Velký urychlovač hadronů: hledání "božské částice" a dalších věcí (2)

Vyvolává hledání Higgsova bosonu sabotáž z kosmu?

CO SI MYSLÍTE O SOUČASNÝCH NOVINOVÝCH TITULCÍCH Z HYPOTÉZY HOLGERA NIELSENA, ŽE SAMOTNÉ HLEDÁNÍ HIGGSOVA BOSONU BY MOHLO V BUDOUCNU VYPROVOKOVAT VESMÍR K TOMU, ABY SE POKUSIL JEHO OBJEVENÍ VE VELKÉM URYCHLOVAČI HADRONŮ NĚJAKÝM ZPŮSOBEM ZASTAVIT?

To je neuvěřitelné! Je to úžasná sci-fi! Někdo by o tom měl udělat film. (směje se) Z našeho pohledu to byly špatně provedené svařované spoje (roztavení magnetů) a můžeme posoudit chyby, které jsme udělali.

Chyby v kabeláži a svařování jsou podle mě docela světské záležitosti a je třeba výborné představivosti na to, aby se to člověk pokusil svalit na jakousi částici z budoucnosti, která nám říká „ne, my nechceme, abyste nás objevili“!

Většina teoretiků, se kterými jsem mluvil, a kteří četli Nielsenovu práci, došla ke stejnému závěru: „Je to brak.“

Higgsův boson, „božská částice“

Diagram interakce Higgsova bosonu s jinými subatomovými částicemi ve standardním modelu částicové fyziky. Černé kruhy představují typy částic a modré oblouky, které je spojují, představují interakce, ke kterým může dojít. Uspořádání diagramu je následující: horní řada leptonů a kvarků jsou hmotné částice; druhá řada fotonů, intermediálních bosonů W+, W- a Z0 a gluonů jsou sílu zprostředkující částice; a spodní řada je Higgsův boson. Ilustrace, Steven Goldfarb.

DOKTORE GOLDFARBE, PROČ SE HIGGSOVU BOSONU ŘÍKÁ „BOŽSKÁ ČÁSTICE“?

Hraje fundamentální roli v tom, že všechny ostatní částice s ním vzájemně působí. Domníváme se, že Higgsův boson existuje, protože, kdybychom v naší současné teorii částic nepředpokládali jeho existenci, celá teorie by se rozpadla! Takže to je jeden z důvodů, proč jej ve skutečnosti hledáme. Nazýváme ho částicí, která dává ostatním částicím hmotu a v naší teorii je prostě základní.

Fotony, které nám dávají světlo, vzájemně působí se vším, co je nabito. Higgsův boson interaguje se vším, co má hmotu a to je převážná většina našich částic. Takže hraje vysoce důležitou a základní roli a pokud by neexistoval, museli bychom najít nějaké jiné vysvětlení. Naše pochopení spoléhá na jeho existenci, a jestliže neexistuje, dramaticky se změní.

Naše teorie musí obstát v řadě testů. Jestliže chcete, aby obstály, měly by mít raději nějakou pevnou maltu, která drží tyhle cihly pohromadě. A já si doopravdy myslím, že Higgsův boson je onou maltou, která tyto teorie drží. Můžete vyndat jednu cihlu, vyměnit ji, nebo vložit okno a teorii to dramaticky nezmění.

Myslím si, že Highsův boson je skutečně jako tato malta, která drží budovu pohromadě. Jestliže ho nenajdeme, musíme najít něco jiného, jinak se celá naše teorie zhroutí.

JESTLI JE HIGGSŮV BOSON MALTOU MEZI ČÁSTICEMI, PROČ JE TAK CHIMÉRICKÝ? PROČ JE TAK OBTÍŽNÉ JEJ NAJÍT?

No, sám se projevuje jako částice a tato částice je jen masivnější než ostatní částice, které jsme byli schopni vytvořit.

Higgsův boson není bezpodmínečně zase až tak chimérický. Jestliže tady Higgsův boson je tak, jak předpovídáme v našich nejjednodušších modelech, pak tady byl celou dobu. Jen jsme nebyli schopni jej vidět, protože jsme na to neměli odpovídající přístroje.

