonane w dziedzinie, które nazywa się fizyką cząstek. – Czyli w dziedzinie poszukiwania tego, w jaki sposób materia jest zbudowana na najdrobniejszym poziomie, jak elementy materii oddziałują między sobą. Ale jednocześnie jest to dziedzina, która zajmuje się również w tym, w jaki sposób wszechświat powstał i dlaczego w ogóle my istniejemy, dlaczego w ogóle cokolwiek istnieje – mówił. Gość Trójki zaznaczył, że tymi pytaniami nauka zajęła się na serio dopiero z końcem XIX wieku.

Fizyka to niezwykła nauka. Laikowi może się wydawać, że stoi "na głowie": najpierw trwają rozważania teoretyczne, podczas których za pomocą równań przewiduje się rzeczywisty wygląd świata i to, jak ten rzeczywisty stan rzeczy odzwierciedli się w wynikach eksperymentów. Dopiero potem wykonuje się te eksperymenty. Od ich wyników zależy to, czy wymyślony przez nas model jest prawdziwy. Właśnie tak szukano bozonu Higgsa.

Bozon Higgsa to cząstka, która została przewidziana teoretycznie przez fizyka Petera Higgsa (i kilku innych fizyków), ale aż do tego roku nie potwierdzono jej istnienia doświadczalnie. Nawet po lipcowym odkryciu nie znamy jeszcze dokładnie natury tej cząstki.

Istnienie bozonu Higgsa jest postulowane przez Model Standardowy – zgodnie z tzw. mechanizmem Higgsa pola kwantowe sprzęgają się z polem Higgsa, w wyniku czego następuje spontaniczne złamanie symetrii, a bezmasowe cząstki Modelu Standardowego nabierają masy. No dobrze, ale co to dokładnie znaczy? Że bez bozonu Higgsa materia nie miałaby w ogóle masy. Od kilku dekad wiemy, że u podstaw wszystkich zjawisk rządzonych siłami jądrowymi i elektromagnetycznymi, a więc światła i dźwięku, wszelkich własności ciał stałych i gazów, a nawet chemii i biologii, leży właśnie Model Standardowy oddziaływań fundamentalnych. Abyśmy byli z niego w pełni zadowoleni, musi on zawierać również mechanizm ustalający masy obserwowanych cząstek i to, skąd te masy w ogóle się biorą. Właśnie dlatego bozon Higgsa nazywany jest też „Boską cząstką” - ponieważ ma być odpowiedzialny za to, że wszystko, co istnieje, posiada masę.

Dr Piotr Zalewski przyznaje, że nie jest łatwo wprost wytłumaczyć, czym jest odkryta "boska cząstka". Gość Jerzego Sosnowskiego określił bozon Higgsa jako żywą skamielinę z początku Wszechświata. Przed Wielkim Wybuchem prawa fizyki, które znamy, jeszcze nie istniały. Potem okazało się, że Wszechświat wyewoluował właśnie do takiego kształtu, jaki znamy dziś, w którym cząstki mają masę. Dlatego rozmowę o bozonie Higgsa trzeba zacząć od samego początku istnienia kosmosu. Wszechświat tuż po wielkim wybuchu był bardzo gorący, następnie zaczął stygnąć. I w momencie, w którym zastygł, powstały stałe jakości, które są obecne w każdym punkcie przestrzeni. – To dwie liczby. Teoria, która została wymyślona m.in. przez Higgsa, przewiduje, że gdzie byśmy się nie znaleźli, możemy zapytać stan o najniższej energii, czyli próżnię, czy ona ma jakieś własności i okazuje się, że ona właśnie ma dwie liczby. Jedna z nich jest bezpośrednio związana z tym, jaka jest masa tej cząstki, czyli bozonu Higgsa – wyjaśnia dr Piotr Zalewski.

(pg/ew)

Więcej w materiale dźwiękowym