TEMA BROJA - ELEMENTARNE ČESTICE
Pripremio: Miloslav Rajković
Standardni model čestica na kome se temelji savremena fizika - na pragu velikog trijumfa
Dragulj koji je nedostajao
Na posebnom seminaru u Evropskom centru za nuklearna istraživanja (CERN) kraj Ženeve, četvrtog jula ove godine, saopšteno je da su naučnici dva velika eksperimenta, ATLAS i CMS, na svojim detektorima u Velikom hadronskom razbijaču (LHC) u potrazi za Higsovim bozonom otkrili novu česticu. Generalni direktor Rolf-Diter Hojer (Dieter Heuer) je potvrdio da je otkrivena čestica bozon ali ne i da je reč o dosad neuhvatljivom higsu ili zvanoj“Božjoj čestici”. Higsov bozon je ključni element Standardnog modela , teorije koja objašnjava fundamentalnu strukturu materije. Seminar su direktno pratili i učesnici Međunarodne konferencije o fizici visokih energija ( International Conference in High Energy Physics ) u Melburnu, najznačajnijeg naučnog skupa u fizici elementarnih čestica koji se održava svake druge godine.
 Higsovo bozon je elementarna čestica, kojom se prema Standardnom modelu objašnjava masa drugih čestica i odgovara na pitanje zašto neke od njih imaju masu a druge ne. Tvorci ove teorije, koja eksperimentalno nije dokazana, su britanski fizičar Piter Higs (Higgs), sa Univerziteta u Edinburgu, i nezavisno od njega dvojica belgijskih naučnika Rober Brut (Robert Brout) i Fransoa Angler (Francois Englert), 1964. Najnovije otkriće je nagoveštaj da bi mogla biti potvrđena. Higs (83) i Angler (79) su prisustvovali prezentaciji preliminarnih rezultata u CERN-u i njen kraj dočekali sa suzama u očima.
- Obe kolaboracije su objavile da vide jasan signal nove čestice na nivou poverenja od 5 sigma (5 standardnih devijacija) na masi oko 126 GeV (giga elektron volti) Pojam nivo poverenja se odnosi na ono što se zove statistički značaj signala, odnosno kolika je verovatnoća da je opservirani signal zapravo samo fluktuacija, a ne posledica stvarnog fizičkog fenomena. Pet standardnih devijacija odgovara verovatnoći 1 prema više od 3 miliona da smo se prevarili u zaključku da smo otkrili novu česticu. Možemo reći da je to jedno od najznačajnijih otkrića u fizici u poslednjih trideset godina”, – kažu dr Nenad Vranješ i dr Marija Vranješ Miloslavljević, članovi ATLAS tima Instituta za fiziku u ovom velikom naučnom pduhvatu .
„Otkriveni bozon je veoma suštinska stvar. on nije kao druge čestice. Dosegli smo do tkiva koje čini univerzum, do nivoa do koga nikada nismo stigli. Ovo je ključ za objašnjenje strukture svemira”, rekao je Džo Inkandela, portparol CMS eksperimenta. Otkriće Higsovog bozona nam daje uvid u tačnost Standardnog modela i mogućnost da znamo gde da nastavimo pretragu. Dokaz o njegovom postojanju potvrdiće jedan od ključnih principa važeće teorije u savremenoj fizici koja objašnjava da se sve u svemiru sastoji od 12 osnovnih čestica i njihovih antičestica.
Intelektualno dostignuće
Zvanično saopštenje o otkriću bozona bila je vest dana širom planete, iako su nekii zapadni mediji ovu strogo poverljivu informaciju već ranije provalili. Za neke učesnike eksperimenta ono je bilo (ne)očekivano, pa i šokantno, u ovoj fazi istraživanja. Ipak, svi su objavljivanje prvih rezultata dočekali u slavljeničkom raspoloženje ali ne i euforiji. Reč je o događaju koji bi mogao da izmeni svet, a svakako naša znanja o prirodi. Ili, kako misli Inkandela, da otvori „čitav novi svet otkrića“.
