Higgstéria okolo božskej častice otvára nové obzory

Potlesk postojačky je vo svete vedy zriedkavou záležitosťou. Presne takto však reagovali vedci minulý týždeň po zverejnení výsledkov pátrania po Higgsovom bozóne. Najdrahšiemu vedeckému experimentu s použitím najväčšieho stroja na svete sa podarilo naplniť očakávania.

Britský fyzik Peter Higgs tvrdí, že ani nedúfal, že sa prítomnosť častice potvrdí ešte za jeho života.

Autor: SITA/AP

Pred takmer polstoročím predpovedaná záhadná častica skutočne existuje a okrem iného to znamená, že ľudia správne opisujú fungovanie vesmíru a zloženie hmoty.

Väčšina fyzikov sa zhodla, že objavením Higgsa sa začína nová epocha vedeckého výskumu. Nájdenie „božskej častice“ otvorí dvere k hlbšiemu a detailnejšiemu poznaniu vesmíru. Higgsov bozón sa prezýva božská častica preto, že dáva ostatným časticiam hmotnosť. Ak by žiadnu hmotnosť nemali, po Veľkom tresku, ktorým vznikol vesmír, všetky častice by sa rozleteli do prázdna. Nikdy by sa nesformovali atómy a následne hviezdy, galaxie a planéty a koniec koncov ani my – ľudia.

Pátranie bo Higgsovi

Hľadanie božskej častice sa vlastne začalo už pred 2¤400 rokmi, keď grécky filozof Demokritos vyslovil myšlienku, že každá vec sa skladá z nedeliteľných a okom neviditeľných atómov. Až o storočia neskôr sa jeho slová potvrdili, no zároveň vedci prišli na to, že atóm je deliteľný. Skladá sa z plášťa a jadra. V plášti sú elektróny a v jadre protóny. Aj tie sú ešte deliteľné a jednou subatomickou časticou je práve Higgsov bozón. Jeho existenciu pred takmer 50 rokmi predpovedal škótsky teoretický fyzik Peter Higgs a bol poslednou chýbajúcou časticou do tzv. Štandardného modelu. Ten opisuje základné stavebné kamene hmoty a interakciu medzi jednotlivými časticami.

Potvrdiť existenciu Higgsa experimentom však nebolo vôbec jednoduché. Vyžiadalo si to vybudovať obrovský urýchľovač, ktorý je ukrytý v kruhovom tuneli pod hranicami medzi Francúzskom a Švajčiarskom blízko Ženevy. V urýchľovači LHC, ktorý vybudovala Európska organizácia pre jadrový výskum, sa rýchlosťou svetla preháňajú protóny a vzájomne sa zrážajú. Pri zrážke vznikajú tisíce častíc a zrážok sú bilióny, a tak nájsť medzi nimi Higgsa sa javí takmer nemožné.

Nebolo to ako hľadanie ihly v kope sena. Bolo to ešte ťažšie. Bolo to, ako dať pod kopu sena s ihlou – Higgsovým bozónom – poriadnu nálož dynamitu, odpáliť ju a ani nie sekundu po explózii ukázať prstom na jednu letiacu čiastočku a zvolať: „Tam letí naša ihla!“ Zhruba to sa podarilo vedcom v CERN-e a je jasné, že za tento objav bude udelená Nobelova cena. „Pre fyziku je to rovnako dôležitý objav, ako bolo pre biológiu objavenie DNA,“ povedal profesor Peter Knight z britského Inštitútu fyziky. „Nikdy by som nečakal, že sa Higgsov bozón podarí objaviť už v polovici tohto roka. Zdá sa, že vedci vedia robiť zázraky,“ uviedol generálny riaditeľ CERN-u Rolf Heuer pre BBC.

Takže máme ho? A načo nám bude?

Zatiaľ objavenie Higgsovho bozónu nebolo oficiálne potvrdené. Niektorí vedci vyslovili názor, že stále existuje šanca, že je to nejaká iná, ešte exotickejšia častica. Táto šanca je však veľmi malá. Zhruba na 99,9999 percenta je to Higgs. Fyzici na určenie pravdepodobnosti objavu používajú škálu sigma. Úroveň sigma 5 je najvyššia a hovorí o takmer 100-percentnej istote objavenia novej častice.

