Bosonul Higgs, particula care ne apropie de adevar

In data de 4 iulie 2012, cercetatorii de la CERN (Organizația Europeana pentru Cercetari Nucleare) anunțau ca au gasit bosonul Higgs. Pentru publicul larg, vestea parea un déjà-vu – se scrisese și in martie despre misterioasa particula. Ce este ea, cu ce ne ajuta și ce legatura ar putea avea cu Dumnezeu?
O cautare pe Google dupa cuvintele „boson Higgs” iți returneaza 46.500.000 de rezultate. Subiectul a devenit peste noapte vedeta: oamenii de știința au demonstrat existența bosonului Higgs in cadrul unor experimente științifice menite sa recreeze nașterea lumii. Acesta a fost și principalul motiv pentru care i s-a dat numele de „particula lui Dumnezeu”. In decembrie 2011, fizicienii de la CERN anunțau ca in masuratorile lor au aparut indicii privind existența unei particule elementare noi, nedescoperita pana atunci. Pentru a fi confirmata o noua descoperire, este nevoie de un anumit indice de siguranța (probabilitate de minimum 5 sigma), pe care datele fizicienilor nu il atinsesera. In martie, o alta echipa de cercetatori, de data aceasta de la Fermilab, Chicago, au facut publice primele citiri ale experimentelor proprii: și ele semnalau existența unei particule noi, cu aceeași probabilitate medie. Din martie și pana in iulie, supercalculatoarele de pe cele doua continente au citit milioane de alte inregistrari, iar pe 4 iulie 2012 cercetatorii au putut sa anunțe cu certitudine ca au gasit o particula noua. Mai exact, exista un risc de doar 1 la 3,5 milioane ca ea sa nu existe. „Credem ca l-am gasit. Avem o descoperire – am observat o noua particula cu caracteristicile bosonului Higgs. Dar care anume? Intrebarea ramane deschisa. Este o piatra de hotar, dar este doar inceputul”, spunea in iulie profesorul Rolf Heuer, directorul general al CERN, pentru BBC.
Dincolo de precauție, descoperirea a produs euforie in lumea fizicienilor. 3.000 de oameni au fost implicați in aceste cercetari, iar profesorul britanic Peter Higgs nu se aștepta ca acest eveniment sa-l gaseasca in viața (are 83 de ani). „A fost considerata consfințirea acestui boson Higgs un eveniment de talia primului pas pe Luna sau de talia descifrarii lanțului de ADN, al descoperirii internetului”, ne spune Alexandru Mironov, revenit de la Forumul European Deschis de Știința de la Dublin. Mai mult insa, daca fizicienii n-ar fi descoperit bosonul Higgs, ar fi trebuit sa se intoarca la calcule, sa caute o noua teorie pentru legile care guverneaza lumea și o noua explicație pentru rezultatele obținute pana atunci in cadrul experimentelor…

Și totuși, ce este bosonul Higgs?
Pentru oamenii de știința, bosonul Higgs era piesa lipsa din puzzle-ul numit Model Standard al fizicii, elementul care facea sa funcționeze ecuațiile cercetatorilor din secolul XX. Modelul Standard este una dintre teoriiile importante ale fizicii și se ocupa de interacțiunile dintre particulele subatomice. El spune ca toata materia este formata din șase cuarci, șase leptoni si patru forte prin care interactioneaza acestia. Daca la inceputul secolului al XIX-lea se credea ca atomul este indivizibil (numele lui vine din greaca, unde exact acest lucru inseamna), mai tarziu s-a dovedit ca nu este așa. Indivizibile sunt particulelele elementare, cel puțin conform informațiilor pe care le au oamenii de știința pana la aceasta ora. Deci, atomul este format din nucleu, in jurul caruia graviteaza electroni, nucleul este format din protoni și neutroni, care sunt formați, la randul lor, din șase cuarci. Electronii fac parte din categoria leptonilor, alaturi de alte particule cu nume exotice (muoni, particula tau…). Ei bine, toate aceste particule interacționeaza una cu alta prin schimbul de mediatori. Fotonii mediaza forța electromagnetica intre particule incarcate electric - ne este familiara de la undele radio, de la electricitate și magnetism. Atunci cand particulele interacționeaza prin schimb de bosoni W și Z, apare fenomenul de radioactivitate (forța nucleara slaba). Gluonii sunt responsabili de forța nucleara puternica (nici noi n-am auzit de ea pana acum). Ramanea in aer intrebarea: de ce au masa obiectele? De ce unele sunt mai ușoare, iar altele mai grele? Acum se pare ca s-a gasit raspunsul: este „vina” bosonului Higgs. Unele particule atrag in jurul lor mai mulți bosoni Higgs decat altele - fotonii nu atrag niciun boson Higgs, nu au masa, nu simți greutatea luminii, la propriu. Fizicienii fac analogia cu un grup de oameni la o petrecere: persoanele populare aduna in jurul lor mai mulți invitați decat celelalte.
De ce este importanta masa? „Daca particulele elementare nu ar avea masa, electronii ar zbura prin Univers cu viteza luminii și nu ar mai sta in atomi. Fara atomi stabili, nici noi nu am exista”, explica Adrian Buzatu, unul dintre cei 100 de cercetatori romani de la CERN, membru al experimentului ATLAS de la Large Hadron Collider (LHC).
Astfel a fost confirmata ipoteza existenței campului Higgs, lansata in 1964 de  un grup de cercetatori, printre care și britanicul Peter Higgs. Au lansat-o „din condei”, cum spune Alexandru Mironov, așa au ieșit ecuațiile pe hartie. Pentru ca multe lucruri din fizica se bazeaza pe teorie, pe matematica, ele funcționeaza chiar daca mintea nu le poate ințelege. Nu poti vedea atomii sau electronii la microscop si nici bosonul Higgs.

