Higsov bozon: Kako je slavni fizičar promenio naše razumevanje univerzuma

Četvrtog jula 2012. godine, istraživači iz Velikog hadronskog sudarača (LHC) objavili su da su otkrili poslednji komad slagalice koja je ostala nedovršena 48 godina.

Veliki hadronski sudarač najveća je i najsloženija mašina ikad napravljena, a komadić koji je on pronašao čestica je iz subatomskog sveta i deo osnovnog gradivnog materijala koji čine sve što poznajemo.

Taj komadić je Higsov bozon, a potvrda njegovog postojanja jedno je od najvećih otkrića savremene fizike.

Otkrićem Higsovog bozona, Standardni model je bio dovršen.

• Pronalazak Higsovog bozona: Šta nam je otkrila „božanska čestica"
• Nobelovac Piter Higs, otac 'božje čestice', preminuo u 94. godini
• Naučnici blizu otkrivanja pete sile u prirodi

On opisuje set elementarnih čestica koje sačinjavaju sve što poznajemo, a sile koje reaguju između njih čine da one funkcionišu kao sastavljene lego kockice.

Veliki hadronski sudarač je kulminacija avanture koja je počela 1964. godine kad je britanski fizičar Piter Higs objavio teoriju koja je predvidela postojanje bozona.

Ovaj naučnik je umro 9. aprila u 94. godini.

Higs je rekao da je bozon „jedina dobra ideja" koju je ikada imao, a isprva je verovao da je njegova teorija samo beskorisni matematički proračun i ništa više.

Ono što se zapravo desilo, međutim, bilo je da je čestica iz njegove teorije, čije je postojanje kasnije sudarač potvrdio, izvršila revoluciju u našem razumevanju univerzuma.

Ta jedna jedina dobra ideja donela je Higsu Nobelovu nagradu iz fizike 2013. godine.

U razgovoru vođenom 2022. godine koji je obeležio desetogodišnjicu otkrića Higsovog bozona u Velikom hadronskom sudaraču, dvojica specijalista objasnila su kako nam ova mala čestica pomaže da odgovorimo na dva velika pitanja o čovečanstvu: odakle dolazimo i od čega smo napravljeni?

Standardni model

Dugo vremena se verovalo da su atomi najelementarnije čestice svega što postoji.

Onda smo otkrili da su ti atomi zapravo napravljeni od još manjih čestica: protona i neutrona, koji čine jezgro atoma i elektrona, koje kruže oko jezgra.

Danas znamo da čak i ti protoni i neutroni mogu da se podele na još manje čestice.

Sveukupno gledano, otkriveno je 17 osnovnih čestica, koje u interakciji jedna sa drugom zbog uticaja sila sačinjavaju čitav univerzum koji poznajemo.

Ovaj set od 17 čestica i sila poznat je kao Standardni model.

Čestice iz Standardnog modela podeljene su na dve glavne porodice: fermione i bozone.

Fermioni su ciglice od kojih je napravljeno sve u univerzumu.

Oni su kao lego kockice koje, u zavisnosti od toga kako su iskombinovane, čine različite atome.

Postoji 12 fermiona, podeljenih na šest kvarkova i šest leptona.

Drugim rečima: sva materija koju poznajemo sačinjena je od kombinacije kvarkova i leptona.

Bozoni su čestice koje sadrže sile zbog kojih fermioni imaju interakcije.

• Čega ima u vakuumu - naučnici uspeli da izmere „ništa"
• Žene koje su promenile fiziku
• Nobelova nagrada za fiziku naučnicima koji su uspeli nezamislivo - da „uhvate" atom

Postoji ukupno pet tipova bozona, a svaki sadrži jednu od tri fundamentalne sile zbog koje materija ima interakciju:

1. Gluon, koji sadrži snažnu silu koja održava kvarkove na okupu;2 i 3. W bozon i Z bozon koji sadrže slabu silu, zbog koje jezgro atoma propada u drugu vrstu atoma;4. Fotoni, koji sadrže elektromagnetnu silu.Postoji i četvrta sila, možda najslavnija od svih: gravitacija.Ali gravitacija na subatomskom nivou je toliko slaba da njen uticaj uglavnom može da se ignoriše, tako da ona nije deo Standardnog modela.

Kao posledica toga, skoro smo dovršili Standardni model: porodica fermiona ima interakciju sa porodicom bozona i one zajedno oblikuju univerzum.

Ali još nismo govorili o petom bozonu… Higsovom bozonu.

Šta je Higsov bozon?

Sa 12 fermiona i četiri bozona, imamo 16 od 17 komada slagalice Standardnog modela.

Nedostaje nam samo komadić koji dovršava taj model: Higsov bozon.

Higsov bozon je nužan da bi odgovorio na ključno pitanje: čestice poput kvarkova i leptona imaju masu uz čiju pomoć formiraju materiju.

Ali odakle te čestice dobijaju masu?

Odgovor je takozvano Higsovo polje, nevidljivo okruženje koje obuhvata čitav univerzum i prožima masom čestice koje upravljaju njim.

U tom Higsovom polju su Higsovi bozoni, a oni daju masu česticama koje čine materiju.

„Otkriće Higsovog bozona nam je pokazalo da postoji neobična stvar u koju smo svi uronjeni, a koja je poznata kao Higsovo polje", kaže Frenk Klous, profesor emeritus teorijske fizike na Univerzitetu u Oksfordu.