Dá sa to prirovnať k hodu mincou. Úroveň sigma 3 označuje pravdepodobnosť, že hodíte osemkrát po sebe mincou a vždy padne tá istá strana. Na dosiahnutie úrovne sigma 5 by vám musela padnúť rovnaká strana mince 20-krát po sebe. Takže je extrémne málo pravdepodobné, že to, čo vedci objavili, nie je božská častica.

Vypátranie Higgsovho bozónu však život ľudí nijako významne neovplyvní. Aspoň zatiaľ. Čaro rýdzej základnej vedy spočíva v objavovaní nepoznaného, v posúvaní hraníc poznania. Počas tohto procesu však vznikajú nové nápady, ako takéto objavy využiť. Dnes nikto nevie povedať, na čo nám Higgs bude, no kto predpovedal, že objavenie jadra atómu povedie k výstavbe jadrových elektrární alebo že podobná technológia, aká sa používa v urýchľovačoch, sa raz využije v lekárstve v podobe tomografu?

Okrem iného aj internet vznikol v CERN-e a vtedy si tiež nikto nevedel predstaviť, ako výrazne zmení život ľudí na celom svete. Mimochodom, tento týždeň uplynulo 20 rokov od „zavesenia“ prvej fotografie na internet. Asi nikoho neprekvapí, že na nej boli hneď štyri vyzývavo odeté dámy.

Čo bude ďalej?

Objavením Higgsovho bozónu urýchľovač LHC a okolo 10-tisíc vedcov, ktorí na projekte pracovali, splnili základný cieľ. „CERN chápe objav Higgsa ako začiatok novej etapy výskumu štruktúry hmoty. Už sú pripravené plány na podrobné štúdium vlastností Higgsovej častice. Práve sa pripravuje Európska stratégia časticovej fyziky na ďalších šesť rokov a ústrednou témou bude zrejme štúdium Higgsa v tzv. Higgsovej fabrike,“ hovorí viceprezident CERN-u Branislav Sitár. Za snahou dostať z Higgsa čo najviac a nájsť ešte niečo navyše, sa však skrýva aj čosi iné. Urýchľovač LHC môže byť na dlhé desaťročia posledným, ak nie celkovo posledným urýchľovačom a časticovú fyziku by čakala stagnácia.

„Mojou nočnou morou je, že jediným dôležitým objavom na LHC bude Higgsov bozón,“ vyhlásil pre The Observer Steven Weinberg, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku. „Je to dôležitý objav. Potvrdzuje naše súčasné teórie, no zároveň nám nedáva žiadne nové nápady. Musíme nájsť také veci, ktoré si budú pýtať ďalší výskum a zabezpečia nám financie na postavenie nového urýchľovača.“

Takým objavom by mohlo byť niečo, čo by pomohlo vysvetliť prítomnosť tmavej energie a tmavej hmoty vo vesmíre. Vedci vedia veľa o klasickej hmote, no nevedia takmer nič o záhadnej tmavej hmote. Tá pritom tvorí podstatnú väčšinu vesmíru. „Čo by bolo vzrušujúcejšie, ako nájsť časticu, ktorá je zložkou väčšiny hmoty v univerze?“ pýta sa Weinberg. Z tohto pohľadu by pre subjadrovú fyziku bolo ideálne, keby urýchľovač niečo našiel, no nemohol to bližšie skúmať. To by si priam pýtalo výstavbu nového urýchľovača.

Najhorúcejším kandidátom v súčasnosti je kilometre dlhý lineárny urýchľovač. Namiesto protónov by sa v ňom zrážali elektróny. LHC však tiež nie je ešte odpísaný. „Existuje plán prestavby LHC na zvýšenie intenzity zrážok protónov,“ tvrdí Sitár.

