Galbūt ieškantys Higso bozono savo laimikį pagaliau užspietė į kampą.
Nagi, jie jį rado. Turbūt. Galbūt. Priversti fizikus pasakyti, ar jie tikrai atrado Higso bozoną, ne ką lengviau nei susekti patį nesugaunamąjį subatominį padarą. Žymus šios srities mokslininkas Leonas Ledermanas kartą jį praminė „prakeikta“ dalele, nes ją taip sunku išskirti. Arogantiškas redaktorius pataisė į „Dievo“ (žodžių žaismas: „prakeikta“ angliškai „goddam“, o „Dievas“ – „God“ – vert. past.), ir taip atsirado legenda. Rašantiems antraštes ji patiko. Fizikams patiko viešumas. Didžiausia pasaulyje dalelių fizikos laboratorija CERN – Higso bozono medžioklės centras – pasinaudojo viešumu, kad nenutrūktų pinigų srautas.
Gali būti, kad viskas atsipirko. Kvapą sulaikiusiam pasauliui du mokslininkai CERN būstinėje Ženevoje gruodžio 13 dieną paskelbė žinią, kuri atrodo padrąsinamai higsiška.
Tiems, kurie kelerius pastaruosius metus nesidomėjo dalelių fizikos smulkmenomis, priminsime, kad Higso bozonas – tai teorinis konstruktas, kurį 1964 m. sugalvojo britų mokslininkas Peteris Higgsas (nuotraukoje) ir dar penki ne tokie garsūs asmenys. Tai paskutinis dar nestebėtas Standartinio modelio elementas, kuris šiuo metu įtikinamiausiai paaiškina, kaip veikia visi visatos aspektai, išskyrus gravitaciją (šią nagrinėja bendroji reliatyvumo teorija).
Standartinį modelį (žr. lentelę) sudaro pažįstamos dalelės, kaip antai elektronai ir fotonai, ir paslaptingos, kaip antai W ir Z bozonai, kuriems būdinga silpnoji branduolinė jėga. Dauguma bozonų yra dalelės kurjeriai, surišantys kitas, kurios vadinamos fermionais. Tam naudojamas elektromagnetizmas ir silpnoji bei stiprioji branduolinė sąveika. Tačiau Higso bozonas turi kitą paskirtį. Jis turi suteikti masę toms dalelėms, kurios turi svorio. Be jo arba ko nors į jį panašaus būtų spėjama, kad kai kurios Standartinio modelio dalelės, kurios realiai masę turi (ypač W ir Z bozonai), yra bemasės. Kitaip tariant, be jo Standartinis modelis neveiktų.
Fabiola Gianotti ir Guido Tonelli, kurie atitinkamai vadovauja dviem CERN eksperimentams, pavadintiems ATLAS ir CMS, paskelbė, kad abu jų aparatai stebėjo reiškinį, kuris primena Higso bozono pėdsakus. Tai pėdsakai, o ne patys bozonai, nes tiesiogiai nė vieno Higso bozono niekada nepamatysite. Geriausia, ko galima tikėtis, tai nuo Higso bozonų atskilusių dalelių deriniai; patys Higso bozonai irgi atsiranda kaktomuša susiduriant protonams, kai šie priešingomis kryptimis juda milžiniškame CERN aparate – didžiajame hadronų greitintuve (DHG). Tokie sunkūs objektai kaip Higso bozonai gali skaidytis keliais skirtingais būdais, bet visi būdai yra nuspėjami. Tiek ATLAS, tiek CMS aparate tokie spėjami deriniai stebėti pakankamai dažnai, kad sužadintų susidomėjimą, bet (dar) nepakankamai dažnai, jog įrodytų, kad jie atsirado dėl Higso bozonų, o ne dėl atsitiktinių fliuktuacijų su Higso bozonais nesusijusių skilimų fone.
Svarbiausia, ir dėl to kilo sujudimas, kad tiek ATLAS, tiek CMS (esantys skirtingose DHG žiedinio greitintuvo tunelio dalyse) rezultatai vienodi. Abu aparatai rodo, kad jeigu tai, ką jie matė, išties yra Higso bozonai, bozono masė bus apie 125 gigaelektronvoltai (GeV) skaičiuojant specialiais vienetais, kuriais matuojamas subatominių dalelių svoris. Toks sutapimas palaiko mintį, kad viskas iš tiesų tikra, o ne vien kelios atsitiktinės fliuktuacijos.
