Atrasti ir neatrasti dievai. Apie higsą truputį plačiau

Šiandien visas ne tik mokslo pasaulis linksniuoja higsą. Gal net dar porą dienų apie jį kalbės, prieš pamiršdami ir susidomėdami nauja sensacija. Tad kol taip neatsitiko, skubu įkišti savo trigrašį ir pasidalinti trupučiu informacijos su savo skaitytojais. Ryte parašiau tik pačią naujieną ir daviau nuorodų į porą straipsnių. Dabar parašysiu truputėlį plačiau.

Prieš rašydamas turiu jus perspėti, kad dalelių fizika nėra mano stiprioji pusė. Profesionaliai su ja pažįstamas esu tik iš vieno modulio trečiame kurse, kitos mano žinios ateina beveik vien iš „New Scientist“ ir panašių mokslo populiarinimo šaltinių. Taigi negaliu pakomentuoti įvairių detalių, eksperimento eigos ir teorinių modelių. Tačiau įrašo pabaigoje pateiksiu keletą nuorodų, kur galbūt rasite patinkančių ir įdomių paaiškinimų. Na o dabar galiu kažką bandyti papasakoti pats.

Kas?

Higso bozonas, kartais skambiai spaudoje pavadinamas „dieviškąja dalele“, yra paskutinė eksperimentiškai neužfiksuota elementarioji dalelė, priklausanti dalelių fizikos Standartiniam modeliui (angl. Standard model of particle physics). Kitos dalelės, sudarančios šį modelį, yra ir gerai pažįstami elektronai bei fotonai, ir kiek rečiau sutinkami tau bei miuonai ir visokie kitokie gliuonai. Teoriškai dalelės egzistavimas numatytas dar septintajame praeito amžiaus dešimtmetyje, bet eksperimentai, skirti jai atrasti, pradėti tik prieš dvejus metus.

Kaip?

Didysis hadronų kolaideris (Large Hadron Collider) yra didžiausias ir galingiausias šiuo metu egzistuojantis dalelių greitintuvas pasaulyje. Higso bozono paieškos buvo viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl kolaideris buvo pastatytas (kitos priežastys – tamsiąją materiją sudarančių dalelių paieška, supersimetrijos ir kitų teorijų tikrinimas…). Greitintuvuose kokios nors nedidelės dalelės (bet ne elementariosios; paprastai tai būna jų junginiai, pavyzdžiui protonai arba didesnių atomų branduoliai) elektromagnetinio lauko pagalba yra pagreitinamos iki greičio, labai artimo šviesos greičiui; du dalelių srautai nukreipiami vienas priešais kitą ir susiduria; susidūrimo metu dalelės sąveikauja tarpusavyje ir taip gali atsirasti įvairių naujų dalelių. Dauguma šių naujų objektų egzistuoja labai trumpą laiką, o vėliau skyla į kitas, stabilesnes, daleles. Bet skirtingų dalelių ir skilimai skirtingi, taigi iš principo įvairūs detektoriai, užfiksuojantys skilimo produktus, gali nustatyti ir kokios dalelės skilo. Arba jei ne konkrečiai kokios dalelės, tai bent jau jų mases (arba, atitinkamai, rimties masės energijas) gali nustatyti.

Kas įvyko?

Nuo 2010-ųjų metų LHC vykdomi protonų pluoštų susidūrimai ir fiksuojami jų metu susidariusių naujų dalelių skilimų signalai. Išanalizavus dalį praeitų metų informacijos, maždaug prieš pusmetį buvo paskelbta, jog yra tikimybė, kad egzistuoja anksčiau eksperimentiškai neidentifikuota dalelė, kurios masė yra apytikriai 125 gigaelektronvoltai (GeV; tai toks matavimo vienetas, naudojamas dalelių fizikoje, lygus elektrono krūvio ir milijardo voltų sandaugai; protono masė yra šiek tiek mažesnė už 1 GeV). Tačiau tada atradimo statistinis reikšmingumas buvo „tik“ maždaug 3 sigma. Išvertus į paprastų žmonių kalbą, „3 sigma“ reiškia „čia kažkas yra“.