 |
Diter Hojer |
Naučnici veruju 99,99995 odsto da je otkrivena čestica zaista Higsov bozon. „S velikom sigurnošću mogu da kažem da je otkrivena čestica Higsov bozon, ne vidim šta drugo može da bude“, kaže dr Dragan Popović, naučni savetnik Instituta za fiziku i vođa srpskog tima na ATLAS eksperimentu. „Intimno svi verujemo da se radi o Higsovom bozonu. I ako bi se pokazalo da nije Higsov bozon, bilo bi to veliko otkriće u fizici“, smatra njegov kolega prof. Petar Adžić, rukovodilac istraživačke grupe Instituta za nuklearne nauke (INN) „Vinča“ i Fizički fakulteta u Beogradu na CMS detektoru. “ Dosegli smo ključnu tačku u našem pokušaju da razumemo prirodne zakone”, bio je nešto eksplicitniji pred novinarima Diter Hojer. “Higsov bozon zaista postoji!!! I nisam sigurna da možete da zamislite kolika je to radost bila onoga trenutka kada su shvatili da je to što dobijaju u svojim analizama podataka zaista ta jedna čestica koja je nedostajala”, s neskrivenom ushićenjem piše na svom blogu mlada Elvira Đurđić, stručni saradnik Departmana za fiziku PMF u Novom Sadu. Profesor Ivan Ančin (Fizički fakultet), međutim, smatra da u ovom trenutku “treba biti oprezan u davanju finalnih zaključaka” i sačekati rezultate analiza “dodatnih podataka” do kraja godine. I profesor Aničin veruje da će oni potvrditi da je reč o poslednjoj čestici Standardnog modela koja je najduže izmicala poteri.
Ko je Piter Higs
Rođen je u Njukaslu 1929, odrastao u Bristolu. U gimnaziji se isticao darom za matematiku. Teorijsku fiziku je studirao na Kings koledžu u Lonodnu. Kao profesor fizike na Univerzitetu u Edinburgu , 1964, napisao je rad koji mu je več u dubokoj penziji doneo slavu naučne superzvezde. Časopis Physic Letters je taj rad prvo odbio da štampa ali je on nešto kasnije ipak objavljen. Do ovog velikog otkrića došao je samo uz pomoć papira i olovke. Važi za skormnog čoveka, nema ni kompjuter ni moblini telefon. Živi u svom stanu u edinburškoj četvrti Nju taun |
Sam Piter Higs je, vidno uzbuđen, rekao: “To me it's really incredible thing that it's happened in my lifetime!” dodavši da će smesta javiti porodici da “rashladi šampanjac”. U tom trenutku gospodin Higs nije zaboravio još petoricu naučnika koji su, nezavisno od njega, doprineli stvaranju mehanizma kojim se objašnjava kako je prvobitna simetrija ranog univerzuma narušena i kako čestice dobijaju masu. To su, pored Anglera i Bruta, koji je preminuo prošle godine, Amerikanci Džerald Guralnik i Karl Ričard Hagen (C. R. Hagen), Britanac Tom Kibl (Kibble).
“Dirljivo je što Piter Higs nikada ne zaboravlja doprinos ostalih kolega i uvek to ističe”, prenose nam iz CERN-a “atlasovci” Nenad Vranješ i Marija Vranješ Milosavljević, koja je od početka u timu Instituta za fiziku.
Ovi mladi naučnici vele da je rezultat objavljen 4. jula “konzistentan sa rezultatima iz decembra 2011, kada je objavljeno da postoji signal oko 126 GeV, ali on tada nije bio dovoljno statistčki značajan da bi se bilo šta nedvosmisleno moglo zaključiti. Higsov bozon je nestabilna čestica koja živi veoma mali deo sekunde, gotovo trenutno se raspada na druge čestice. To znači da se Higsov bozon može otkriti samo na osnovu detektovanja i merenja njegovih produkata raspada”.
Prema teoriji, higs se raspada na različite kombinacije čestica (takozvanih kanala raspada). U ovoj fazi, naučnici na ATLAS eksperimentu su se bili koncentrisali na dva komplementarna kanala raspada: raspad Higsa na dva fotona, i raspad na četiri leptona (4 miona, 4 elektrona ili 2 elektrona plus 2 miona). Signal je opažen u oba kanala na masi od oko 126 GeV i statistički značaj od 5 standardnih devijacija je dobijen kombinacijom rezultata iz oba ova kanala.
