DESET GODINA SA BOŽJOM ČESTICOM

(Jubilej otkrića Higsovog bozona*) Bili su to uzbudljivi letnji dani u Evropskoj organizaciji za nuklearnu energiju koja je kod nas, a i u celom svetu, daleko poznatija po akronimu CERN. Svedoci i savremenici, učesnici slavnog ICHEP seminara koji je u gradu fizičara ispod Mon Blana održan 4. jula 2012. nazivaju ovaj period ne samo uzbudljivim, nego i istorijskim. Mada preterano samouvereni, ništa manje tašti nego bilo koji drugi kreativci, fizičari neguju manir da izbegavaju jake, „istorijske“ reči o svojim dostignućima i radije će neko otkriće okarakterisati eufemizmom ma kako ga intimno smatrali epohalnim, nego da razikuju da mu neoprezno daju veći značaj nego što će to priroda posle dozvoliti u eksperimetnu.

Ovaj Tjuringov test skromnosti za fizičare više je stvar racionalnog strateškog pristupa kad ste istraživač u jednoj egzaktnoj, na eksperimentu zasnovanoj nauci, nego pitanje dobrog odgoja. No, tog leta je bilo opšteprihvaćeno mišljenje da otkriće Higsovog bozona, kao poslednjeg dela fizičarske slagalice o strukturi poznate materije, samo početak jedne nove ere i da iza njega sledi serija novih saznanja. I jedna nova istorija fizike.

Dan je bio vreo od ranog jutra, a uzbuđenje je raslo u krcatom amfiteatru koji su ispunili najpoznatiji istraživači CERN-a, od kojih su mnogi doleteli u Ženevu sa drugih kontinenata kako bi čuli dugoočekivanu vest. Seminar su putem video linka pratili kako novinari, tako i učlesnici konferencije u Melburnu (u svetu posle Kovida u tome nema ništa čudno, ali deceniju ranije, čak i za CERN, u kome je internet svojevremeno i otkriven, to je bila prva takva video naučna konferencija). Uzbuđenje je širom planete podgrejalo očekivanje da će tada još uvek novi akcelerator u CERN-u dokazati postojanje Higsovog bozona.

Publici se prvo obratio Džo Inkandela, portparol eksperimenta CMS, jednog od dva međusobno nezavisna tima koji su pokušavali da otkriju Higsov bozon na CERN-ovom Velikom sudaraču hadrona (LHC), najvećem akcelaratoru na svetu, gigantskom postrojenju smeštenom 100 metara ispod sale u kojoj se odvijao seminar, u tunelu dugom 27 kilometara. Nakon Inkandelinog detaljnog opisa metoda i rezultata, reč je dobila portparolka kolaboracije ATLAS, drugog eksperimenta koji je na LHC-u lovio istu česticu – bila je to Fabiola Đanoti koja će kasnije postati generalna direktorka CERN-a.

Njen nastup, kao i prezentacija kolege sa CMS detektora, prekidani su aplauzima svaki put kad bi se izgovorile reči kao što su nivo poverenja, pet sigma i druge fraze koje fizičarima govore velikoj o statističkoj sigurnosti otkrivenog (konkretno, ovde je bilo pokazano da je verovatnoća da je signal lažan manja od jedan u pet miliona).

Za širu publiku, kako sami grafici, tako i složena objašnjenja sudbine kanala raspada Higsa, preko čijeg prisustva je čestica dokazana, morala su biti nerazumljiva, ali kao što biste posmatrajući gestikulaciju i zvukove kakvog plemena koje govori nerazumljivim jezikom ipak lako zaključili da li proslavljaju kakav veliki ulov ili debatuju kako da prežive sušu, slika iz amfiteatra u CERN-u je sve govorila. Pola veka očekivano otkriće je stiglo – posmatrajući rezultate sudara čestica u akceleratoru LHC, na energijama koje su pre ove mašine bile nemoguće, dva različita tima fizičara su uporedno dokazala da u prirodi postoji prethodno nikad uočeni bozon mase od 125 GeV, sa osobinama koje je predvidela teorija poznata kao Standardni model.

Nakon prezentacija obe kolaboracije, na scenu je izašao tadašnji generalni direktor, Rolf Diter Hojer, nemački fizičar sa velikim simpatijama prema Srbiji i podrškom za ovdašnje fizičare koji su, mada tada naša zemlja još nije bila punopravna članica CERN-a, učestvovali u ovom otkriću i u ATLAS i CMS kolaboraciji. “Mislim da ovo znači da ga imamo”, rekao je Hojer, a salom se razlegao frenetični aplauz. U publici, vidno uzbuđen, engleski fizičar po kome je Božja čestica i dobila ime, Piter Higs, koji je još 1964. predvideo njeno postojanje i koji će, pošto je dokazana, naredne 2013. godine dobiti Nobelovu nagradu, brisao je suze.

U sledećih nekoliko minuta doslovno svuda je osvanula vest o otkriću novog entiteta koji inače šira javnost i mediji dobro znaju po imenu Božja čestica zbog naslova popularne knjige fizičara Leona Ledermana (po čuvenoj anegdoti, autor je želeo da knjigu nazove Đavolja čestica, kako bi ukazao koliko ju je teško otkriti, ali je izdavač radi bolje prodaje preimenovao u Božja, ne sluteći da će time na Higsa i CERN skrenuti trajnu pažnju svih mogućih religioznih organizacija). Potonji šef komunikacija CERN-a, Arno Marselije, ispričaće se kasnije da je objava vesti o otkriću Higsovog bozona po vidljivosti bila neuporediva sa bilo čim što je evropska nauka objavila svetu i da je to jedini put da je pretekla slične američke i NASA vesti, kao što, uostalom, zahvaljujući CERN-u, jedino u fizici čestica Evropa ima trenutni primat nad Amerikom i Kinom.

