Kuo Higgso bozonas reikšmingas mokslui ir žmonijai?

Tai liepos 4-ąją paskelbė po Šveicarija įkurtoje didžiausios pasaulyje dalelių fizikos laboratorijoje CERN dirbantys mokslininkai. Anot jų, tikimybė, kad surastoji dalelė nėra Higgso bozonas – viena iš dviejų milijonų, ir šis skaičius nuolat auga CERN mokslininkų naudai.

„Kadangi parametrai nustatyti labai dideliu tikslumu, tai leidžia teigti, kad nauja dalelė atrasta. Higgso bozonas turi ne tik masę, kuri nustatyta, bet ir kitas savybes. Todėl reikia įsitikinti, ar tikrai tos savybės, kurias turi ši dalelė, atitinka tai, ką turi parodyti Higgso bozonas. Šiems rezultatams gauti reikia kelių mėnesių“, – aiškino Juozas Vaitkus, vienas žymiausių Lietuvos mokslininkų, fizikas, Vilniaus universiteto grupių CERN programų vadovas.

Taigi, atrodo, tik laiko klausimas, kada 83 metų Edinburgo universiteto profesorius Peteris Higgsas anūkams galės pasakoti, kad jo karjera nenuėjo veltui. Tiesa, nors kai kurie mokslo mylėtojai rėkia, kad ši žinia pakeis mūsų supratimą apie pasaulį, nei pats P. Higgsas, nei kiti mokslininkai po atradimo širdies smūgio negavo ir į tai reagavo džiaugsmingai, bet ramiai.

CERN dirbantis fizikas Sergejus Ganjouras sako, kad po liepos 4-osios fizikos terminai nesikeis, o Higgso bozono atradimas tik patvirtina dešimtmečiais puoselėtas teorijas.

„Tai didelis atradimas to, ko mes ir tikėjomės pastaruosius 50 metų. Vykdėme daug programų, eksperimentavome ir pagaliau pasiekėme tai, ko ir tikėjomės. Higgso bozono atradimas nėra kažkas tokio, kas pakeis mūsų mąstymą apie pasaulį. Tai tiesiog patvirtina, kad mūsų pasaulio supratimas yra teisingas“, – sakė jis.

Netiesioginės Higgso paieškos prasidėjo prieš tūkstančius metų

Taigi kuo svarbi toji stebuklinga mikrodalelė, dėl kurios pastatyta per 13 mlrd. litų kainavusi laboratorija? Internete pilna paaiškinimų, pradedant išsamiomis analizėmis, baigiant straipsniais, kurių pavadinimai – „Higgso bozonas visiškiems dundukams“ ir panašūs.

Čia pasitelksime interneto tinklaraštininikės Faye Flam sukurto herojaus katino Higgso paaiškinimą. Jis pasakoja, kad netiesioginės bozono paieškos prasidėjo dar prieš beveik pustrečio tūkstančio metų. Graikų filosofas Demokritas manė, kad visata sudaryta iš materijos ir tuštumos, o materiją sudaro dalelės – atomai. Šiai idėjai Demokritas davė pavadinimą – atomizmas.

Tiesa, vėlesni filosofai to nelaikė vertu dėmesio dalyku, ir atomų paieškos atgijo tik XVIII amžiuje, dėl eksperimentinio mokslo. Buvo suprasta, kad viskas – pradedant žvaigždėmis, baigiant žmogumi – susideda iš trijų tipų dalelių – protonų, neutronų ir elektronų. Vėliau paaiškėjo, kad neutronuose ir protonuose yra dar smulkesnių dalelių, pavadintų kvarkais.

Metams bėgant, mokslininkai atrado vis daugiau įvairiausių elementų, kurie yra visatoje. 1970 metais mokslininkai sutaria dėl vadinamojo Standartinio visatos modelio – savotiškos mozaikos, panašios į cheminę elementų lentelę. Tik čia buvo surašytos mikrodalelės, sudarančios visatą. Mokslininkų manymu, jų turėjo būti 17. Kelios dalelės dar nebuvo oficialiai atrastos, tačiau jau turėjo pavadinimus ir buvo spėjama, kad jos egzistuoja. Ir iš tiesų, vėliau atrandami vadinamieji W ir Z bozonai, tai pat aukščiausiasis kvarkas. Ir štai atėjo paskutiniosios mozaikos dalies – mokslininko P. Higgso garbei pavadintos dalelės – bozono – eilė.

Be Higgso bozono nebūtų ir mūsų

Jis mokslo istorijai svarbus ne tik todėl, kad patvirtina fizikų teorijas, bet ir tuo, kad be jo šiandien mūsų nebūtų.

Prieš keliolika milijardų metų, sąveikaudami su kitomis dalelėmis, Higgso bozonai suteikė joms masę. Ką tai reiškia? Ogi tai, kad be to nebūtų susidariusios žvaigždės, planetos, nebūtų atsiradusi ir gyvybė. Kaip teigia CERN mokslininkai, dalelės, iš kurių sudaryta visata, būtų likusios tarsi „sriuba“.

„Šiuo atveju Higgso teorija yra patraukliausia, pati paprasčiausia, siekiant paaiškinti, kodėl kūnai turi masę. Galbūt gamta galėjo pasirinkti ir sudėtingesnį modelį, ne tik pasiūlytą profesoriaus P. Higgso, bet yra ir kitos teorijos, kurios galėtų tai paaiškinti. Taip kad gamta būtų pasirinkusi kitą teoriją, ir masė vis tiek egzistuotų, nes tai yra eksperimentinis faktas. O jeigu būtų pripažinta, kad masės, kaip tokios, iš viso nėra, tai tada nebūtų ir kam svarstyti šios problemos, nes vargu ar galėtų susiformuoti kokie nors kitokie materijos gniužulai“, – tikino fizikas J. Vaitkus.

Kaip Higgso bozonas atrastas? Tam mokslininkai pasitelkė didžiausią visų laikų mokslinę laboratoriją – CERN, dėl kurios įsteigimo 1954-aisiais pasirašė 20 Europos valstybių. Šiandien čia dirba per 4 tūkst. darbuotojų, taip pat per 10 tūkst. vizituojančių mokslininkų iš 600 universitetų.

CERN įkurtas po Šveicarija, tačiau specialus nutiestas 26 kilometrų požeminis bandymų žiedas siekia ir Prancūzijos teritoriją. Gigantiškuose įrenginiuose, prilygstančiuose penkiaaukščiams namams, atliekami įvairūs eksperimentai. Svarbiausias iš jų– Higgso bozono – dalėlės, kuri, kaip manoma, buvusi dar visatos kūdikystėje – paieškos.

Kaip viskas prasidėjo? Moksle šiuo metu palankiausiai vertinama Didžiojo sprogimo teorija, kurią 1927 metais pirmasis pasiūlė Belgijos kunigas, astronomas  Georges Lemaitre`as. Anot jo, visata susikūrė iš vieno taško, po „pirminio atomo“ sprogimo. Vėliau per kelias sekundės dalis susidarė mikrodalelės, žvaigždės, planetos ir visa kita, ką matome šiandien. 

Taigi mokslininkams reikėjo atkartoti mažytę Didžiojo sprogimo kopiją, kad pamatytų, ar Higgso bozonas – pirminė dalelė – egzistuoja. Tam pasitelktas CERN esantis Didysis hadronų kolaideris (LHC), kitaip – dalelių greitintuvas. 26 kilometrų ilgio požeminiame vamzdyje protonai paleidžiami skrieti beveik šviesos greičiu – per 11 tūkst. kartų per sekundę. Skriedami iš priešingų pusių, protonai, lyg dideliu greičiu lekiantys automobiliai, susiduria ir sprogsta. Tikėtasi, kad iš šių sprogimų išlėks Higgso bozonai. Kiekvieną sekundę įvyksta 600 tokių susidūrimų.

Kai tai įvyksta, išskiriama šiluma, kuri šimtą tūkstančių kartų didesnė negu Saulės branduolyje esantis karštis. Tuo šis militaškelis tampa karščiausia vieta visoje visatoje. Išorinė speciali sistema, kurioje cirkuliuoja helis, palaiko -271 laipsnio šalčio temperatūrą. Taigi tai – ir šalčiausia vieta visatoje.

Visuomenės dėmesio savo darbui mokslininkai siekia ir skleisdami gandus

2008 metais, prieš startuojant greitintuvo veiklai, žiniasklaidoje pasipylė įspėjimų, kad atkartotų sprogimų metu gali susikurti juodoji skylė – kosminis darinys, kuris siurbia viską į save, netgi šviesą. Kitaip tariant, Žemės lauktų pasaulio pabaiga.