- Eksperiment CMS je svoju detaljnu analizu sproveo na pet kanala raspada, kod četiri je registrovan konzistentan višak događaja na oko 125 GeV. Dva kanala raspada Higs bozona: na dva fotona (Ha??) i četiri leptona (Ha4 l ) su istovremeno najosetljivija i kad se kombinuju daju masu registrovane čestice od 125.3 ± 0.4 GeV sa statističkim značajem vrlo blizu 5-sigma, što se smatra otkrićem - kaže dr Adžić. - Do kraja godine se očekuje dvostruko veća količina događaja nego do sada, pa će naučnici tačno moći da kažu o kakvom je bozonu reč. Na ovim energijama nikada ranije nisu vršena ispitivanja i u koliko se potvrdi da je nova čestica Higsov bozon imaćemo potpuni trijumf Standardnog modela.
Neko je već napisao da ovo “veliko eksperimentalno dostignuće u najvećoj i najjačoj mašini koju je čovek ikada napravio, označava deleko značajniji naučni, filozofski i intelektualni trijumf – takav koji uokviruje ljudsku istoriju od samo početka civilizacije”.
Predvideo otkriće
Zanimljivo je spomenuti da je naš Nenad Vranješ prošlog juna, kada su naučnici u CERN-u prvi put “uhvatili” antimateriju (atome antivodonika) u stabilnom stanju (u trajanju od 1000 sekundi), s obzirom na tada ostvareni intenzitet protonskih snopova i količinu sakupljenih podataka, rekao za naš magazin da “otkriće Higsovog bozona postaje moguće” u 2012. On je tom prilikom naglasio: ukoliko je “higs veoma lak” (mase oko 120 GeV), za njegovo otkriće potrebno je deset puta više podataka (“bar desetina inverznih femtobarna”) od količine kojom su tada raspolagali. I precizirao da “intenzitet snopa obećava da bi laki Higsov bozon mogao biti otkriven naredne godine na ATLAS detektoru, ili u kombinaciji podataka sa ATLAS i CMS detektora” (Planeta 47, 26). To se tako (!) i dogodilo, tačno godinu kasnije.
 |
Marija Vranješ Milosavljević i Nenad Vranješ |
I ATLAS i CMS detektor su krajem prošle gdine uočila povećanje događaja u obrađenim podacima. Ti podaci su bili takvog statističkog značaja da nije mogao da se donese konačan zaključak, ali su mogli biti definisani intervali u kojima Higsovog bozona, prema predviđanjima Standardnog modela, sigurno ne može biti, između 115 i 600 GeV, osim u uzanom proseku između 120 i 127 GeV. U CMS eksperimentu, na osnovu do tada sakupljenih podataka, isključili su postojanje Higs bozona u intervalu 110 – 121,5 GeV i 127 – 600 GeV sa nivoom poverenja od 95 odsto, ostavivši mogućnost da bude „uhvaćen“ u intervalu 121,5-127 GeV.
Da se u označenom intervalu broj događaja nije povećavao, što je bio siguran znak da nečega ima, fizičari su bili spremni na korekcije u fizičkoj teoriji iako bi, prema Standardnom modelu , to bila prva čestica koja nije nađena. „Standardni model se pokazao zaista savršenim do visokih energija koje se mogu postići na LHC. S obzirom da naučnici do sada nisu imali eksperimente na tako visokim energijama nije se isključivala mogućnost postojanja neke druge fizike u kojoj vladaju zakoni koje oni ne poznaju. Otuda oprez kada je reč o Higsovom bozonu“, objašnjava Petar Adžić.
Čestice
Era elementranih čestica počela je pre nešto više od jednog veka (Tomsonovim otkrićem elektrona), ali nejna preistorija seže do Demokritove ideje o nedeljivom atomu, koja je doživela mnogo promena. Sa razvojem akceleratora fizičari su otkrili mnoštvo čestica, više od 200, da je i Fermija od tog roja bolela glava. Ali fizičari su se potrudili da taj haos dovedu u red.
 U literature srećemo pojmove subatomske, elementarne, fundamentalne čestice. Pojmovi subatomske i elementarne čestice su u suštini ekvivalentni, mada je pojam subatomske čestice više istorijskog karaktera. Zato se obično govori o elementarnim ili u poslednje vreme samo o ‘česticama' (kursevi se na zapadnim univerzitetima zovu Particle physics ili još i Physics of elementary particles ), kaže fizičar čestica Nenad Vranješ .
