Všetka bežná hmota sa podľa nášho dnešného poznania skladá z atómov a molekúl. Hmotný svet je teda akousi stavebnicou. A ak chceme porozumieť tejto stavebnici, mali by sme sa v prvom rade snažiť porozumieť jednotlivým dielikom.
Tieto dieliky však nie sú nedeliteľné, aj ony sa z niečoho skladajú. Atómy sa skladajú z elektrónov a jadier, jadrá sa skladajú z protónov a neutrónov, protóny a neutróny sa skladajú z kvarkov. Táto reťaz však nepokračuje donekonečna – podľa nášho súčasného poznania sú elektróny a kvarky naozaj elementárnymi časticami, ktoré sa už z ničoho neskladajú. Ak teda chceme pochopiť stavebnicu nazývanú svet, mali by sme asi čo najlepšie porozumieť jej úplne základným dielikom, t. j. elementárnym časticiam.
Hľadanie tohto porozumenia viedlo fyzikov k objavu ďalších elementárnych častíc, o ktorých existencii dovtedy nikto netušil. Najprv boli tieto častice objavené na papieri, v prácach teoretických fyzikov. Tí si uvedomili, že mnohé záhady časticovej fyziky by vyriešila existencia troch nových častíc, ktoré dostali mená W-plus, W-mínus a Z-nula. Lenže spočiatku sa zdalo, že tieto nové častice vyriešia problémy len vtedy, ak budú mať dve pomerne ťažko zlúčiteľné vlastnosti: 1. ich hmotnosť bude veľmi veľká 2. ich hmotnosť bude nulová.
Problém s veľkými a zároveň nulovými hmotnosťami W a Z častíc sa teoretikom podarilo vyriešiť zavedením ďalších častíc. Tri z nich riešili problém tým, že sa rafinovaným spôsobom stali súčasťou W a Z častíc s nulovou hmotnosťou, čím tieto častice získali potrebnú veľkú hmotnosť. Štvrtá zostala v hre ako naozaj nová častica. A práve ona dostala meno Higgsov bozón.
.čo znamená objav
To, že teoretickým fyzikom niečo pekne vychádza na papieri, ešte neznamená, že to tak je aj v skutočnosti. Inými slovami, ak teoretickí fyzici niečomu porozumejú, ešte to automaticky neznamená, že porozumeli reálnemu svetu. Ak chceme zistiť, či ich teórie skutočne opisujú náš svet, musíme sa pomocou nejakých experimentov presvedčiť, že predpovede týchto teórií sa naozaj napĺňajú.
V časticovej fyzike to predovšetkým znamená, že musíme experimentálne potvrdiť existenciu teoreticky predpovedaných častíc. Lenže to je veľmi náročná úloha. Všetky spomínané, teoretikmi predpovedané častice sú veľmi nestabilné, takže sa v prírode vlastne vôbec nevyskytujú. Treba ich najprv vyrobiť, a až potom ich môžeme sledovať, pričom v skutočnosti nemôžeme ani to, pretože sa prakticky hneď rozpadnú a my dokážeme sledovať len produkty ich rozpadu.
Na výrobu hľadaných ťažkých častíc slúžia zrážky iných častíc, ktoré sa predtým urýchlia v urýchľovačoch. Na sledovanie produktov zrážky slúžia detektory. Jedno aj druhé sú obrovské zariadenia (detektory majú desiatky metrov, urýchľovače desiatky kilometrov) využívajúce vždy tú najmodernejšiu dostupnú techniku a elektroniku. Hľadaná častica, ak vôbec existuje, však nevzniká v každej zrážke. Naopak, pravdepodobnosť jej vzniku je veľmi malá, a tak treba prezrieť výsledky obrovského množstva zrážok, aby sme našli stopy takejto častice. A ak sa aj stopy nájdu, nedá sa vylúčiť, že ide len o náhodne vzniknuté stopy, ktoré nespôsobila hľadaná častica. Preto treba tieto stopy nájsť nie v jednom, ale vo veľkom množstve prípadov. Až keď už je nad všetku rozumnú pochybnosť jasné, že stopy nemôžu vznikať opakovane náhodným procesom, hovoríme o objave častice.
Častice W a Z objavili v CERN-e už v roku 1983. Nuž, a minulý týžden oznámil CERN objav novej častice, ktorá sa zatiaľ prejavuje presne tak, ako by sa mal prejavovať Higgsov bozón. Čo znamená objav? Znamená to, že stopy, ktoré v CERN-e vidia, sú s pravdepodobnosťou hraničiacou s istotou stopami novej častice. A kedy budeme vedieť, či je to naozaj Higgsov bozón? Keď preskúmame ešte viac zrážok a presvedčíme sa, že nech sa na to pozeráme z akéhokoľvek hľadiska, vždy sa to javí ako Higgsov bozón.
.čo objav znamená
No dobre, ale prečo je okolo toho také haló? Čo vlastne ten úspešný lov na Higgsov bozón znamená? Po prvé to znamená, že naše fyzikálne teórie sú na tej najhlbšej úrovni správne, že naozaj opisujú tento svet. No a po druhé to umožňuje ďalšie preskúmanie tohto sveta v oblasti, ktorá zatiaľ preskúmaná nie je.
Čo nového sa tam môžeme dozvedieť? No v prvom rade niečo naozaj nové, niečo, čo nečakáme. Ale aj keby sa prekvapenie nekonalo, Higgsov bozón samotný stojí za podrobné preskúmanie. Nie je to síce „božská častica“, nie je to ani „častica, ktorá dáva všetkým ostatným hmotnosti“, ale je to zaujímavá častica. Asi najzaujímavejšie na nej je to, že interaguje s inými časticami rovnako intenzívne, ako gravitačné pole. No a úplné porozumenie súvisu teórie elementárnych častíc s teóriou gravitácie patrí k najvýznamnejším otvoreným otázkam súčasnej fyziky.
