Higso bozonas dar prieš pat atradimą pradėtas vadinti „Dieviškąja dalele“. 1964 m. François Englert'as ir Peteris Higgsas atskiruose darbuose suformulavo teoriją, kuri numatė šios fundamentaliosios dalelės egzistavimą, o beveik po pusės amžiaus abu mokslininkai 2013 m. buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.
Apdovanojimo reikėjo laukti tiek ilgai, nes pats Higso bozonas buvo „sugautas“ tik 2012 metais Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacijos, trumpiau vadinamos CERN, laboratorijos dalelių greitintuve.
CERN laboratorijose mokslininkai iš viso pasaulio darbuojasi prie daugybės skirtingų tyrimų. Vieno iš jų metu, Didžiąjame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve (LHC), buvo atrasta nauja dalelė, kurios savybės sutapo su teorinėmis Higso bozono savybėmis eksperimento paklaidų ribose.
-
Fizikos Nobelio laureatas W.D.Phillipsas: „Didžiausia klaida yra mokyti vaikus, kad fizika yra vien formulės“
-
Lietuvoje vykusios mokslinės konferencijos organizatoriai: Ukrainos suklestėjimui turime ruoštis jau dabar
-
Mokslininkai pradeda naujus eksperimentus su branduolių sintezės energijos rekordų laužytoju JET
Didžiausias dalelių greitintuvas pasaulyje veikia iš tiesų įspūdingai – po žeme esančiame 27 km ilgio tunelyje sumontuoti du vamzdžiai, apsupti superlaidžių magnetų bei šaldomi skystu heliu. Juose protonai įgreitinami kone iki šviesos greičio, o tada suorganizuojamas jų susidūrimas. Susidūrimo metu įvyksta įvairios sąveikos, kurių metu protonuose glūdintys kvarkai ir gliuonai veikdami vienas kitą ir pasinaudodami didele judėjimo energija virsta naujomis dalelėmis.
Iš tokių sąveikų, tarsi iš „sprogimo kamuolio“ į įvairias puses išsilaksto naujos dalelės. Pasirodo, kas keletą milijardų tokių susidūrimų iš sprogimo kamuolio ima ir iššoka Higso bozonas.
Apie šio atradimo praktinę svarbą, juodąsias skyles bei mokslą tarptautinių konfliktų akivaizdoje 15min papasakojo 2009–2015 m. CERN generalinio direktoriaus pareigas ėjęs dalelių fizikas prof. Rolfas-Dieteris Heueris.
– Vadovavote CERN, kai 2012 m. Didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve (LHC) buvo atrastas Higso bozonas. Ar galite paaiškinti, kuo šis atradimas buvo svarbus ir kokį praktinį poveikį jis turi?
– Trumpai tariant, jei Higso bozono nebūtų, mūsų taip pat nebūtų – tai labai paprasta. Dabar žinome priežastį, kodėl galime egzistuoti. Matote, esame sudaryti tik iš trijų elementariųjų dalelių: dvi dalelės sudaro atomo branduolį, o trečioji dalelė sudaro aplink jį esantį debesėlį, o visa tai sudaro molekules ir t. t.
Jei Higso bozono nebūtų, mūsų taip pat nebūtų
Taigi visos šios dalelės turi masę. Jei jos neturėtų masės, jos skristų per Visatą šviesos greičiu, kaip fotonai. O jei per Visatą dalelės skrenda šviesos greičiu, jos negali sudaryti sudėtinės medžiagos, taigi negali sudaryti jokios medžiagos, net ir mūsų. Faktas, kad Higso bozonas egzistuoja, mums rodo, kaip dalelės įgyja masę, o kai jos įgyja masę, gali sudaryti sudėtinę medžiagą ir egzistuoti.
– LHC veikė vos 4 metus, kai Higso bozonas buvo atrastas. Ar tikėjotės tokių greitų rezultatų? Kokios emocijos tvyrojo CERN tuo metu?