Ve vesmíru existují galaxie, které tam byly téměř po celou dobu existence vesmíru. Nejsou chimérické. Jsou jen tak daleko, že jsme je nebyli schopni vidět, dokud jsme nesestavili Hubbleův teleskop. A Higgsův boson je prostě masivnější než cokoliv, co jsme doteď byli schopni pozorovat.

Porazí LHC Fermiho laboratoř v závodu o nalezení Higgsova bosonu?

TAKŽE VELKÝ URYCHLOVAČ HADRONŮ BUDE JEDINÝM PŘÍSTROJEM NA ZEMI, KTERÝ BUDE MÍT DOSTATEK ENERGIE, ABY NAŠEL ČÁSTICI HIGGSŮV BOSON?

Myslíme si, že ano. Spousta našich kolegů pracuje ve Fermiho laboratoři na dvou experimentech. Tyto dva experimenty srážejí fotony a antiprotony při 1 GeV na kus – doufáme, že tohoto budeme s LHC schopni příští měsíc (prosinec 2009). Fermiho laboratoř pracuje netvrději, jak může na nalezení Higgsova bosonu a proč by jej nemohli najít před námi? Je to dobrá, zdravá konkurence. Pracují velmi tvrdě, aby jej našli jako první.

V závislosti na hmotě Higgsova bosonu by bylo možné, aby jej Fermiho laboratoř našla před tím, než rozjedeme LHC a porozumíme údajům natolik, abychom mohli laboratoř předhonit.

Pokud jej Fermiho laboratoř nenajde zhruba během příštího roku a pokud bude LHC pracovat tak plynule, jak předpokládáme, bude přibližně za rok čas na zavření Fermiho laboratoře, protože je předběhneme. Pak budeme jediní s dostatečně velkým přístrojem, abychom dosáhli svého cíle.

POKUD BYSTE PAK NENAŠLI S LHC HIGGSŮV BOSON, CO SE STANE S ČÁSTICOVOU FYZIKOU?

Pokud nenajdeme Higgsův boson ve formě jednoduché částice, jak o něm uvažujeme, pak zcela jistě najdeme něco jiného – něco, co nám dá nějakou stopu a objeví se to v nějaké určité hmotě.

[Poznámka autora: Mimo LHC se plánuje také Mezinárodní lineární urychlovač (ILC), kde se změní kruhová dráha na přímou za účelem větší energie pro měření Higgsova bosonu, co nejpodrobnějším způsobem.]

Nebyli bychom poraženi a neříkali „dobře, nemůžeme ho najít“. Uděláme všechno pro to, abychom se pokusili najít vše, co tam je, dokud nebudeme spokojeni s naším pochopením Přírody.

Temná energie, temná hmota a supersymetrie

Věk vesmíru: více než 13,3 miliard let
Složení: 0,4% zářící hmota, např. hvězdy
3,6% „normální“ hmota tak, jak ji známe v planetách a hvězdách
22,0% studená, neviditelná „temná hmota“ zjistitelná pouze svým gravitačním vlivem na normální hmotu
74,0% neviditelná „temná energie“
Velikost: nejméně 42 miliard světelných let a ještě se zvětšuje
Tvar: Diskutuje se, zda je zahnutý, ohraničený vs. plochý, nekonečný.
Nejnovější údaje vypadají příznivě pro plochý a nekonečný.

POMŮŽE NÁM OBJEVENÍ HIGGSOVA BOSONU, POKUD SE TO STANE, POCHOPIT, CO JE TEMNÁ ENERGIE A TEMNÁ HMOTA?

V to doufáme. Nehledáme pouze Higgsův boson. Existuje nádherná teorie zvaná „Supersymetrie“. Pokud jsme se něco za více než 100 let, kdy se zabýváme fyzikou, naučili, tak to, že Příroda má tendenci vytvářet symetrie. Tím mám na mysli, že jsme jednou objevili elektřinu a mysleli jsme si, že nemá nic společného s magnetismem. Ale správnými matematickými výpočty a vytvořením hezké teorie jsme zjistili, že elektřina a magnetismus je to samé.