“Ovo je samo bio početak”, reći će Serđo Bertoluči, tadašnji direktor istraživanja u CERN-u koji je samo nekoliko dana kasnije došao u posetu Srbiji, gde je pričao ne samo sa našim fizičarima, nego i studentima i srednjoškolcima. “Sada predstoji veliko istraživanje osobina Higsa i njegovog odnosa prema drugim česticama”, rekao je Bartoluči, u odjeku istih reči koja se nakon 4. jula u Ženevi ponavljale širom sveta. Prezentacija Fabiole Đanoti čak je sadržala doslovno istu, uokvirenu i u žuto obojenu poruku: “Ovo je samo početak”, a slično mišljenje imao je svaki fizičar sa kojim sam tokom 2012. godine razmenio i najmanje zapažanje o Higsu. I zaista, u narednom periodu, obe kolaboracije, i CMS i ATLAS, uradiće divovski posao detaljne identifikacije nove čestice – iz ogromne količine podataka skupljene sudarima na LHC saznaće se pouzdani podaci o masi, o spinu, ali i zamršeni familiijarni odnosi koje Higs ima sa drugim česticama.

Deset godina kasnije, međutim, ne svedočimo pojavu takozvane “nove fizike” kojoj su se fizičari istinski nadali. Stvari koje se iznova otkrivaju o Higsovom bozonu samo u nagoveštajima otvaraju neka od poznatih nerešenih pitanja, a Standardni model, teorija koja je zaokružena otkrićem Higsa, stoji sasvim čvrsto. U nekoj drugoj disciplini bi se to smatralo više nego zadovoljavajućim, ali fizičari Standardni model intimno ne smatraju krajnom teorijom i čekaju da ga zamene prvom prilikom. No, na akceleratoru nakon Higsa nema novih čestica. Objašnjenje leži u moći samog LHC akceleratora jer su za nova otkrića, po svemu sudeći, potrebne mnogo veće dostupne energije. Zbog toga se u dva navrata CERN doslovno vraćao građevinskim radovima i unapređivao LHC sa ciljem da izvuče što više iz njega, odnosno da postigne takozvanu veću luminoznost, kako bi se moglo pogledati u “fiziku iza Higsa”. Pojedinci danas čak misle da je to čista sreća što je masa ovog bozona u prirodi baš 125 GeV, jer da Higs ima značajno veću masu, 2012. bi bio nevidljiv za LHC kao što su sada nevidljive stvari koje fizičari tek treba da otkriju na jačim mašinama.

Mnoge fizičare istinski zanima da li se daljim izučavanjem Higsa može proveriti teorija supersimetrija, ali je spisak otvorenih pitanja zaista dug. Misterija koja se skriva u tami, a na koju bi se, kao na jednu od najvećih tajni savremene nauke, moglo odgovoriti daljim proučavanjem Higsa je problem tamne materije. On se zapravo tiče i svih onih koji ne haju previše za nove čestice i njihovu složenu matematiku i odnosi se na svet oko nas, a koji je daleko veći od onog u detektorima velikog akcelartora.

Postojanje tamne materije je ustanovljeno na osnovu njenih gravitacionih efekata, iz načina na koji se kreću zvezde u galaksiji i galaksije u jatima, ali za razliku od takozvane barionske materije, tamna materija nije ni viđena, niti ikako izmerena. Fizičari očekuju da bi neki egzotični raspadi Higsovog bozona mogli da dovedu do nastanka (i pritom, ulova na akceleratoru!) takozvanih WIMP čestica. Ova skraćenica označava masivne čestice koje slabo intereaguju i koje su viđene kao kandidati za čestice koje čine tamnu materiju. Da li će biti ulovljene i kada, nemoguće je pouzdano reći. “Zagrebali smo površinu”, rekao je pre tri godine sam Piter Higs (na slici). “Ali, očigledno imamo puno toga još da oktrijemo”.

Kao i sa mnogim drugim česticama, još od Pola Diraka, koji je tako nagovestio antimateriju, obično su teoretičari u nekom svom računu uočavali kako bi morala postojati još neka čestica, inače bi im se narušavala simetrija ili se javljao kakav faktor viška u jednačini, a zatim se i u eksperimentu, na detektorima pokazivalo da ta čestica zaista i postoji i često ima masu i druge osobine koje su joj teoretičari “predskazali”.

No, sa Higsom stvari nisu išle lako, on je vrlo masivan i bilo je potrebno napraviti izuzetno moćan akcelerator, sa ogromnom dostupnom energijom, da bi se izazvali sudari u kojima ima smisla očekivati oslobađanje bar jednog Higsa. Zbog toga se na njegovu potvrdu čekalo još od 1964. kad su ga Piter Higs, uporedo sa Robertom Broutom i Fransoa Anglerom, najavili u seriji radova u prestižnom Physical Review Letters. Deset godina pošto je otkriven, fizičari u Higsu vide “novi kontinent” i vole da kažu kako ga sad tek treba istražiti.

—

Tekst: Slobodan Bubnjević*

Foto: CERN

*Po motivima teksta od istog autora koji je prvobitno objavljen u Kulturnom dodatku Politike 2. jula 2022.