– Ne, taip greitai atrasti nesitikėjom. Kada atrasime, net nebuvo aišku.
Šis didelis greitintuvas buvo pastatytas siekiant išsiaiškinti, kaip šios elementariosios dalelės įgyja masę. Tai galėjo įvykti per Higso bozoną, bet galėjo įvykti ir per kitą mechanizmą. Taigi, kai pradėjome, nežinojome, kuris mechanizmas bus atrastas – Higso ar koks nors kitas.
Tačiau iš ankstesnių matavimų buvo aišku, kad pagal šio LHC galimybes, energiją, kurią jis gali pasiekti, mes šį mechanizmą rasime. Tik buvo nežinoma, kiek laiko tai užtruktų.
Tokio atradimo nepadarysi tarpe tarp šiandien ir rytojaus – nėra taip, kad nieko neturite ir staiga kažką randate. Tai išauga per laiką.
Kai tik pradedame rinkti duomenis, jų būna mažai, o tuo pačiu yra daug fliuktuacijų, įdomių taškų. Su laiku duomenų daugėja, kai kurios fliuktuacijos atmetamos, kai kurios iš jų didėja, tada vėl išnyksta, priklausomai nuo duomenų kiekio.
Atmosfera prilygo dalyvavimui roko koncerte
2012 m. birželio mėnesį jau žinojome, kad kažką turime. Tai buvo tikrai augantis jaudulys, kuris atradimo paskelbimo dieną virto džiaugsmu. Buvo fantastiška atmosfera, auditorijoje buvo daug jaunų žmonių ir turiu pasakyti, atmosfera prilygo dalyvavimui roko koncerte.
Tai, kad žmonės, mokslininkai teigiamai šūkavo, ir tai, kad tiek daug žmonių stebėjo pranešimą per vaizdo įrašą, televiziją ir t. t., rodo, kad mokslas gali būti labai patrauklus ne tik mokslininkams, bet ir plačiajai visuomenei, net jei kartais ir nesuprantama, kas už jo slypi.
– Ar tiesa, kad prieš pradedant veikti LHC, CERN sulaukdavo skambučių iš išsigandusių žmonių, kurie nerimaudavo, jog laboratorijose mokslininkai gali sukurti kažką tokio pavojingo, kaip juodoji skylė?
– Taip, buvo daugybė skirtingų klausimų iš daugybės žmonių. Pirmiausia, į tokius nerimą keliančius klausimus turime žiūrėti rimtai. Negalima tiesiog numoti ranka.
Taip, mes galėjome „pagaminti“ juodąsias skyles. Tačiau tai priklauso nuo to, ką vadiname juodąja skyle. Juodosios skylės, kurias teoriškai būtume galėję sukurti, būtų kaip įprastos elementariosios dalelės ir tik atsiradusios suirtų. Taigi, jokio pavojaus.
Juodosios skylės kosmose, Visatoje.. Jos yra masyvios ir gyvena ilgai. O kuo ilgiau juodoji skylė gyvena, tuo didesnę masę ji įgyja – tai didžiulis skirtumas nuo tokios juodosios skylės, kuri galimai būtų sukurta dalelių greitintuve.
Visų pirma, visi skaičiavimai parodė, kad jei sukurtume tokią mažytę juodąją skylę, ji, kaip jau sakiau, tuoj pat vėl išnyktų. Bet tai tik skaičiavimai. Ar galima pasitikėti vien skaičiavimais? Geriau patikrinti tai eksperimentiškai, o šioje situacijoje realus pavyzdys matomas Visatoje.
Turiu pridurti, deja, mes juodosios skylės nesukūrėme, bet šis atradimas būtų buvęs revoliucinis.
– Kosmose matomos juodosios skylės tikrai gali kelti nerimą, nes yra labai pavojingos. Ar manote, kad yra riba, kurios mokslininkai neturėtų peržengti, nes jų tyrimų pasekmės gali būti pernelyg pragaištingos?