Subatomske čestice su sve čestice manje od atoma bez obzira na njihovu složenost (ili elementarnost). Strogo uzveši ovaj termin nije ispravan jer neke subatomske čestice imaju masu veću od najtežih hemijskih elemenata. Elementarne čestice su subatomske čestice za koje se veruje da se ne mogu podeliti na manje. Neke su stabilne, druge nestabilne (transformišu se u druge čestice).
Fundamentalna čestica je najednostavniji i nedeljivi deo materije, bez oblika unutrašnje strukture, najosnovniji sastojak svega što nas okružuje. Jedna od osnovnih osobina svake čestice je spin – simetrija (kako čestica izgleda iz različitih pravaca). Prema spinu sve čestice se dele na fermione sa polovičnim (1/2) i bozone sa celobrojnim spinom (0, 1, 2…). Fermioni grade materiju, bozoni su prenosioci sile.
Fermioni obuhvataju dve grupe čestica – kvarkove i leptone. Svi fermioni su razvrstani u tri familije, i svaka sadrži po dva kvarka i dva leptona. Kvarkovi su čestice od kojih su izgradjeni protoni, neutroni i mnoge druge. Ima šest kvarkova, koliko i leptona. Imaju čudna imena – up (gornji), daown (donji), charm (začaran), strange (čudni), top (vrh), bottom (dno). Samo ime kvarka pozajmljeno je iz romana Džemsa Džojsa Fineganovo bdenje . Kvarkovi nikada nisu sami već se uvek javljaju s drugim kvarkovima. Teško ih je detektovati, uvek su u sastavu neke druge čestice. Sve što nas okružuje u prirodi izgrađeno je od kvarkova i leptona prve familije. Leptoni obuhvataju tri naelektrisane čestice – elektron, mion i tauon - i tri bez naelektrisanja koji se nazivaju neutrini – elektronski, mionski i tau neutrino. Svaki od ovih fermiona ima svoju antičesticu .
Prema Standardom modelu ceo kosmos je sastavljen od up i down kvarka jer su oni oblici kvarkova sa najmanjom masom i prema tome najmanjom energijom, tj. najstabilniji su. Svi ostali kvarkovi su dobijeni u akceleratorima čestica pri vrlo velikim energijama na vrlo male delove vremena. Pored spina i naelektrisanja kvarkovi, poseduju još jednu vrstu naboja – boju (ovde nema pravo značenje) i ima tri osnovne vrednosti a nalazi se u vezi s ajakom silom.
Kvarkovi grade veliki broj drugih čestica – hadrona. Hadroni od tri kvarka nazivaju se barioni, u koje spadaju dobro poznati proton (uud-kvarkovi) i neutron (udd). Mezoni su izgrađeni od jednog kvarka i jednog antikvarka.
Leptoni su elementarne čestice koje ne prave druge složene čestice ali učestvuju u važnim fizičkim procesima. Imaju spin 1/2, naelektrisanje 1c i osetljivi su na slabu silu . Naelektrisani leptoni su elektron, mion i tauon. Savkom od ovih leptona odgovara po jedan neutrino – lepton vrlo male mase i bez naelektrisanja – elektronski, mionski i tau-neutrino . Svaki lepton ima svoju antičesticu. Neutrini se javljaju u termonuklearnim reakcijama uz njihov odgovarajući lepton.
Bozoni su prenosioci sila. Gluon prenosi jaku silu, i odgovoran je za zalepljivanje kvrakova (gluon = lepak). Foton je medijant elektromagnetne sile (nema naelektrisanje i ima spin 1) a W + , W - , Z bozoni prenosnici slabe sile, su odgovorni za raspad većih čestica u manje. Sheldon Glashow, Abdus Salam I Steven Weinberg su 1979. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku jer su pokazali da elektromagnetna i slaba sila na visokim energijama postaju jedinstvena sila – nazvana elektroslaba. Higsov bozon je čestica, koja teoretski iz Higsovog polja (background svemirsko polje) šalje bozone svugde i u svim pravcima, i daje materiji masu.. To su čestice koje imaju vrlo veliku masu. Prenose interakciju između svake čestice koja ima naelektrisanje. Imaju veliku ulogu u radioaktivnom raspadu.