Je to nádherná, nová, Maxwellova symetrická teorie z konce 19. století. Neustále nacházíme existenci symetrií.

[Poznámka autora: Wikipedia – „James Clerk Maxwell (13. června 1831 – 5. listopadu 1879) byl skotský fyzik a matematik. Jeho nejdůležitějším dílem je klasická elektromagnetická teorie, která spojuje všechna předtím nesouvisející pozorování, experimenty a rovnice elektřiny, magnetismu a dokonce optiky do konzistentní teorie. Jeho sada rovnic – Maxwellovy rovnice – dokazuje, že elektřina, magnetismus a dokonce i světlo jsou projevy stejného jevu: elektromagnetického pole. Od toho okamžiku se veškeré další klasické zákony či rovnice v těchto oborech staly zjednodušenými Maxwellovými rovnicemi. Maxwellova práce v elektromagnetismu byla nazývána ‚druhé velké sjednocení ve fyzice’. To první provedl Isaac Newton.“]

Supersymetrie předpokládá řadu nových částic. Proto tuto teorii připouštíme, protože nám dává konkrétní předpoklady. Říká, že Supersymetrie vysvětluje Přírodu a říká nám, že nalezneme to, to a to. Některé z těchto částic jsou skutečně částice, které mají hmotu, ale které bychom nikdy nezměřili bez prostředků, které máme nyní k dispozici. To by mohlo přispět k vysvětlení temné hmoty a temné energie.

Mezony v hlavní roli při hledání Higgsova bosonu a supersymetrických částic

Mezony budou jedním z mnoha různých druhů částic, které vzniknou ve středu srážek a jsou rozhodující v našem hledání Higgsova bosonu a Supersymetrie, protože mezony poskytují velmi jasný signál. Je to těžké minout. Práskne vás to přímo do očí. Vidíte částici, která přímo prochází a je nabitá a projde detektorem s pěknou izolovanou stopou - víme, že je to mezon. A vzhledem k přesnosti našeho detektoru, můžeme velmi dobře změřit kinetickou energii tohoto mezonu.

Když vezmeme pár těchto mezonů a dáme je dohromady, můžeme tedy předpokládat, jaká byla hmota částice, která by se do nich rozložila. Dáme-li statisticky dohromady všechny mezony ve všech různých událostech (srážek částic), můžeme zjistit, zda je, či není, vyráběna nějaká částice, která má specifickou hmotu. Pokud to zjistíme a nalezneme nějakou částici, která byla vytvořena při srážce, a která má jistou hmotu, a ještě nikdy předtím jsme ji neviděli, je to objev!

TO BY MOHL BÝT ZPŮSOB, JAK BYSTE NALEZLI HIGGSŮV BOSON?

Myslím, že je zde velká pravděpodobnost. Ve skutečnosti jsem už na to vsadil láhev vína. Mám kolegu z vnitřního detektoru, který měří nejen stopy mezonů, ale i elektrony. A máme v sázce láhev dobrého vína na to, zda najdeme Higgsův boson s mezony nebo s elektrony.

NO, POKUD SÁZÍTE DOBROU LÁHEV VÍNA NA OBJEVENÍ PROSTŘEDNICTVÍM VAŠEHO MEZONOVÉHO EXPERIMENTU, PAK TO VYPADÁ, ŽE PLNĚ OČEKÁVÁTE, ŽE S VELKÝM URYCHLOVAČEM HADRONŮ OBJEVÍTE HIGGSŮV BOSON?

Absolutně! Jsem si tím jistý.

CO SE STANE, POKUD VE VELKÉM URYCHLOVAČI HADRONŮ HIGGSŮV BOSON NENAJDETE?

To by znamenalo, že bychom se museli vrátit úplně na začátek a ve skutečnosti by mi to ani nevadilo.

Znamenalo by to, že bychom museli přehodnotit věci od začátku. Ať děláme cokoliv, je to věda. Nenalézt nic je v tomto případě stejně důležité, jako něco najít.

Něco tam bude. Něco zjistíme! Jen nevíme přesně co.