חלקיק של תקווה: בדרך למציאת הבוזון היגס
עד סוף השנה, מבטיחים מדענים במאיץ החלקיקים בשוויץ, תפוענח חידת "החלקיק האלוהי", שממנו נוצר החומר. עדות משמעותית לקיומו נצפתה במפתיע בארה"ב, דווקא לאחר שהפעילות במאיץ החלקיקים שם הופסקה
הנתונים הוצגו לאחרונה כנס מדעי באיטליה והם אינם מהווים אישוש כשלעצמו, אבל ביחד עם ניסויים קודמים שנערכו במאיץ החלקיקים הגדול שבז' נבה, הם מהווים דחיפה חשובה לרעיון קיומו של החלקיק האלוהי.
האגדה מספרת שאת השם "החלקיק האלוהי" נתן הפיזיקאי היהודי לאון לדרמן לבוזון היגס. לדרמן, שזכה בפרס נובל על עבודתו, התכוון לפרסם בשנות השבעים ספר תחת השם The Goddamn Particle (החלקיק הארור) על שום חמקמקותו של החלקיק. המוציא לאור, לעומת זאת, לא חשב שזה רעיון כל כך טוב וקיצר את הכותרת ל-The God Particle.
"האמת שהכינוי 'החלקיק האלוהי' דווקא די מתאים לבוזון היגס, מאחר והוא מקנה את המסה לכל החלקיקים האחרים", אומר פרופ' עילם גרוס ממכון ויצמן, האחראי על אנליזת הנתונים במאיץ החלקיקים הגדול של CERN בז'נבה. "בלעדיו לא הייתה מסה לגלקסיות, לכוכבים, לחיות ולצמחים. וגם אנחנו לא היינו קיימים".
גרוס נוהג לפתוח כל הרצאה פופולרית לקהל הרחב בסרטון אנימציה שמתחיל במשפט, "בראשית היה שום דבר, ויאמר אלוהים: יהי אור, ויהי מפץ גדול, ויהי מרחב ויהי זמן ויהי מרחב-זמן". מרבית הפיזיקאים אמנם מסתייגים מאמירות כאלה, ובמיוחד מהתואר "אלוהי" שהודבק לחלקיק (בגלל הקונוטציות הדתיות לכאורה). ואולם , לדברי גרוס אין פסול בלשון פואטית. "אני מאמין שהפיזיקה והיקום מדהימים ביופיים", הוא מסביר, "ואין פסול בשימוש בלשון מטאפורית כדי לחבר אותה לאנשים שבסיסם יותר הומני ורוחני".
גרוס עוסק בחיפושי הבוזון היגס כבר משנת 1987, מאז היותו סטודנט (בהנחיית הפרופסורים גיורא מיקנברג ואהוד דוכובני, שגם הם חוקרים פעילים בניסוי). " זו מהות החיים המדעית שלי", הוא אומר. "אני סקרן ורוצה לדעת מה עומד מאחורי הכל. את האנליזה
המירוץ אחרי החלקיק האלוהי נועד לאשש ולהוכיח סופית את המבנה המורכב שבאמצעותו מתארת הפיזיקה את מבנה החומר בטבע ואת יחסי הגומלין בין חלקיקי החומר שמתבטאים באמצעות כוחות. מודל זה מכונה "המודל הסטנדרטי" ובוזון היגס הוא למעשה החתיכה האחרונה בפאזל. עליו תקום או תיפול התיאוריה. המאיץ הגדול בז' נבה מהווה הישג בפני עצמו, שכן מדובר בפרויקט שבו השתתפו מעל ל-5,000 פיזיקאים מ-40 מדינות . עלותו הכוללת מוערכת ביותר מחמישה מיליארד יורו.
פרופ' גרוס מסביר מדוע בעצם הבוזון היגס חשוב כל כך. "מסת האלקטרון מאפשרת את ההתחברות של החלקיקים ליצירת אטומים ומכאן את קיומו של החומר", הוא אומר. "באמצעות המסה נקבעת מידת הריק שבחומר שמכתיבה את הכימיה של החיים". לדברי גרוס, אם היינו מגדילים אטום בודד לגודל של איצטדיון כדורגל, האלקטרון היה היה בלתי נראה ואילו גרעין האטום היה נקודה בגודל של גרעין שעועית במרכז. את גודלו של'איצטדיון הכדורגל', כלומר גודל האטום, קובע ההיגס.
האם אפשר לדמיין את אופן הקניית המסה של היגס?
"כן. אפשר לראות זאת כאילו שאנו נמצאים בתוך שדה של בוזוני היגס. אפשר גם לחשוב על זה שכאילו אנחנו שוחים בים חלקיקי היגס שעוטף אותנו ואת היקום. על-ידי כך שאנו'נצמדים' אל ההיגס, הוא מקנה לנו מסה".
איך החלקיק קשור למפץ הגדול?
"הוא נוצר בעשירית של מיליארדית השניה אחרי המפץ הגדול. חלקיק ההיגס נוצר ביחד עם כל יתר החלקיקים ותוך כדי התהליך הקנה להם את המסה שלהם".