– Manau, kad yra dviejų rūšių ribos. Viena yra ta, kurią jūs paminėjote. Aš asmeniškai manau, kad labai svarbu, jog šią ribą būtų galima patikrinti ne tik teoriškai, bet ir eksperimentiškai, kad turėtumėme įrodymų, jog tai, ką darome, Visatoje jau vyko daugybę kartų be jokių pasekmių. Taigi man tai geriausias įrodomasis eksperimentas.
Tai viena linija. Antroji riba yra etika. Tai ne tiek fizikos, kiek kitų mokslo sričių, pavyzdžiui, biologijos, klausimas.Taip pat tai klausimas visai žmonijai.
– Sakoma, kad Higso bozonas dėl savo išskirtinių savybių ir charakteristikų gali būti unikalus portalas tamsiosios materijos požymiams rasti (tamsioji materija – hipotetinė nežinomos sudėties medžiaga, kuri, mokslininkų manymu, sudaro didžiąją dalį mūsų Visatos, – aut. past.). Šiais metais minime Higso bozono atradimo dešimtmetį – kur dabar esame tamsiosios materijos paieškose ir tyrimuose?
– Tikrai nepadarėme žingsnio atgal. Higso bozonas gali būti portalas į tamsiąją materiją. Tad kyla klausimas: kaip galėtume interpretuoti kai kurias Higso bozono savybes kaip tamsiosios medžiagos požymį?
Kaip jau minėjau, Higso bozonas yra atsakingas už masės suteikimą elementariosioms dalelėms. Dabar turime nemažai elementariųjų dalelių ir visos jos yra skirtingos masės. Taigi kaip šis bozonas suteikia skirtingoms dalelėms skirtingą masę?
Visada mėgau sakau, kad Higso bozonas „kalbasi“ su kitomis dalelėmis. Taigi visos dalelės yra dideliame kambaryje, Higso bozonas ateina ir „kalbasi“ su jomis. Jei jis tave ignoruoja – tavo masė lygi 0. Jei jis šiek tiek „kalbasi“ su kažkuo – tas kažkas įgyja šiek tiek masės. O jei jis ilgai „kalbasi“, tas kažkas įgauna didžiulę masę.
Taigi priklausomai nuo to, kaip Higso bozonas sąveikauja su šiomis dalelėmis, šios skirtingos dalelės įgyja skirtingą masę. Ką reikia padaryti, tai tiksliai išmatuoti, kiek ir kaip Higso bozonas kalbasi su dalelėmis, kad suteiktumėte joms masę ir galėtume ją apskaičiuoti. Tada galėsite apskaičiuoti, kaip dažnai jie sąveikauja tarpusavyje ir t. t.
Jei dalelė būtų tamsioji materija, tikėtumėmės, kad Higso bozonas taip pat „kalbėtusi“ su ja. Jei jis sąveikauja su tamsiosios materijos dalele, jis turi mažiau laiko sąveikauti su kitomis dalelėmis, vadinasi, kai matuojate sąveikos laiką, jis skiriasi nuo to, kokio tikėtumėmės.
Todėl turime kuo tiksliau išmatuoti šį Higso bozono „kalbėjimo“ su įprastomis mums žinomomis dalelėmis laiką. Ir kai jis nukrypsta nuo lūkesčių, tada tai gali būti užuomina į tamsiosios medžiagos daleles.
Šiuo metu nenuspėjama, kada pamatysime nukrypimą ir skirtumą nuo to, ko tikimės. Todėl susidūrimų dažnis – duomenų, kuriuos per sekundę priimate LHC, skaičius – pastaraisiais metais buvo padidintas, dabar jų priimama daugiau per sekundę.
Po kelerių metų jis bus padidintas dar vieną kartą, kad būtų galima gauti vis daugiau statistinių duomenų, matavimai taps tikslesni.
