Priča o Higgsovom bozonu — čestici koja je promijenila fiziku
Dana 4. srpnja 2012. znanstveni svijet nakratko je utihnuo. U dvorani Europske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) u Ženevi znanstvenici su objavili vijest koju su fizičari čekali gotovo pola stoljeća — otkrili su Higgsov bozon.
Dok su dvoranom odjekivali pljesak i uzvici oduševljenja, u prvom redu je tiho sjedio Peter Higgs, teoretski fizičar koji je još 1964. godine predvidio postojanje te čestice.
Ubrzo nakon otkrića, svijet ju je prozvao “Božjom česticom” — iako taj nadimak ima više veze s medijima nego s religijom.
Što je zapravo Higgsov bozon?
Da bismo razumjeli zašto je njegovo otkriće toliko važno, moramo se vratiti osnovama.
Sve oko nas — od atoma do galaksija — sastavljeno je od čestica. Neke od njih, poput elektrona i protona, imaju masu, dok druge, poput fotona (čestica svjetlosti), nemaju.
Pitanje koje je mučilo fizičare desetljećima glasilo je: odakle masa uopće dolazi?
Šezdesetih godina prošlog stoljeća, Peter Higgs i nekoliko drugih znanstvenika predložili su da u svemiru postoji nevidljivo polje koje “koči” čestice dok se gibaju — slično kao što voda usporava ribe dok plivaju.
To su polje nazvali Higgsovo polje. Čestice koje s njim snažnije međudjeluju imaju veću masu, dok one koje ga ne osjećaju ostaju bezmasne.
Higgsov bozon je kvantni odraz tog polja — njegova “vibracija” — baš kao što je foton kvant svjetlosti.
Ako se bozon pronađe, to znači da polje doista postoji.
Zašto je bilo tako teško pronaći ga?
Iako je teorija bila jednostavna, dokazivanje njezine ispravnosti bilo je sve samo ne lako.
Higgsov bozon postoji samo pri iznimno visokim energijama, poput onih koje su postojale u djeliću sekunde nakon Velikog praska.
Da bi ga pronašli, znanstvenici su morali izgraditi Veliki hadronski sudarač (LHC) — podzemni prsten dugačak 27 kilometara, koji ubrzava protone gotovo do brzine svjetlosti.
Ti protoni zatim sudaraju pri energijama do 14 teraelektronvolta (TeV), stvarajući nove čestice koje bilježe golemi detektori — ATLAS i CMS, svaki veličine višekatne zgrade i sastavljen od milijuna senzora.
Pronaći Higgsov bozon među milijardama sudara bilo je poput traženja jedne pahulje u snježnoj oluji.
Povijesni trenutak — 4. srpnja 2012.
Nakon godina prikupljanja i analize podataka, znanstvenici su napokon otkrili jasan signal koji se podudarao s predviđanjima Higgsovog bozona.
CERN je objavio:
“Otkrili smo novu česticu čije su osobine u skladu s Higgsovim bozonom.”
Vijest je obišla svijet. Peter Higgs, tada 83-godišnjak, bio je u publici i nije mogao sakriti emocije.
Godinu dana kasnije, 2013., Higgs i François Englert dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.
Zašto “Božja čestica”?
Nadimak “Božja čestica” ne potječe od znanstvenika, već iz knjige američkog fizičara Leona Ledermana iz 1993. godine, The God Particle.
Lederman je zapravo želio knjigu nazvati “The Goddamn Particle” (“prokleta čestica”) jer je bila tako teško uhvatljiva, ali je izdavač inzistirao na “mekšoj” verziji.
Naziv je ostao, iako većina fizičara ne voli taj izraz jer stvara pogrešan dojam o njezinoj prirodi.
No, koliko god bio netočan, taj nadimak učinio je da Higgsov bozon postane poznat i izvan znanstvenih krugova.
Zašto je otkriće toliko važno?
Higgsov bozon nije samo još jedna čestica — on je ključni dio Standardnog modela fizike, teorije koja opisuje kako osnovne čestice međusobno djeluju putem četiri osnovne sile prirode (elektromagnetske, jake, slabe i gravitacijske).
Bez Higgsovog polja, čestice ne bi imale masu.
Atomi, planeti, zvijezde — i mi sami — ne bismo postojali.
Drugim riječima, Higgsov mehanizam objašnjava zašto svemir postoji u svojem sadašnjem obliku.
Što slijedi nakon toga?
Iako je otkriće potvrdilo Standardni model, otvorilo je i nova pitanja.
Model ne objašnjava tamnu tvar, tamnu energiju ni gravitaciju, koje zajedno čine više od 95 % svemira.
Zbog toga znanstvenici nastavljaju potragu za novom fizikom.
U budućnosti CERN planira izgraditi Future Circular Collider (FCC) — kružni sudarač dug 100 kilometara, koji bi mogao otkriti još dublje zakone prirode, nove tipove Higgsovih čestica ili potpuno nove sile.
Od znanosti do svakodnevice
Iako se potraga za Higgsovim bozonom čini apstraktnom, tehnologije razvijene tijekom tog procesa već danas imaju praktične primjene.
Zahvaljujući istraživanjima u CERN-u, razvijene su napredne metode medicinskog snimanja (MRI, PET), umjetna inteligencija, algoritmi za obradu podataka i, naravno, World Wide Web.
Kada se traže odgovori na pitanja o svemiru, često se usput stvore rješenja koja mijenjaju svakodnevni život.
Zajednički uspjeh čovječanstva
Više od 10.000 znanstvenika iz više od 100 zemalja sudjelovalo je u otkriću Higgsovog bozona.
To je primjer što čovječanstvo može postići kada dijeli znanje i surađuje preko granica.
Kao što je Peter Higgs kasnije rekao:
“Nevjerojatno je da je nešto što sam napisao na papiru prije gotovo 50 godina napokon pronađeno u prirodi.”
Higgsov bozon možda nije “božanski”, ali njegovo otkriće dokaz je snage ljudske znatiželje i upornosti — osobina koje pokreću svemir znanosti naprijed.