Sila gravitacije se ne uklapa u Standardni model i opisana je Opštom teorijom relativnosti. Najveći izazov za teorijsku fiziku je kako “pomiriti” relativnost i Standardni model. Graviton , nosilac sile gravitacije, nije eksperimentalno pronađen. |
- Odluka rukovodstva CERN-a da LHC podigne energiju za 0,5 TeV po snopu odnosno ukupno 8 GeV umesto sedam direktno je uticala na mogućnost produkcije Higsovog bozona, odnosno broj interakcija po jedinici vremena. Uz neverovatno funkcionisanje Hadronskog razbijača koje niko nije očekivao ni u najoptimističkijim snovima, plan za podatke u 2012. godini ispunjen je već u junu. Oba detektora , i CMS i ATLAS, su sa efikasnošću od skoro 94 odsto obradili ogromnu količinu podataka. Podaci su analizirani za različite kanale raspada Higsovog bozona prema predviđanjima Standardnog modela i njima su dodati podaci sakupljeni iz 2011. godine.
Konačni rezultati
- Imperisvna b rzina kojom su rezultati analizirani posledica je odličnog funkcionisanja LHC i ATLAS i CMS detektora i posvećenog rada velikog broja ljudi tokom dugog niza godina - slažu se i naši sagovornici iz CERN-a.
Rezultati objavljeni 4. jula bili su "preliminarni", pošto je rok za analiziranje podataka bio veoma kratak (poslednji podaci iz proton-proton sudara su sakupljeni svega desetak dana pre pomenutog seminara).
Konačni rezultati, prikazani na seminaru u CERN-u , uobličeni su u dva rada "Observation of a New Particle in the Search for the Standard Model Higgs Boson with the ATLAS Detector at the LHC " i Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC . Oba rada su poslata u Physics Letters B http://www.journals.elsevier.com/physics-letters-b/ , jedan od najprestižnijih svetskih casopisa za teorijsku i eksperimentalnu fiziku, fiziku visokih energija, nuklearnu i astrofiziku. Preprint rada ATLAS eksperimenta je javno dostupan (vid. http://arxiv.org/abs/arXiv:1207.721 ). “ Kuriozitet je da je uprava CERN-a odlučila da oba rada objavi Physics Letters B , časopis evropskog izdavača North-Holland (iz Elsevier grupe)”, primećuje Nenad Vranješ.
Higs i običan čovek
Kada se govori o otkriću higsa neminovno je pitanje koja je korist za obične ljude od potvrde teorije Standardnog modela ? Da bi konačno bio pronađen trebalo je izgraditi najveći akcelerator, čuda savremenog sveta, koji je koštao 8,3 milijarde švajcarskih franaka. - Čitav napor traganja za Higsovom čestico m, gradnja skupih eksperimentalnih postrojenja, Velikog hadronskog sudarača, velikih detoktera, ogromne računarske infrastrukture širom sveta u kojoj se skupljaju, čuvaju i obrađuju podaci, opravdan je time što je u pitanju veoma krupna stvar, kaže Šijački. U CERN-u radi oko 6000 naučnika iz celoga sveta, desetak hiljada inženjera, i sada smo na tragu nečega što je nedostajalo da naše razumevanje prirode bude poptuno.
Drugi motiv za programe kao što je ATLAS eksperiment, koji se može porediti sa svemirskim, veli, leži u tome da su to toliko izazovna naučna pitanja da ih je moguće razrešiti samo razvojem novih tehnologija i znanja u čitavom nizu ljudskih delatnosti od kojih čitavo društvo profitira čak i kada su ti fenomeni i otkrića sama po sebi daleko od neposredne primene. Svemirski program je doneo desetine hiljade patenata pretočenih u raznorazne uređaje koji su omogućili kvalitetniji život stanovništva.