„Baš kao što riba mora da bude uronjena u vodu, nama je neophodno Higsovo polje", kaže Klous, autor knjige Neuhvatljiv: Kako je Piter Higs rešio misteriju mase.

Piter Higs je 1964. godine bio jedan od prvih koji je osmislio teoriju postojanja tog polja i prvi koji je predvideo da mora da postoji čestica povezana sa tim poljem.

Ali je tek zahvaljujući Velikom hadronskom sudaraču 2012. godine bilo moguće videti da ta čestica, koju danas znamo kao Higsov bozon, zaista postoji i izvan teorije.

Zašto je ovo otkriće bilo toliko važno?

Prema Saulu Noi Ramosu Sančezu, istraživaču sa Instituta za fiziku na Nacionalnom autonomnom univerzitetu u Meksiku, otkriće Higsovog bozona obeležilo je tri velike prekretnice koje su promenile naše razumevanje univerzuma.

1. Dalo nam je potpuno saznanje o elementarnim česticama koje nas sačinjavaju.

„Sve čestice koje čine naše atome konačno su bile shvaćene, među njima i njihov odnos sa drugim česticama", kaže Ramos Sančez.

2. Otkrivena je čestica drugačija od svih ostalih.

• Naučnici bliži rešenju misterije antimaterije
• „Korak smo bliže“ rešenju najveće misterije kosmosa
• Da li nova teorija o crnim rupama rešava najveći naučni paradoks

Higsov bozon nije poput elektrona, niti je poput protona, a odgovoran je za određene interakcije koje su dovele do saznanja o masi ovih čestica.

Drugim rečima, Higsov bozon je ključni komadić slagalice koji nam govori zašto su druge čestice onakve kakve su.

3. Najpreciznija teorija svih vremena.

Ramos Sančez kaže da je Standardni model „najpreciznija teorija čovečanstva".

To je teorija koja je slavna po najvećoj preciznosti.

Klous se slaže s tim: „Uz nekoliko malih izuzetaka, ona vrlo dobro objašnjava sve što možemo da vidimo", kaže profesor.

Budućnost

Eksperti su saglasni da posle tog istorijskog 4. jula 2012. godine nije bilo drugih velikih otkrića vezanih za fiziku čestica.

Neki skorašnji eksperimenti u Velikom hadronskom sudaraču i u Fermilebu, još jednom akceleratoru čestica u SAD, dali su naznake nečega što bi mogla da bude nova čestica ili ranije neotkrivena sila.

Ako je to stvarno tako, to bi moglo da dovede u pitanje Standardni model.

Međutim, rezultati ovih eksperimenata nisu potpuni.

„Posle otkrića Higsovog bozona, Standardni model je čvršći od bilo čega drugog", kaže Ramos Sančez.

Ali je istina i da postoji nekoliko pitanja na koje Standardni model ne može da odgovori.

Standardni model fizike čestica opisuje svega oko 5 odsto univerzuma, normalne ili vidljive materije.

On ne objašnjava šta je tamna materija, misteriozni sastojak koji čini 27 odsto univerzuma.

Ostalih 68 odsto čini slično enigmatična tamna energija.

Niti objašnjava zašto u univerzumu ima više materije nego antimaterije ili zašto se širenje kosmosa ubrzava.

A tu je i još jedan krupan propust: on ne uspeva da obuhvati silu gravitacije.

Nastalo je nekoliko teorija u pokušaju da se ove enigme reše, ali nijedna ne pruža definitivan odgovor.

To, međutim, ne znači da je Standardni model pogrešan, kažu eksperti.

„Ja bih voleo da je Model u krizi! To bi nam dalo naznake da moramo da smislimo novu teoriju koja objašnjava sve ovo", kaže profesor.

„'Problem' sa Standardnim modelom je što radi jako dobro.

„Mi znamo da to nije definitivna teorija, ali je kompletan opis svega čemu smo do sada imali pristupa", kaže Klous.

Izvan studije

Godine 1964. Higs nije bio jedini koji je radio na ideji postojanja onoga što danas znamo kao Higsovo polje.

Istovremeno su i drugi naučnici pisali studije koje su upirale u tom pravcu.

Higs je, međutim, bio jedini koji je shvatio da je njegova matematička ideja istinita, da stvarno postoji u prirodi i da nije samo trik za rešavanje teorijskih problema.

„Njegov matematički trik pretpostavlja da postoji nešto čudno, što nazivamo Higsovim poljem.

„Dakle, ako je to polje stvarno, trebalo bi da možemo da ga nađemo, a način da ga nađemo bi trebalo da je ono što danas nazivamo Higsovim bozonom.

„Higs je bio jedina osoba koji je to primetio, tako da je bozon ispravno nazvan po njemu", kaže Klous.

U kasnijim godinama, Piter Higs je živeo prilično pustinjačkim životom u penziji u Edingburgu, u Škotskoj.

Nije koristio internet, samo telefon, a živeo je u zgradi bez lifta u kojoj je morao da silazi niz 84 stepenice da bi izašao na ulicu.

Za Klousa je sve to samo pokazivalo koliko je neuhvatljiv Piter Higs bio, jednako neuhvatljiv kao slavni bozon koji se godinama krio, a kad se konačno pojavio, promenio je zauvek naš doživljaj univerzuma.

Pogledajte kako zemljino magnetno polje pravi „sablasne" zvukove

Pratite nas na Fejsbuku, Tviteru, Instagramu, Jutjubu i Vajberu. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]