Objavujú sa však aj pochybnosti, či vedci z urýchľovačov už nedostali všetko, čo sa dalo a ak nepríde nejaký prelomový objav, je možné, že táto technológia narazila na svoje limity. ,,Ak LHC neobjaví niečo skutočné prevratné, je možné, že pátranie po zákonoch prírody sa zastaví a počas nášho života sa už neobnoví," vykreslil Weinberg svoju pochmúrnu víziu. Momentálne sa však všetci vedci v CERN-e vezú na euforickej vlne plnej „higgstérie.“ Ak im toto nadšenie vydrží, príroda zrejme povolí a ukáže nám niečo, o čom sme dosiaľ nemali ani poňatia.

K nájdeniu tajomnej častice prispeli aj Slováci

Do roku 1989 sa slovenskí fyzici dostávali do Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN) len sporadicky. Jadroví a časticoví fyzici mohli pracovať prakticky len v Spojenom ústave jadrových výskumov Dubna vo vtedajšom Sovietskom zväze. Tam sa vytvorila silná skupina fyzikov, z ktorých sa mnohí po roku 1989 preorientovali na spoluprácu s CERN-om. Po rozdelení Československa sa Slovenská republika stala členským štátom CERN pol roka po svojom vzniku – 1. júla 1993.

Spolupráca s experimentom ATLAS sa rodila troma rôznymi cestami. Skupina fyzikov z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského (FMFI UK) vedená mnou v roku 1992 vstúpila do experimentu EAGLE, ktorý sa neskôr transformoval na experiment ATLAS. V roku 1995 táto skupina prešla do experimentu ALICE, ktorý sa zaoberá skúmaním vesmíru tesne po jeho vzniku.

Skupina fyzikov z Ústavu experimentálnej fyziky Slovenskej akadémie vied Košice vedená Dušanom Brunckom viedla návrh a vývoj nového typu kalorimetra pre urýchľovač LHC a skupina fyzikov z FMFI UK Bratislava vedená Stanislavom Tokárom pracovala na vývoji nového typu hadrónového kalorimetra. Kalorimeter je jedno z najdôležitejších zariadení detektorov a slúži na meranie energie častíc.

V roku 1994 sa všetky tri skupiny stali zakladajúcimi členmi experimentu ATLAS, ktorý minulý týždeň ohlásil nájdenie novej častice – zrejme Higgsovho bozónu.

Na výskume v CERN-e sa podieľa v súčasnosti okolo sto slovenských fyzikov a inžinierov, z toho dvadsaťdva je buď stálymi zamestnancami CERN-u, alebo sú na dlhodobých pobytoch. Ostatní sú tzv. užívatelia CERN-u. V tomto smere využívame CERN výrazne viac, ako je náš finančný príspevok do CERN-u (približne 0,5 percenta rozpočtu CERN-u). V poslednom období sa zvýšil najmä počet študentov a mladých fyzikov vďaka grantovej schéme ministerstva školstva. Týmto sa podarilo udržať talentovaných mladých vedcov na Slovensku, ktorí tu obhajujú svoje doktorské práce. Slovenskí fyzici v experimentoch okrem iného významne prispeli k objavu nového stavu jadrovej hmoty, tzv. kvarkovo-gluónovej plazmy, ktorý CERN oznámil vo februári 2000.

Deň vedca v CERN-e môže byť rôzny, podľa toho, aké má práve povinnosti. Ak ide na zmenu na experimente, tak sa podieľa priamo na chode experimentu. Zmeny sú osemhodinové počas 24 hodín, takže niekedy sa pracuje aj v noci. Ak nemá zmenu, obyčajne spracúva vo svojej kancelárii výsledky z experimentu. Počas obedov a večer sa zase väčšinou hovorí o fyzike. Ale fyzici pri tom vyzerajú šťastní a spokojní – baví ich to. V CERN-e je celkovo skvelá atmosféra v medzinárodnej komunite.

Hlavným cieľom fyzikov pracujúcich na urýchľovači LHC bolo nájsť záhadný Higgsov bozón. Táto subatomická častica má vysvetliť, ako väčšina častíc vo vesmíre získala hmotnosť. Najväčší existujúci stroj preto simuluje veľký tresk, ktorým pred 14 miliardami rokov vznikol vesmír.