Sva nova pitanja koja su fzičari postavili u CERN-u zahtevala su veliki prodor u tehnologiji, pre desetak godina nezamisliv, da bismo na njih odgovorili. Time smo dobili tolike blagodati da je nevažno pitanje da li će jednog dana Higsova čestica biti od neke neposredne koristi ili neće. Važno je istaći da je posredna korist vrhunskih naučnih poduhvata dovoljno velika da su opravdana dosadašnja ulaganja i možda ubuduće još većih sredstava. Živimo u civilizaciji baziranoj na znanju i ulaganje u znanje je nešto što ima neprocenjivi značaj za dobrobit društva i bolji život u svim sferama: energije, hrane, vode, zdravstva, medicine... |
U rad ATLAS grupe je pored rezultata traganja za Higsovim bozonom kroz njegove kanale raspada na dva fotona i dva Z bozona, prikazanih 4. jula, uključen i kanal raspada na dva W bozona. Konačni rezultat kolaboracije ATLAS pokazuje detekciju nove čestice sa statističkim značajem od skoro 6 (5,9) standardnih devijacija. Izmerena masa nove čestice je 126 GeV sa greškom od oko 0.5%. Produkcija i raspadi otkrivene čestice su konzistentni sa produkcijom i raspadima Higsovog bozona. Istovetan je slučaj i sa rezultatima CMS detektora.
- Reč je o važnom otkriću a koliki je pojedinačni doprinos svake zemlje učesnice, pa time i Srbije, ovom velikom trijumfu fizike teško je odvagati, kaže akademik Đorđe Šijački (ATLAS tim). - U svakom istraživačkom timu postoje istraživači koji igraju značajniju ulogu, oni koji su osmislili eksperiment i koji ga u određenim momentima vode, i oni čija je uloga nešto manje značajna, ali aktivnosti u CERN-u su po prirodi stvari kolektivnog karaktera a u jednoj kolektivnoj delatnosti nije lako istaći doprinos svakog tima i svakog pojedinca u timu. Najgrublje rečeno, doprinos naših naučnika je jednak doprinosu naučnika drugih 37 zemalja koje u ovome učestvuju samo što je Srbija mala zemlja i imamo mali tim.
U kom pravcu će se kretatiti istraživanja na najvećim detektorima u LHC posle otkrića nove čestice, pogotovo ako se potvrdi da je nova čestica Higsov bozon?
- Jedan od primarnih zadataka je da se izmere njene osobine sa što većom preciznošću - kaže dr Marija Vranješ Milosavljević. - Zašto je ovo potrebno? Standardni model , teorija koja predviđa postojanje Higosovog bozona, zapravo predviđa samo jednu njegovu osobinu, da je to bozon čiji spin ima vrednost nula. Sve ostale osobine, masu, vreme života i način i verovatnoće njegovih raspada na druge čestice, SM ne predviđa. Najtačnije rečeno, ne predviđa u potpunosti. Ono što SM predviđa je povezanost ovih osobina. Dakle, ako znate jednu od njh, npr., masu, možete predvideti ostale osobine. Iz tog razloga je sada potrebno izmeriti sve ove osobine istovremeno i proveriti da li su one konzistentne sa predviđanjem modela. Ukoliko nisu, onda će to biti siguran znak da je potrebno novo teorijsko proširenje aktuelnog modela”.
Da bi se dostigao ovaj cilj, odnosno da ATLAS eksperiment izmeri osobine nove čestice sa maksimalnom preciznoscu, biće potrebne godine rada i još veoma mnogo podataka. Prvi rezultati će biti poznati već krajem godine i zbog toga je CERN odlučio da se rad LHC u režimu proton-proton sudara nastavi do kraja ove godine. Profesor Šijački veruje da će se produžiti i prvih meseci 2013, kako bi bila prikupljena što veća količina podataka, koja ce omogućiti prva merenja osobina nove čestice.
Fizika posle Higsa
- I mi, i sve naše kolege u ATLAS eksperimentu, smo veoma uzbuđeni zbog otkrića nove čestice, ali smo istovremeno i veoma radoznali da vidimo kakve su njene osobine– kaže naučni i bračni par Vranješ. - Postoje i druga otvorena pitanja (ujedinjenje osnovnih sila u prirodi, postojanje tamne materije, priroda gravitacije) na koja Standardni model , niti ovo otkriće, ne mogu odgovoriti. Na neka od njih odgovori mogu biti dobijeni na LHC i u podacima koji će biti proizvedeni i analizirani na ATLAS detektoru.