בדצמבר האחרון דיווחו מדעני מאיץ החלקיקים בז' נבה על ממצאים שתומכים בקיומו של הבוזון היגס. באופן כללי, במהלך הניסויים המדענים שולחים חלקיקים מסוג פרוטונים בתוך מנהרה מעגלית באורך 27 ק"מ, שבסופו של דבר מתנגשים. במהלך ההתנגשות באנרגיה ששררה ביקום, חלקיקי שניה לאחר המפץ הגדול, עשוי להיווצר חלקיק ההיגס שמתפרק מיד לתוצרים - כלומר, לחלקיקים קלים יותר עתירי אנרגיה. לאחר כל ניסוי המדענים מבצעים חישובים על התוצרים, מאתרים אילו חלקיקים קלים יותר התקבלו במהלך ההתנגשות ומי מהם עשוי היה להיות תוצר של חלקיק ההיגס.
בסך הכל נשלחו במנהרה כ-300 טריליון פרוטונים וככל שממשיכים לאסוף מידע בנוגע להתנגשויות, אז התמונה הולכת ומתבהרת. "מה שנראה בתחילה כסטייה סטטיסטית, אם הוא אינו נעלם, ככל שאוספים מידע בנוגע להתנגשויות רבות יותר, הופך להיות תגלית", מסביר גרוס. "הניסוי ב-CERN נועד , בין השאר, לברוא את החלקיק מאנרגיה באמצעות המאיץ ולנסות'ללכוד אותו' באמצעות הגלאים".
איך הרגשתם כאשר נחשפו הנתונים?
"הרגשנו שבתקשורת קצת הגזימו. לא נותנים לנו למצוא את החלקיק בשקט. גם עכשיו, עם פרסום הממצאים של האמריקנים, אנו מקבלים את אותה התחושה - שצריך עוד זמן כדי לנתח את הממצאים, להבין אותם ולהגיע למסקנות סופיות. חייבים לחכות בסבלנות כי מדובר רק בתוצאות ראשוניות ועדיין אין את התמונה המלאה".
האם התוצאות הנוכחיות של המדענים בטווטרון משפיעות על עבודתכם בז'נבה?
"הניסוי של האמריקנים לא משפיע על הניסוי שלנו. זה לא משנה שום דבר בנוגע למה שאנו עושים כאן. אסטרטגיית החיפוש שלנו נשארת אותו הדבר והניסויים והאנליזות נמשכים".
גרוס מספר כי ב-1993 הצהיר שר המדע הבריטי שמי מבין המדענים שיצליח להסביר לו על דף בגודל של מעטפה מהו אותו חלקיק היגס ולמה שווה להשקיע מיליארדי דולרים בגילויו, יזכה בבקבוק שמפניה. ההסבר הזוכה היה של המדען דיוויד מילר, שדימה את חלקיקי ההיגס לקהל רב של אנשים הממלא אולם. כשנכנס לאולם איש מכובד וחשוב כמו למשל ראש ממשלה, כל האנשים יתקהלו סביבו, יפריעו לו ללכת באופן חופשי ובעצם יאטו את מהירותו.
באנלוגיה הזו הקהל הוא חלקיקי ההיגס והאיש המכובד הוא אלקטרון. ככל שהאיש יותר מכובד, או ככל שלחלקיק יש יותר מסה, אז קהל רב יותר יכביד על הליכתו והוא יעשה איטי יותר. המסקנה: חלקיקים נטולי מסה טסים בגבול המהירות המקסימלי, כלומר במהירות האור, ואילו חלקיקים כבדים כמו האטומים המרכיבים את גופינו, נעים לאט וכך מתאפשר קיומנו כפי שאנו מכירים אותו. תפקידו של ההיגס הוא לשמש כ"מלאך שומר" שמאפשר את הקיום.
רעיון קיומו של החלקיק הועלה לראשונה ב-1964, על-ידי המדען הבריטי פיטר היגס והמדענים הבלגים פרנסואה אנגלר ורוברט בראוט. על-פי המודל הסטנדרטי, ליקום הייתה סימטריה אחידה בראשיתו - כל החלקיקים היו חסרי מסה וכוח אחיד ויחיד פעל ביניהם. פיטר היגס וחבריו טענו כי שבירת הסימטריה הזו איפשרה לחלקיקים מסוימים לקבל מסה והודות לכך אנו נמצאים כאן היום. במקרה שיתגלה הבוזון היגס ויוכח קיומו, זה קרוב לודאי יזכה את אנגלר והיגס בפרס נובל (בראוט נפטר בשנה שעברה).
לפי המודל הסטנדרטי, לא כל החלקיקים הם חלקיקי החומר המוכרים לנו, אלה שאפשר למשש. יש חלקיקים נוספים שאחראים לכוחות הטבע. כך למשל הפוטונים נושאים את הכוח האחראי על חשמל ומגנטיות, בוזוני W ו-Z נושאים את הכוח הגרעיני החלש הקשור לרדיואקטיביות וישנם חלקיקים מסוג גלואונים שנושאים את הכוח הגרעיני החזק, שתפקידו לשמור את גרעין האטום במקומו. כעת נותר למצוא את החלקיק האחרון שבפאזל האלוהי - הבוזון היגס. במידה והחוקרים ימצאו כי הוא אינו קיים, הדבר יכול לגרום להפרכת התיאוריות הקיימות של הפיזיקה. נראה כי נותר רק לחכות לקיץ הקרוב, שבמהלכו יגיעו הבשורות מז'נבה.
נא להמתין לטעינת התגובות
אקו"ם