Be to, tai paremia fizikų viltis dėl ateities. Nors Standartinis modelis laiko išbandymą ištvėrė, jis remiasi keliomis šleivomis matematinėmis sistemomis. Jeigu kiekviena modelio dalelė turėtų vieną arba kelias sunkesnes (ir dar neatrastas) daleles partneres, didžiumos tų šleivų sistemų nebereikėtų, ir susiformuotų daug grakštesnis pasaulio vaizdas. Tačiau tokių neatrastų partnerių masės yra susijusios su Higso bozono mase. Kuo didesnė bozono masė, tuo didesnės dalelės partnerės. O jeigu jos per didelės, DHG negalės jų surasti – net teoriškai. Fizikos ateities, o ypač DHG, laimei, 125 GeV Higso bozonas pakankamai lengvas, kad prie Ženevos veikiantis aparatas kai kurias iš tokių dalelių atrastų.
Pabusk, mažoji Siuzi
Pasaulio modelis su sunkiomis dalelėmis partnerėmis, kuris lydi pažįstamą Standartinio modelio sukurtą vaizdą, vadinamas Supersimetrija, o siekis ištyrinėti Supersimetriją ir buvo reali DHG įrengimo priežastis. Ieškant Higso bozono, ieškoma senojo fizinio pasaulio pabaigos. Siuzi, kaip Supersimetriją vadina aistruoliai, yra naujasis pasaulis. Siuzi siūloma simetrija savotiškai puiki tuo, kad kiekvienas žinomas fermionas turi vieną arba kelis hipotetinius bozonus, o kiekvienas žinomas bozonas – vieną arba kelis fermionus. Tokios partnerystės neutralizuoja šleivas sistemas, ir lieka matematiškai grynesnis rezultatas. Dėl to sudarydami sąrašą „o kas toliau“ dauguma fizikų Siuzi įrašo viršuje.
Stebuklingasis aparatas.
Siuzi taip pat gali atsakyti į klausimą, kuris fizikus glumina nuo XX a. 4-ojo dešimtmečio: kodėl neišsisklaido galaktikos, kurių sukimosi greitis pagal jų gravitaciją atrodo per didelis, kad jos išliktų nesubyrėjusios? Visuomet atsakoma „tamsioji medžiaga“; šioji turi gravitacinį lauką, bet per tris Standartinio modelio jėgas ne itin sąveikauja. Tačiau tai tik pavadinimas, o ne paaiškinimas. Tokia dalelė nėra žinoma, bet Siuzi numato kai kurių egzistavimą; iš visų spėjamų dalelių jos yra lengviausios, tad DHG jas (jeigu jos egzistuoja) turėtų matyti. Bet tik tuomet, jeigu tai, ką tikisi pamatę F. Gianotti ir G. Tonelli, yra tikra.
O gali būti ir netikra. Kaip kartą šmaikštavo CERN vadovaujantis Rolfas-Dieteris Heueris, fizikai apie Higso bozoną žino viską, išskyrus tai, ar jis egzistuoja. Formaliai taip ir tebėra. Nors nuo to meto, kai 2010 m. DHG pradėjo rimtai dirbti, CERN mokslininkai išanalizavo apie 380 trln. protonų susidūrimų, atskirame eksperimente jie dar nematė Higso bozono ženklų, kurie tenkintų reiklų standartą, kad laimingas atsitiktinumas gali būti tik vienas atvejis iš 3,5 mln. Šiuo metu reali vertė arčiau vieno iš 2 tūkst. Bet čia neatsižvelgiama į sutampančius atskirų eksperimentų rezultatus. Be to, visą laiką apdorojamos krūvos naujų duomenų, taigi neturėtume ilgai laukti, kol rezultatas bus arba patvirtintas, arba paneigtas.
Jeigu rezultatas bus paneigtas, po viso sambrūzdžio kurį laiką neabejotinai bus jaučiamas nusivylimas. O tuomet paieškos atsinaujins, nes tebėra neištyrinėtų vietų, kur gali slėptis P. Higgso numatyta dalelė. Po 47 metus trukusių paieškų fizikai medžioklės taip lengvai neatsisakytų.