Dabar, išanalizavus daugiau duomenų, statistinis reikšmingumas padidėjo. Šiandienos naujiena ta, jog pagaliau pasiektas išsvajotasis 5 sigmų slenkstis; dalelių fizikoje tai reiškia „tai tikrai yra dalelė“. Tiesa, apibendrinus visus CMS duomenis, gauname 4,9 sigmų statistinį reikšmingumą (tikimybė pasiekti rezultatą atsitiktinai lygi 1 iš 2 milijonų; 5 sigmos – maždaug 1 iš 4 milijonų), taigi iš principo dar reikėtų pagerinti rezultatus. Bet turint omeny, kad per pusmetį signalo stiprumas padidėjo nuo ~3 iki ~5 sigmų, beveik neabejoju, kad tas penkias sigmas viršys dar nesibaigus šiems metams ir neatėjus pasaulio pabaigai.

Kas toliau?

Taigi, jei „Higsas atrastas“, ar tai reiškia, kad LHC galima išjungti ir visiems skirstytis? Toli gražu. Net jei ir žinotume, kad tikrai radome higsą, LHC toliau tęstų kitų mokslinių užduočių vykdymą. Bet net ir to dar negalime tiksliai pasakyti. Mat kol kas nustatyta, jog egzistuoja maždaug 125 GeV masės dalelė, kuri yra bozonas. Nors masė atitinka teorinį spėjimą apie higsą, tai tik vienas iš požymių. Kiti požymiai pasireiškia kaip susidarymo ir skilimo keliai (ta prasme, kokioms dalelėms sąveikaujant atsiranda naujai atrastoji ir į kokias tiksliai daleles ji skyla) ir juos dar reikės išnarplioti iš gausybės duomenų. Perfrazuojant anglišką posakį, „tai atrodo kaip higsas, bet nežinia, ar krypuoja ir kvaksi kaip higsas, tai gali būti, kad čia ir ne higsas“.

Kas iš to?

Higso bozonas yra dalelė, susijusi su vadinamuoju higso lauku, kuris persmelkęs visą Visatą ir suteikia visoms kitoms dalelėms masę (išskyrus fotonams ir gliuonams, kurie masės neturi). Bloge „Starts with a Bang!“ yra straipsnis, kuriame populiariai paaiškinama, kaip ta masė suteikiama, palyginant higso lauką su lietumi, higso bozonus – su balionais, iš kurių lietus pilamas, o kitas daleles – su kempinėmis, sugeriančiomis vandenį ir taip įgyjančiomis masę. Kitas dažnas paaiškinimas pateiktas paveiksliuke žemiau: higso lauką galima palyginti su vakarėlių, o daleles – su įžymybėmis, kurias, tik įėjusias, iškart apspinta minios gerbėjų, taip trukdydamos praeiti. Štai jums ir masė.

Jei atrastoji dalelė tikrai yra higsas, tai ši diena įeis į istoriją kaip diena, kai eksperimentiškai užpildytas Standartinis dalelių fizikos modelis. Ne vienoje vietoje pamačiau palyginimą su nusileidimu Mėnulyje. Aišku, tokio ažiotažo ir visuomenės susidomėjimo higsas nesulauks, nes norint suprasti atradimo reikšmę, reikia žymiai daugiau nusimanyti moksle, nei tiesiog žiūrint į žmones, vaikštančius po Mėnulio paviršių. Bet atradimas yra tikrai reikšmingas ir svarbus žingsnis mūsų supratime apie Visatos sandarą mažiausiuose masteliuose.

O kas man iš to?

O čia jau sunkesnis klausimas. Kaip ir su visais fundamentaliaisiais mokslais, atradimas nėra iškart aiškiai ir tiesiogiai pritaikomas praktikoje. Jo nauda gali paaiškėti po dešimtmečio ar dar vėliau. Kol kas teks pasitenkinti galimybe sužavėti draugus savo mokslinėmis žiniomis ar tiesiog pasigrožėti internetų sugebėjimais iš visko išspausti humorą ir memus.

Laiqualasse

Papildymas 07-05 ryte: Guardian aiškina, kaip paaiškinti Higso bozoną skirtingoms socialinėms grupėms.

4 komentarai

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *