לא רק החלקיק היגס: המאיץ מבטיח עוד הפתעות מסעירות
התרגשתם מגילוי החלקיק האלוהי? זה עוד כלום. במאיץ החלקיקים הגדול מקווים למצוא בהמשך את החומר האפל של היקום, כוחות טבע חדשים, חורים שחורים וממדים נוספים, שישאירו את הכוכב הנוכחי של עולם המדע הרחק מאחור
לדברי פרופ' ירון עוז, מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, ודיקן הפקולטה למדעים מדויקים במוסד האקדמי, גילוי החלקיק האלוהי משלים פרק אחד בספר של חקר היקום, אבל הסיפור כולו עוד לא הסתיים: "ה'היגס' הוא החלקיק האחרון שהיה חסר בפאזל של המודל הסטנדרטי של החלקיקים. זה לא אומר שמכניסים את הפאזל בחזרה לקופסה".
לדברי פרופ' עוז, לחלקיק החשוב אין כרגע יישום טכנולוגי מיידי: "פיזיקאים ברחבי העולם מקווים שהתגלית תלמד אותנו על הפיזיקה שקיימת באנרגיות גבוהות שלא הגיעו אליהן מעולם לפני כן. כאשר מעלים את אנרגיית הניסוי, יש ציפייה לגלות פיזיקה חדשה".
עוז מסביר כי בעזרת אנרגיות מאיץ החלקיקים בשווייץ, ניתן אולי למצוא את החומר האפל המהווה את מרבית החומר ביקום, ואף לגלות כוחות טבע חדשים. "כמו כן, מחפשים את 'סימטריית העל', תיאוריה אשר מנבאת כי לכל חלקיק בטבע קיים'אח תאום' - חלקיקים אלו הם כיום תיאורטיים ומעולם לא התגלו. באנרגיות הגבוהות מחפשים גם פיזיקה אקזוטית כמו ממדים נוספים ביקום, ואולי אף ינסו לאשש תחזיות שצופה'תורת המיתרים'" (תיאוריה שלפיה החלקיקים אינם בעלי צורת נקודה, אלא בעלי צורה חד-ממדית המכונה "מיתר"). לדבריו , האנרגיה של מאיץ החלקיקים בשווייץ תוכפל כמעט בשנים הקרובות, ומדענים מקווים שהדבר יוביל לגילויים נוספים.
איך הקהילה המדעית מגיבה לגילוי "הבוזון היגס"?
"יש התרגשות רבה מאוד בכל העולם. ישנם מדענים המלווים את התהליך כבר עשרות שנים, שאינם בהכרח חברים בסגל המחקר של מאיץ החלקיקים, אלא גם תיאורטיקנים שחקרו את תחום החלקיקים במשך שנים רבות ומקבלים תמיכה ניסיונית לתיאוריות שפיתחו".
כיצד יודעים שזה לא סוף הסיפור?
"תיאוריה מדעית שלמה של היקום צריכה להתבסס על מספר מצומצם מאוד של פרמטרים שרירותיים, וייתכן שאף לא להתבסס כלל על כאלו. במודל הסטנדרטי )תיאוריית החלקיקים המקובלת בפיזיקה המודרנית( יש יותר מ-20 פרמטרים שרירותיים שנקבעים על סמך הניסיון ולא מנובאים על ידי התיאוריה. לכן אנו מאמינים שישנו רובד נוסף בסיסי ושלם יותר של התורה.
"כיום ידועים ארבעה כוחות בטבע (כוח הכבידה, הכוח הא לקטרו-מגנטי, הכוח הגרעיני החזק והכוח הגרעיני החלש). מרבית הפיזיקאים סבורים שארבעת הכוחות הללו הינם למעשה כוח אחד. לתיאוריה הזו קוראים'תורת השדה המאוחד' או'התיאוריה של הכל'".
המאיץ יכול לאשש גם את "התיאוריה של הכל"?
"אף מאיץ כנראה לא יוכל לעשות את זה. המאיץ אמנם יכול לספק לנו חלון לגילוי של כוחות, חלקיקים ותופעות אקזוטיות חדשות, אבל הוא מוגבל. ישנה מגבלה של האנרגיה המקסימלית שאפשר להגיע אליה במאיצים. זוהי מגבלה טכנולוגית, ושום ציוויליזציה שאי פעם תקום כאן לא תוכל לבנות מאיץ חלקיקים שיגיע לאנרגיות הגבוהות הללו בשום מקום ביקום. לשם כך נזדקק כנראה לאינפורמציה ממקורות נוספים".
איך יודעים שהתגלית הנוכחית היא אכן חלקיק "היגס"?
"לא בטוח שזה 'בוזון ההיגס' שצופה התיאוריה. יש הרבה מודלים של 'היגס' וצריך להחליט מי מהם הוא זה שהתגלה. המנגנון העקרוני נראה ברור: התגלה החלקיק המקנה את המסה לחלקיקים אחרים, אך עד שיתבררו הפרטים יעבור עוד זמן. ייתכן שזהו חלקיק ממשפחה גדולה יותר של חלקיקים. התיאוריה המכונה'סימטריית-העל', למשל , מנבאת שיש יותר מחלקיק'היגס' אחד".
פרופ' עוז מסביר שלא ניתן כלל לראות את החלקיק האלוהי משום שהוא מתפרק
בעקבות הגילוי, אתה חושב שיותר סטודנטים יבחרו להתמחות בפיזיקת החלקיקים?
"אני מניח שכן. כבר היום יש הרבה מדענים וסטודנטים שעוסקים בפיזיקה של אנרגיות גבוהות. בניסוי במאיץ במרכז המחקר CERN מעורבים למעלה מ-1,000 סטודנטים מכל העולם, ובהם כמה עשרות מישראל. יש הרבה כישרונות שמעוניינים במדע בסיסי - לחקור את יסודות היקום וסודותיו".
אפשר להניח שכעת יזרום יותר כסף למחקרים בתחום?
"מוקדם לדעת. יש לברר קודם את מהות התגלית: האם חלקיק ה'היגס' הוא זה שמוזכר במודל הסטנדרטי של החלקיקים או שמדובר בחלק ממשפחת חלקיקים חדשה?"
יחד עם זאת, פרופ' עוז מציין כי כבר קיימות תוכניות להשקעה במאיץ החלקיקים הגדול הבא. "ההחלטה אם ללכת למאיץ נוסף היא לדעתי עניין של כמה שנים", מציין פרופ' עוז.
בחודשים הקרובים יאספו המדענים עוד מידע, ואז המתקן ייצא לתקופת שדרוג ארוכה. הניסוי צפוי להתחדש ב-2014, אז למאיץ תהיה אנרגיה כמעט כפולה ממה שיש לו היום. הניסוי יהיה דומה, אבל המדענים מקווים לגלות בו תגליות חדשות.
"הניסוי הנוכחי פתח חלון והביא עמו את התגלית הראשונה, אך הפוטנציאל בניסויי ההמשך הוא לתגליות נוספות, ואולי אף גדולות הרבה יותר", אומר פרופ' עוז.
אילו תיאוריות נוספות מתכוונים לבחון במאיץ הגדול?
"מאחר שאיננו יודעים את הסודות של היקום, מחפשים בכיוונים שונים. כיוון אחד הוא חיפוש אחר החומר האפל, כיוון אחר הוא פיזיקה אקזוטית - כוחות חדשים בטבע, ממדים נוספים, חורים שחורים זעירים ו'תורת המיתרים'. כיוון נוסף הוא תיאוריית'סימטריית-העל'.
"יש קבוצות שונות שמנסות לבדוק תיאוריות שונות. אם יתגלו דברים מאוד אקזוטיים, כמו כוחות חדשים בטבע או ממדים נוספים, זה יכול להאפיל על התגלית הנוכחית. זה יביא את כל עולם המחקר לשלב הבא".
מה הסיכוי שזה יקרה?
"אף אחד לא יודע מלבד מי שברא את זה".
וכאן עולה השאלה המתבקשת: האם אתה מאמין באלוהים?
"לא במובן הדתי", ממהר החוקר להבהיר.
איך בודקים את כל התיאוריות האלה?
"כל תיאוריה פיזיקלית משאירה עקבות כמו שחלקיק 'היגס' משאיר, ואותן מחפשים. ישנן עקבות מסובכות לזיהוי ויש קלות יותר".
איזה עקבות משאירים ממדים נוספים?
"ממדים נוספים מנבאים הרבה חלקיקים נוספים וכללים חדשים בשימור האנרגיה. אם יש חלקיק שיכול לנוע בממד נוסף, אז כששואלים איך הוא נראה בארבעה ממדים (אנו חיים בארבעה ממדים: שלושה של מרחב ואחד של זמן, י"פ), נצליח לראות בכל פעם'צדדים שונים' של אותו החלקיק. אנו, החיים בעולם בעל ארבעה ממדים, חושבים שאנו רואים חלקיקים עם מסות שונות, אך למעשה אנו רואים צדדים שונים של אותו אחד.
"אם חלקיק נע במהירות שונה בממד נוסף, מבחינתנו נראה שני חלקיקים שונים כי יש להם מסה אחרת. את זה אפשר לבדוק. עם זאת, יכול בהחלט להיות שהממדים הנוספים קטנים מדי, ואז לא נוכל למצוא אותם גם עם המאיץ המשודרג".
ואיזה עקבות מחפשים כדי להוכיח כוחות חדשים בטבע?
"לכל כוח בטבע יש חלקיק שמתווך אותו. כך למשל, הפוטון מתווך את גלי האור (וגם את גלי הרדיו, הרנטגן ועוד, י"פ). כשמעבירים אות חשמלי, כמו באנטנות סלולריות, חלקיקי הפוטונים עושים את העבודה. חלקיקים נוספים הם גלואונים המתווכים את הכוח הגרעיני החזק. יש גם בוזוני Z ו-W המתווכים את הכוח הגרעיני החלש. אם יתגלו בוזונים דומים חדשים, שלא היו מוכרים לפני כן, הדבר יצביע על כוח חדש בטבע. כל גילוי של חלקיק נוסף מסוג זה מחייב לשנות את המודל הסטנדרטי".
איך יכולים להיות כוחות בטבע שמעולם לא שמנו לב אליהם?
"אם מדובר בכוחות הפועלים בעיקר באנרגיות גבוהות, ייתכן שבאנרגיות נמוכות האות שלהם חלש מדי מכדי שנוכל להבחין בו. הם עשויים לפעול למרחקים קצרים מאוד, כך שככל שנסתכל על עצמים במרחקים גדולים יותר, הם יהפכו להיות זניחים ולכן לא נחוש בהם".
מה בנוגע ל"תורת המיתרים"?
"'תורת המיתרים' מדברת על כך שהכל ביקום מורכב ממיתר רוטט, ממש כמו של גיטרה, והוא מהווה את אבן היסוד הקטנה ביותר המרכיבה את כל שאר החלקיקים. האובייקט הזה אינו נקודתי, אלא מיתר. כשהוא מתנדנד, כל תנודה שלו נראית לנו כחלקיק אחר. לפי תיאוריה זו, אמורים להישאר הרבה סימנים והרבה חלקיקים חדשים שישאירו עקבות במאיץ".
אתה צופה שיותר תלמידים בארץ יבחרו להרחיב את לימודי המתמטיקה והפיזיקה?
"אני בהחלט מקווה שכן".
נא להמתין לטעינת התגובות
אקו"ם