LHC, locul unde se recreeaza lumea
Teoria cercetatorilor era ca bosonul Higgs a dus la crearea Universului. Cum dovedesti un lucru pe care nu poti sa-l pipai si sa urli „Este!”? Faci rost de dovezi indirecte: recreezi Big Bang-ul. „Ca sa poti cauta bosonul Higgs trebuie sa te uiti in adancurile materiei in momentul aparitiei Universului, iar pentru aceasta oamenii de stiinta au creat un fel de microscop foarte mare, acceleratorul de particule”, ne spune Alexandru Mironov. Doua astfel de acceleratoare au cautat bosonul Higgs: primul a fost Tevatronul din Chicago, SUA (1983-2011, anul in care s-au incheiat definitiv experimentele), iar al doilea si cel mai puternic este LHC-ul de la CERN, Geneva (2009). Large Hadron Collider inseamna, in traducere aproximativa, Marele Ciocnitor de Hadroni. Pentru ca acceleratoarele asta fac: lanseaza din extremitati doi nori de materie si de antimaterie la viteze de 99,99% din viteza luminii. Atunci cand se ciocnesc, aceste particule genereaza subparticule. Rezultatele coliziunilor sunt inregistrate de senzori deosebit de fini, iar citirile sunt transmise unei retele de supercomputere care le analizeaza. Informatiile facute publice acum o luna sunt rezultatul a miliarde de ciocniri care au avut loc in decurs de aproape un an.

Particula care a rupt simetria inceputului
Unii cercetatori cred ca a existat „ceva” si inainte de crearea Universului din nimic. Unii cred ca exista multiple Universuri paralele, in care fie nu suntem nascuti, fie traim alte variante de vieti, rezultat al „n” actiuni si interactiuni posibile, fie il intalnim pe Elvis. Teoria Big Bang-ului, „o splendoare de teorie”, cum o numeste domnul Mironov, spune ca la inceputurile Universului a existat o singura superforta si un singur punct foarte mic si foarte fierbinte in care s-a intamplat ceva. Potrivit fizicienilor, ciocnirile din acceleratorul de particule recreeaza acest moment. De ce cred asta? Ei au observat ca, la temperaturi foarte ridicate, cele patru forte fundamentale (electromagnetica, slaba, puternica si gravitationala) se modifica si devin una singura. Acest lucru se suprapune peste teoria care spune ca Big Bang-ul a separat forta unica elementara in doua forte diferite, forta electromagnetica si forta slaba. Cele doua forte erau purtate de particule diferite: fotonul cel fara de masa si datator de lumina si bosonul Z. Iar bosonul Z are o masa mare. „Daca aceste forte nu ar fi inceput sa actioneze independent si diferit una de alta (fizicenii numesc acest proces «rupere spontana de simetrie»), Universul nu ar fi putut crea atomi stabili. Intrebarea fundamentala este ce a creat aceasta rupere spontana de simetrie si implicit a dat masa bosonului Z, facandu-l atat de diferit fata de particula sora, dar fara masa, anume fotonul?”, se intreba fizicianul Adrian Buzatu. Tocmai am primit raspunsul: sus-numita particula a lui Dumnezeu a declanșat, potrivit teoriei și experimentelor practice, nașterea Universului.

