Fransua Engleras (François Englert) ir Piteris Higsas (Peter Higgs) vakar paskelbti Nobelio fizikos premijos laureatais – už Higso bozono atradimą. O kas gi yra tas Higso bozonas? Kaip apie jį būtų galima suprantamai papasakoti bet kuriam paprastam gatvėje sutiktam žmogui?
Higso bozonas, kurį prieš pat jo atradimą pradėta vadinti „Dieviškąja dalele“ (beje, pats P. Higsas tada kategoriškai pareiškė esąs ateistas...), yra vienas kertinių Standartinio modelio fizikoje ingredientų. 1964 m. F. Ekleras ir P. Higsas atskiruose darbuose suformulavo teoriją, kuri numatė šios fundamentaliosios dalelės egzistavimą. Tačiau „sugauta“ ji buvo tik visai neseniai, praėjus 50 metų po jos numatymo.
Tačiau kas gi tas Higso bozonas, a? Jei tai viena fundamentaliausių mūsų visatos dalių, ji turėtų būti suprantama daugeliui? Būtent tokios misijos – paaiškinti taip, kad suprastų visi – ėmėsi Naidželas Holmsas (Nigel Holmes) ir „The New York Times“.
Leidinys paskelbė šaunų interaktyvų animacinį komiksą, kuriame Higso bozonas paaiškinamas itin paprastais žodžiais. Pavyzdžiui, Higso laukas tame paaiškinime prilyginamas sniego laukui, o juo judančios įvairiausios dalelės prilyginamos įvairiausiems žmonėms ar gyvūnams.
Ir vualia – elementariųjų dalelių fizika paprastam piliečiui jau neskamba ir neatrodo kaip paukščių kalba.
Bet apie viską iš eilės (originalią animuotą komikso versiją perversti galite spustelėję šią nuorodą.
Kas gi tas Higso bozonas? Pradėti derėtų nuo to, kas yra Higso laukas. Pavaizduoti jį sunku, tad daugelis tokiu atveju griebiasi metaforų. Kai kas yra bandęs jį vaizdžiai pavadinti kosmine melasa, kuri lėtina į ją patekusių dalelių judėjimą.
Tačiau mes pasirinkime apsnigto lauko peizažą.
Slidininkas tokiame lauke patiria menką pasipriešinimą, tad tokiu lauku šliuožia be vargo. Sniegbačiais per tokį lauką brendanti moteris juda lėčiau. O su sunkiais, sniego bridimui nepritaikytais batais per tokias pusnis klampojantis žmogus vargsta kiekviename žingsnyje.
Tuo tarpu paukštis virš tokio lauko praskrenda išvis jo net nepaliesdamas.
Taigi, Higso laukas yra visai kaip mūsų apsnigtas laukas. Tik jame vietoj begalės snaigių – begalė Higso bozonų.
Dalelės, kurios sąveikauja su Higso lauku, turi masę. Štai elektronai – visai kaip tas slidininkas, kuris šliuožia tuo lauku pasišvilpaudamas ir su vėjeliu. Elektronų masė maža.
Protonus ir neutronus sąveikauti skatinantys kvarkai – visai kaip ta moteris su sniegbačiais. Kvarkų masė truputį didesnė.
O štai W ir Y bozonai per Higso lauką plumpina kaip su sunkiais, giliai smingančiais batais. Jų masė – tūkstančius kartų didesnė.
Yra dar ir fotonai bei gliuonai, kurie kaip tie paukščiai – su Higso lauku išvis nesusiliečia. Jie masės neturi. Prieš 50 metų fizikai nė neįsivaizdavo, kodėl kai kurios dalelės masę turi, o kai kurios – ne. Tada jie sugalvojo Higso bozoną ir ieškojo jo iki šiol. Ieškojo tos nesugaunamos, trūkstamos snaigės iš mūsų teorijos apie krintantį sniegą ir jo lauką.
Higso bozono paieškos
Įsivaizduokite, kad niekada nesate matęs snaigės. Ir pabandykite įrodyti, kad tokia egzistuoja – knaisiodamasis ir ieškodamas jos po tirpstančio sniego tyrę ir rūką. Higso bozono taip nepamatysite. Ir jokios juslės to bozono nesugebės išskirti iš visos bozonų jūros, vadinamos Higso lauku.
50 metų mokslininkai statė vis didesnius ir galingesnius greitintuvus. Kad sniego daleles būtų galima ištirpinti ir nuodugniai persijoti liekanas. CERN laboratorijos tuneliuose protonai įgreitinami kone iki šviesos greičio. O tada suorganizuojamas jų susidūrimas kaktomuša. Įvyksta neįsivaizduojamas sprogimas. Protonai sugeria (anihiliuoja) vienas kitą ir taip atpalaiduoja neįtikėtinus energijos kiekius.
Tiesa, A. Einšteinas mus išmokė, kad masė yra energija: E = mc2. O fizikai mus moko, kad energijos nesunaikinsi.
Iš sprogimo kamuolio it skeveldros išsilaksto naujos dalelės, o energija susispaudžia atgal į mažyčius masės taškelius. Skeveldras fiksuoja speciali įranga su jutikliais.
Pakartokite šį procesą milijonus kartų. Paskui – dešimtis milijonų kartų. Padarykite tai greičiau nei per sekundę. Tačiau įdėmiai stebėkite toliau – juk ieškote itin reto laimikio.
Kas keletą milijardų tokių susidūrimų iš sprogimo kamuolio ima ir iššoka Higso bozonas. Šio momento neįmanoma užfiksuoti tiesiogiai, tad triumfą ir šampaną tenka pasilaikyti ateičiai.
Bėda ta, kad Higso bozonas velniškai nestabilus. Jis bemaž akimoju suyra į aibę kitų dalelių. Atlikus trilijonus susidūrimų, šiuos Higso bozono pėdsakų fragmentus galima sudėlioti į tam tikrą apčiuopiamą šuoliuką statistinėje „kardiogramos“ tiesėje. Kuo daugiau duomenų, tuo „šuoliukai" labiau apčiuopiamesni ir patikimesni. Galiausiai jie pasiekia tokį lygį, kad tenkina statistinius reikalavimus.
Ponios ir ponai – pagaliau Higso bozonas atrastas!