Taigi, ką šiuo metu reikia daryti, tai būti kantriems ir atlikti kuo tikslesnius matavimus.
– Kalbant apie mokslinius tyrimus – naujasis dalelių greitintuvas, Ateities žiedinis kolaideris (angl. Future Circular Colider) turėtų pakeisti LHC ateityje. Ar galime tai laikyti nauju fizikos tyrimų etapu? Kokių atradimų galime tikėtis – ar tai galėtų paspartinti tamsiosios medžiagos paieškas?
– Būsimasis žiedinis greitintuvas galėtų būti kitas žingsnis ir, manau, kad po kelerių metų turi būti aišku, ar jį įmanoma padaryti technologiškai. Taip pat ar galima šiam projektui rasti lėšų.
Tačiau galima įsivaizduoti ir kitokio tipo greitintuvo statybą. Tokie dalelių greitintuvai kaip LHC, veikiantys su protonais, yra labai paplitę. Galėtumėte pastatyti tiesinį greitintuvą, skirtą elektronams.
Taigi, jei turėtume tiesinį greitintuvą, skirtą elektronams, į viską žiūrėtume kitu kampu. Kartu šie greitintuvai duoda daug geresnį vaizdą – tarsi hologramą. Arba galima sakyti, kad matytume dviem skirtingomis akimis.
– Be tamsiosios materijos, mokslininkai taip pat ieško ir kitokių, dar neatrastų dalelių, tačiau pastaruoju metu aplinkoje tvyro daug skepticizmo, jog atrasti kažko naujo nebepavyks. Kokios prognozės realiausios, ką galime tikėtis atrasti?
– Manau, kad atsakymas yra paprastas – šiuo metu mes nežinome.
Yra viena teorija, kuri dar nėra visai atmesta ir kurios apsireiškimo laukėme. Tai vadinamoji supersimetrija. Kiekvienai mums žinomai įprastai dalelei turėtų būti vadinamoji supersimetrinė partnerė.
Teorija primena laikus, kai žinojome įprastines daleles, bet nežinojome apie antidalelių egzistavimą (kiekviena mums dabar žinoma dalelė turi savo antidalelę, – aut. past.). Tuo metu atradę pirmąją antidalelę iškart galėjome padvigubinti mums žinomų dalelių skaičių, nes kiekviena dalelė turi sau antidalelę. Tai mūsų pažinimui leido judėti tolyn ir tapo dideliu mikrokosmoso supratimo proveržiu.
Panašiai tikėjomės, kad egzistuoja kokios nors supersimetrinės dalelės, nes jos iš karto būtų geros kandidatės į tamsiąją materiją, nes išliktų nesuirusios.
Vis dar yra vilties rasti kokią nors supersimetriją, tačiau šiuo metu neturime jokių požymių.
Problema yra, kad jei kažko nerasime, negalėsime nieko atmesti. Plačioji visuomenė sakytų – o, jie nieko neranda. Bet jei nieko nerandame, mes galime apriboti gamtos supratimą vis mažesnėje srityje.
Fundamentalusis mokslas reiškia, kad pažangą supratime darome arba rasdami, arba atmesdami. Bet mes nežinome, kada kažką atrasime, kada kažką teks atmesti.
– Kalbant apie mokslinius tyrimus ir mokslą šiuo metu, kas jus žavi labiausiai?
– Tarptautinio bendradarbiavimo mokslo srityje aspektas. Dabar mes turime daug daugiau nei vien mokslą – mokslininkai mokosi dirbti kartu su kitais, bendradarbiauti, nes vienam visko padaryti neįmanoma.
Tuo pačiu metu mokslininkai ir konkuruoja tarpusavyje, ir turi bendrą supratimą, bendrą tikslą, tad yra vystoma ir pagarba. Skirtingų kultūrų atžvilgiu moksle visi yra lygūs ir tai naudinga ne vien akademinei bendruomenei.