Stiinta sau religie?
„In primul rand, acum ca s-a descoperit bosonul Higgs, suntem siguri ca intelegem toate legile fizicii, ca stim cum s-a creat Universul si – acesta este punctul meu personal de vedere – eu de mult ii banuiesc pe fizicieni ca s-au gandit sa construiasca o gigantica masinarie careia sa-i puna intrebarea «Exista Dumnezeu?». Acum am putea spune ca, daca Dumnezeu exista, el este undeva in bosonul Higgs”, spune Alexandru Mironov. Dar cum orice lucru trebuie sa fie complicat si mai mult decat este deja, sunt persoane care vad in descoperirea bosonului Higgs o victorie a stiintei in fata religiei. Ce nevoie mai avem de Dumnezeu acum, daca am descoperit acest adevar?
„Bosonul Higgs - inca un cui in sicriul religiei”, titreaza bbc.co.uk. Insa din material ramai cu alte concluzii decat sugereaza titlul: stiinta si religia au scopuri si roluri diferite, descoperirea bosonului Higgs nu poate sa zdruncine credinta cuiva, iar un ateu si un credincios se pot bucura in egala masura de aceasta descoperire a intregii umanitati. In fond, dupa cum spunea Richard Feynman, celebrul fizician specialist in mecanica cuantica, „daca te astepti ca stiinta sa-ti ofere raspuns la toate intrebarile minunate pe care le avem despre ceea ce suntem, despre sensul acestei lumi – atunci poti foarte usor sa fii deziluzionat”.

Cat de utila ne este aceasta descoperire?
Folosim rezultatele cercetarilor stiintifice in fiecare zi. Cercetarea fotonilor a dus la descoperirea fibrei optice, descoperirea fisiunii nucleelor a pus bazele cercetarii nucleare. Daca nu s-ar fi descoperit mecanica cuantica, cea mai de succes si in acelasi timp controversata teorie a fizicii, am fi ramas, cel mai probabil, la stadiul de motor cu aburi si la telegraf, spunea profesorul Steven Weinberg de la Universitatea Texas, Austin. Laserele, tranzistorii, circuitele integrate si toate aparatele electronice se datoreaza mecanicii cuantice. Inginerii creeaza comutatoare microscopice care directioneaza fluxuri de electroni si care controleaza orice computer, camera digitala sau telefon. Totul pe baza de probabilitati binare – 0 sau 1. ”In urma cu 40 de ani, nimeni nu se gandea ca poate sa existe Internetul. Acum 50 de ani, cand Ray Bradbury a scris o povestire in care spunea ca intr-un autobuz toata lumea vorbea in dodii, cu un difuzor la ureche si un microfon in dreptul gurii, nu ne gandeam ca telefonia mobila va fi atat de aproape. Sunt convins ca ingineri de mare calibru deja isi freaca mainile dupa descoperirea bosonului Higgs si zic «Ia sa incercam noi chestia asta, si asta, si asta”, ne spune Alexandru Mironov.

Teorii care sfideaza bunul-simt
In lumea oamenilor de stiinta exista o vorba: atunci cand teoriile sunt corecte, lucrurile se leaga si toate legile fizicii pot fi rezumate pe un plic de scrisori. Cu toate acestea, teorii ale fizicii care si-au dovedit succesul si utilitatea continua sa-i bulverseze pe fizicieni. Un exemplu este mecanica cuantica, teoria care spune ca o particula se poate afla in mai multe locuri simultan si care l-a facut pe Einstein sa exclame sceptic „Dumnezeu nu joaca zaruri”. „Mecanica cuantica sfideaza bunul-simt. Richard Feynman, care este cel mai mare mecanicist cuantic, spunea: «Studentii mei sunt niste tampiti, asta pentru ca eu, profesorul lor, nu inteleg nimic din ceea ce le predau»”, povesteste domnul Mironov. Recent, oamenii de stiinta au teleportat fotoni la distanta de 87 de mile folosind fenomenul quantum entanglement. Potrivit acestei teorii si filozofii, doua particule conectate intre ele prin aceasta „incalcire” se influenteaza una pe alta indiferent de distanta care le desparte. Alti cercetatori lucreaza la un computer in care quantumbitii sa poata functiona pe infinite variante intre 0 si 1, ceea ce le-ar creste exponential puterea de calcul. l

Cercetatorii au transformat datele de la LHC in sunet. Afla AICI cum suna bosonul Higgs (notele inalte de la secunda 3,5).

de Mariana Minea - 6025 afisari
 
         
 
3.0 - 1 voturi