Tačiau fizikas J. Vaitkus tikina, kad tai tebuvo pačių mokslininkų paskleista „antis“ – tiesiog tam, kad žiniasklaida susidomėtų šiuo projektu, nes šiaip laboratorijose užsidarę fizikai mažai kam rūpi. Na, o Žemės įsiurbti kol kas niekas neketina.

„Dideli pasiekimai moksle ne visada akivaizdūs kaip tai, kas gali pakeisti žmonių gyvenimą. Tuo metu, kai buvo leidžiamas LHC, visus sujaudino tai, kad jame gali atsirasti juodoji skylė. Paaiškinta, kad ta juodoji skylė gali pakeisti visų gyvenimą, inicijuoti pasaulio pabaigą. Tokiu atveju visiems žmonėms tampa labai aktualu, ar ta pasaulio pabaiga tikrai artėja, todėl buvo milžiniškas visuomenės susidomėjimas. Tačiau kita vertus, kai Pietų Amerikoje esančioje Pierro Auger observatorijoje buvo atrastos dalelės, kurių energija milijonus kartų didesnė ir kurios bombarduoja Žemę,  ir kad tokios dalelės nesukuria jokių juodųjų skylių, nes priešingu atveju jau seniai Žemės nebebūtų buvę. Bet šis reikšmingas mokslo atradimas pasaulio beveik ir nebuvo pastebėtas. Tik keli didžiausi pasaulio dienraščiai tos vietovės nuotraukas pademonstravo“, – pasakojo mokslininkas.

Galima jau numatyti, kad darbas Šveicarijos požemiuose – sunkus ir reikalaujantis daug proto jėgų. Tai patvirtina CERN dirbantis fizikas S. Ganjouras.

„99,99 proc. mūsų laiko sudaro rutininis darbas – rašome kodus, analizuojame duomenis, tiksliname detektorių, taip pat bandome peržiūrėti jau žinomus procesus, kad įsitikintume savo atradimų tikslumu. Žmonės čia labai užimti, jie turi daug darbo. Žmonės dirba dieną naktį, bet jie gali išeiti ir pasivaikščioti, ilsėtis savaitgaliais su savo šeimomis. Žinoma, yra jaunų žmonių, kurie nori įsitvirtinti karjeroje, taigi dirba dieną naktį. Taip pat ir garbaus amžiaus fizikai dirba tiek pat. Reiktų žinoti, kad liepos 4-osios įvykis nutiko kartą per 50 pastarųjų metų moksle, tad suprantama, kad tiek daug žmonių paskyrė savo laiką sunkiam darbui“, – kalbėjo jis.

„Vyksta ir tam tikros mokslininkų kolektyvų tarpusavio varžybos. Yra tam tikra priežiūros komanda, kuri prižiūri, kad neatsirastų grynai sportinis interesas, kai kas nors išdrįstų paskelbti nepakankamai patikrintus duomenis. Kita vertus, tai reiškia, kad vis tiek visi nori būti pirmieji, ir tai reiškia, kad darbas vyksta tikrai labai intensyviai. O šiaip pačiame CERN yra pakankamai didelė ramybė, išskyrus valgyklas, kurios kartu tarnauja ir kaip susitikimo vietos. Jeigu kam nors ką nors reikia aptarti, tai visame CERN yra du taip vadinami CERN restoranai, kuriuose ir pavalgoma, ir surandama laiko laisvalaikiui, dažniausiai – įvairioms diskusijoms“, – pasakojo fizikas J. Vaitkus.

Higgsterija užsikrėtė ne visi

Tiesa, ne visi mokslininkai palaiko Standartinio modelio ar Didžiojo sprogimo idėjas. Taip pat ir ne visi plojo, pasklidus žiniai apie atrastą Higgso bozoną. Štai Izraelio fizikas, profesorius Eliyahu Comay, kuris įkūrė internetinį tinklaraštį „No Higgs“, teigia, kad pasaulio mokslo elitas klysta.

„Mano argumentas yra tas, kad tiksli teorinės fizikos idėja negali būti paremta matematinėmis struktūromis. Taigi aš įrodau, kad Higgso bozonas ir yra jomis paremtas. Mano įrodymai buvo publikuoti žurnale „Progress in Physics“. Iki šiandien šį mano straipsnį yra atsisiuntę daugiau kaip tūkstantis žmonių ir nė vienas iš jų man neatsiuntė neigiamų atsiliepimų. Tad manau, kad mano tyrimas tikslus“, – kalbėjo jis.