Taigi, mano galva, žmogiškuoju požiūriu tai yra labai įdomus mokslo aspektas. Tai, kad nebesėdime savo mažuose kabinetuose, o dirbame kartu.
Iš mokslo tyrimų atsiranda naujos technologijos, kurias galima taikyti moksle, o dėl jų taikomasis mokslas tobulėja ir išranda dar daugiau technologijų.
Moksliniu požiūriu šiuo metu yra daug dalykų, kurie labai įdomūs. Pavyzdžiui, gravitacinės bangos, jos labai žavi. Tai dar vienas įdomus aspektas – nuo tada, kai Albertas Einšteinas jas numatė, prireikė dar 100 metų, kad jas atrastume. Higso bozonui prireikė 48-erių. Kodėl? Dėl technologinės pažangos.
Tai iš tiesų yra tarsi teigiamas ratas – iš mokslo tyrimų atsiranda naujos technologijos, kurias galima taikyti moksle, o dėl jų taikomasis mokslas tobulėja ir išranda dar daugiau technologijų.
Iš technologijų plėtros aš tikiuosi, kad kai kurios ligos dėl naujų technologijų bus išnaikintos arba taps geriau suvaldomos.
– CERN yra viena didžiausių pasaulyje didžiųjų mokslo institucijų, kurioje dirba mokslininkai iš viso pasaulio. Kaip manote, ar tarptautinės mokslo organizacijos turėtų reaguoti į tarpvalstybinius konfliktus, pavyzdžiui, Rusijos pradėtą karą Ukrainoje?
– A priori mokslas turėtų būti nepriklausomas nuo visų kultūrinių skirtumų, kas yra beveik neįmanoma sudėtingose situacijose.
Grįžtant į Šaltojo karo laikus – CERN egzistavo vienoje geležinės uždangos pusėje, o kitoje, rytinėje pusėje, veikė panaši institucija – Jungtinis branduolinių tyrimų institutas (JINR), kuris buvo tam tikra prasme CERN atkartojimas
Ir šie du institutai padarė duris geležinėje uždangoje, pro kurias žmonės galėjo bendrauti. Iš to galima pasimokyti: individualiai turime palaikyti santykius nepriklausomai nuo pilietybės, nepriklausomai nuo to, ar esame šalis A, ar šalis B.
Tai labiau problemiška su instituciniais ryšiais. Institucijos turi reaguoti, bet aš manau, kad turi būti išlaikytos atviros durys individams, nes yra laikas po konflikto, kai norima tęsti normalų mokslinį gyvenimą.
Tarptautinės institucijos turėtų ir toliau dirbti kartu. Tačiau tiesioginiai instituciniai santykiai su kai kuriomis konflikte dalyvaujančiomis šalimis turi būti labai atidžiai išnagrinėti ir greičiausiai laikinai nutraukti, sustabdyti.
Tai padaryti nėra lengva, bet svarbiausia man, kartojuosi, yra išlaikyti individualius tiesioginius santykius.
– Praėjo 7 metai nuo jūsų darbo CERN. Kaip pasikeitė jūsų gyvenimas, į ką savo dėmesį koncentruojate šiuo metu?
– Neturiu vienos krypties, kur telkiu visą dėmesį – turiu keletą mažų, skirtingų krypčių.
Žinoma, rengiu apžvalgas ir atsiliepimus, viską, ką patyrę mokslininkai veikia. Tačiau taip pat pirmininkauju Jordanijoje įsikūrusiai laboratorijai SESAME (angl. Synchrotron-Light for Experimental Science and Applications in the Middle East).Tai labai įdomi veikla. Vien tai, kokios šalys ten dalyvauja – Iranas, Izraelis, Palestina, Turkija, Kipras ir kt.
Kai kurios iš šių šalių yra mažiau išsivysčiusios mokslo srityje, kitos labai išsivysčiusios. Tai padaro įdomų mišinį, bet dar įdomiau, kad visa tai veikia, o šalys mokosi viena iš kitos.