Tieto dieliky však nie sú nedeliteľné, aj ony sa z niečoho skladajú. Atómy sa skladajú z elektrónov a jadier, jadrá sa skladajú z protónov a neutrónov, protóny a neutróny sa skladajú z kvarkov. Táto reťaz však nepokračuje donekonečna – podľa nášho súčasného poznania sú elektróny a kvarky naozaj elementárnymi časticami, ktoré sa už z ničoho neskladajú. Ak teda chceme pochopiť stavebnicu nazývanú svet, mali by sme asi čo najlepšie porozumieť jej úplne základným dielikom, t. j. elementárnym časticiam.
Hľadanie tohto porozumenia viedlo fyzikov k objavu ďalších elementárnych častíc, o ktorých existencii dovtedy nikto netušil. Najprv boli tieto častice objavené na papieri, v prácach teoretických fyzikov. Tí si uvedomili, že mnohé záhady časticovej fyziky by vyriešila existencia troch nových častíc, ktoré dostali mená W-plus, W-mínus a Z-nula. Lenže spočiatku sa zdalo, že tieto nové častice vyriešia problémy len vtedy, ak budú mať dve pomerne ťažko zlúčiteľné vlastnosti: 1. ich hmotnosť bude veľmi veľká 2. ich hmotnosť bude nulová.
Problém s veľkými a zároveň nulovými hmotnosťami W a Z častíc sa teoretikom podarilo vyriešiť zavedením ďalších častíc. Tri z nich riešili problém tým, že sa rafinovaným spôsobom stali súčasťou W a Z častíc s nulovou hmotnosťou, čím tieto častice získali potrebnú veľkú hmotnosť. Štvrtá zostala v hre ako naozaj nová častica. A práve ona dostala meno Higgsov bozón.
.čo znamená objav
To, že teoretickým fyzikom niečo pekne vychádza na papieri, ešte neznamená, že to tak je aj v skutočnosti. Inými slovami, ak teoretickí fyzici niečomu porozumejú, ešte to automaticky neznamená, že porozumeli reálnemu svetu. Ak chceme zistiť, či ich teórie skutočne opisujú náš svet, musíme sa pomocou nejakých experimentov presvedčiť, že predpovede týchto teórií sa naozaj napĺňajú.
V časticovej fyzike to predovšetkým znamená, že musíme experimentálne potvrdiť existenciu teoreticky predpovedaných častíc. Lenže to je veľmi náročná úloha. Všetky spomínané, teoretikmi predpovedané častice sú veľmi nestabilné, takže sa v prírode vlastne vôbec nevyskytujú. Treba ich najprv vyrobiť, a až potom ich môžeme sledovať, pričom v skutočnosti nemôžeme ani to, pretože sa prakticky hneď rozpadnú a my dokážeme sledovať len produkty ich rozpadu.
Na výrobu hľadaných ťažkých častíc slúžia zrážky iných častíc, ktoré sa predtým urýchlia v urýchľovačoch. Na sledovanie produktov zrážky slúžia detektory. Jedno aj druhé sú obrovské zariadenia (detektory majú desiatky metrov, urýchľovače desiatky kilometrov) využívajúce vždy tú najmodernejšiu dostupnú techniku a elektroniku. Hľadaná častica, ak vôbec existuje, však nevzniká v každej zrážke. Naopak, pravdepodobnosť jej vzniku je veľmi malá, a tak treba prezrieť výsledky obrovského množstva zrážok, aby sme našli stopy takejto častice. A ak sa aj stopy nájdu, nedá sa vylúčiť, že ide len o náhodne vzniknuté stopy, ktoré nespôsobila hľadaná častica. Preto treba tieto stopy nájsť nie v jednom, ale vo veľkom množstve prípadov. Až keď už je nad všetku rozumnú pochybnosť jasné, že stopy nemôžu vznikať opakovane náhodným procesom, hovoríme o objave častice.
Častice W a Z objavili v CERN-e už v roku 1983. Nuž, a minulý týžden oznámil CERN objav novej častice, ktorá sa zatiaľ prejavuje presne tak, ako by sa mal prejavovať Higgsov bozón. Čo znamená objav? Znamená to, že stopy, ktoré v CERN-e vidia, sú s pravdepodobnosťou hraničiacou s istotou stopami novej častice. A kedy budeme vedieť, či je to naozaj Higgsov bozón? Keď preskúmame ešte viac zrážok a presvedčíme sa, že nech sa na to pozeráme z akéhokoľvek hľadiska, vždy sa to javí ako Higgsov bozón.
.čo objav znamená
No dobre, ale prečo je okolo toho také haló? Čo vlastne ten úspešný lov na Higgsov bozón znamená? Po prvé to znamená, že naše fyzikálne teórie sú na tej najhlbšej úrovni správne, že naozaj opisujú tento svet. No a po druhé to umožňuje ďalšie preskúmanie tohto sveta v oblasti, ktorá zatiaľ preskúmaná nie je.
Čo nového sa tam môžeme dozvedieť? No v prvom rade niečo naozaj nové, niečo, čo nečakáme. Ale aj keby sa prekvapenie nekonalo, Higgsov bozón samotný stojí za podrobné preskúmanie. Nie je to síce „božská častica“, nie je to ani „častica, ktorá dáva všetkým ostatným hmotnosti“, ale je to zaujímavá častica. Asi najzaujímavejšie na nej je to, že interaguje s inými časticami rovnako intenzívne, ako gravitačné pole. No a úplné porozumenie súvisu teórie elementárnych častíc s teóriou gravitácie patrí k najvýznamnejším otvoreným otázkam súčasnej fyziky.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.