„Toji atrasta dalelė – ne Higgso bozonas, o kažkas kitas. Yra dalelės, vadinamos kvarkais, jų yra šešios rūšys. Kiekvienas kvarkas turi savo antidalelę. Tad jei vadinamasis aukščiausiasis kvarkas susiduria su savo antidalele, jie sudaro sistemą, vadinamą bozonu. Manau, kad tai ir buvo atrasta“, – pridūrė fizikos profesorius iš Izraelio.

E. Comay teigia, kad mokslininkai kol kas nekreipia dėmesio į jo išdėstytas pastabas ir nėra linkę diskutuoti.

„Jie su manimi nekontaktuoja, nenori diskutuoti. Aš vis dar to laukiu. Žinote, mokslas – tai objektyvus tikslumas. Anksčiau ar vėliau bus atsižvelgta į teisingus mokslinius metodus, ir aš įsitikinęs, kad neklystu“, – sakė jis.

S. Ganjouras atsako, kad, be abejo, šimtaprocentinio patvirtinimo, kad atrastoji dalelė – Higgso bozonas, nėra. Galutiniai rezultatai turėtų būti paskelbti šių metų gruodį. Tačiau rimtesnių abejonių dėl pasiekimų nekyla.

Neįmintų visatos paslapčių – vis dar daugybė

Nors ir atradus Higgso bozoną, mokslininkai dar turi ko klausti ir ką tyrinėti. Viena iš didžiausių paslapčių – tai vadinamoji tamsioji medžiaga, kurios pilna visatoje, tačiau kol kas turimomis priemonėmis neįmanoma įžiūrėti, kas ją sudaro. Dar vienas svarbus klausimas – kodėl po Didžiojo sprogimo materija nugalėjo antimateriją.

Žinoma, daugeliui iš mūsų gali kilti klausimas – visiems šiems pasvarstymams skiriama šitiek pinigų, tačiau kokia viso to praktinė nauda? Ar gyvensiu geriau ir laimingiau dėl to, kad žinosiu, jog visatoje plaukioja vienos dalelės ar kitos?

J. Vaitkus atsako, kad nauda – itin didelė. Beieškant „dieviškosios dalelės“ atrastos technologijos, kurios praverčia buityje, medicinoje, taip pat be šio projekto neturėtume interneto.

„Kartais tą naudą, kurią duoda tokie eksperimentai, sunku numatyti. Pavyzdžiui, kada CERN reikalams prisireikė iš vieno kompiuterio į kitą perdavinėti didelius duomenų masyvus, prieita išvados, kad ta pati programinė įranga, kuria jie perdavinėja duomenis iš vieno kompiuterio į kitą, gali būti pervedinėjami ir į kompiuterius, esančius kituose žemynuose. Tokiu būdu viešai paskelbus šią programinę įrangą, atsirado internetas“, – pasakoja fizikas.

„Kitas pavyzdys iš tokių fundamentinių tyrimų: kai radijo astronomai tyrinėjo vandeninio pasiskirstymą mūsų galaktikoje ir kitose galaktikose, reikėjo sukurti sudėtingą mikrobangų sistemą. Kada ta programinė įranga, kuri valdė radijo teleskopus, buvo perdėta į vieną mikroschemą, ta mikroschema, įdėta į visus nešiojamus kompiuterius, staiga padarė taip, kad norint prisijungti prie interneto nebereikia laidų. Taigi tai, kas vadinam „Wi-Fi“ technologija, atsidaro pakeliui, kuriant mokslinius prietaisus“, – aiškino J. Vaitkus.

Pastarųjų metų atradimai mokslininkams ir visuomenei sukelia mintis apie „pradžių pradžią“. Vieniems, pagalvojus apie, atrodo, protu neaprėpiamą laiką, nugara bėga šiurpuliukai. Kiti stebisi, kaip gamta viską tvarkingai sudėstė ir leido atsirasti tokiai būtybei kaip žmogus. Dar kiti tvirtina, kad tai galėjo sukurti tik protinga Aukščiausioji Būtybė. Kaip ir kaip būtų, sutinkama dėl vieno – kad klausimų ir mįslių užteks dar keliems milijonams metų.