Ruđer Bošković i fizika čestica
 |
Akademik Djordje Šijački |
Sa stanovišta istorije fizike i istorije nauke o prirodi slavni Ruđer Bošković u tri svoja „naučna uzleta“ stoji u neposrednoj korelaciji sa savremenom fizikom čestica
Razmišljajući o prirodi sila u svemiru, R. Bošković je uočio da pored gravitacije postoje i druge sile, koje nisu nezavisne, nego među njima postoji veza koju mi u različitim ravnima vidimo kao različite sile jedne jedinstvene sile. Na izvestan način to je slika koju i danas imamo, jer su naučnici u traganju za jedinstvenom slikom sveta. Bavio se i pitanjem fizičke realnosti čestica u prirodi i u tome dao doprinos na svetskom planu. U Boškovićevo vreme to je prvenstveno bilo filozofsko pitanje kome je on dao fizički sadržaj i koncept razumevanja kako i fizičari XX veka razumevaju čestice u prirodi. I na planu razumevanja fizičkih polja, koja su danas elementarna fizička realnost, išao je ispred svog vremena. Ona su nadilazila vreme u kome je živeo i stepen mogućnosti da se na njih odgovori, ali je samim razmišljanjem o njima trasirao razvoj nauke, kaže akademik Šijački. |
Mogli bismo se zapitati kakva je budućnost fizike posle otkrića nove čestice: da li je pred nama kraj fizike ili još jedno njeno uzbudljivo razdoblje, kakvo je bilo prethodno, nazvano vekom fizike, na čijem početku stoje tri epohalna Ajnštajnova rada? Časopis Physic Letters B može doživeti slavu 17. broja Annalen der Physik , u kome je tvorac teorije relativnosti štampao radove koji su izmenili naš pogled na prostor i vreme, godina 2012. može zaslužiti atribut čudotvorna kao i 1905?
- U teorijskoj fizici, posle otkrića higsa , već postoje indikacije kako ujediniti sve fundamentalne sile u jednu jedinstvenu silu. Ako se pokaže da je to pravi put, bez mnogo neravnina i krivudanja, onda bi to moglo da znači da se približavamo nekom kraju s gledišta fundamentalne fizike. Naravno, sa gledišta objašnjenja raznih drugih pojava u prirodi ne može biti nikakvog govora o kraju fizike. Lično, pre bih se kladio da će u narednih nekoliko godina doći do novih, dopunskih, otkrića u CERN-u za koja neće biti potrebna ni minimalna potvrda Stanardnog modela , jer će značiti nove frontove u sagledavanju strukture materije. To bi, naravno, dovelo i do novog zamaha fizike, odgovara na naše pitanje akademik Šijački.
Ukleta ili „Božja čestica“
Šta je Higsov bozon? Otkud naziv „Božja čestica“? „Higsov bozon ili Higsova čestica je ušla u teoriju pre više od četrdeset godina, ali je put da se eksperimentalno pronađe bio veoma težak. Između ostalog, zbog velike mase i prirode njenih interakcija sa ostalim česticama. Postala je element frustracije fizičara koji su decenijama bezuspešno tragali za njom, pa su je nazvali i 'ukleta čestica'(Godd ? mn particle)“, kaže akademik Đorđe Šijački. Nobelovac Leon M. Lederman je o njoj napisao knjigu s radnim naslovom Ukleta čestica , ali ga je izdavač, iz komercijalnih razloga, izmenio u : The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question ? (Božja čestica: Ako je univerzum odgovor, šta je pitanje). Sam autor veli: „Veoma je bitno za naše razumevanje strukture materije, koja je ipak tako neuhvatljiva, što sam joj nadenuo takav nadimak“ [It is] so crucial to our final understanding of the structure of matter, yet so elusive, that I have given it the nickname: the God particle ( Lederman and Tersi , 22)].”
Naslov Božja čestica nema nikakve veze sa osnovnom idejom koju bismo dobili kad kažemo 'ukleta čestica'. Međutim, ona je ušla u javnost kao „Božja čestica“, sa mogućom asocijacijom na neka ekstrasvojstva kojih ona nema. Njena uloga u prirodi je značajna ali ništa značajnija nego drugih čestica koje je predvideo Standardni model“ , objašnjava akademik Šijački .
Profesor Fizičkog fakulteta Petar Adžić smatra da je naziv „Božja čestica“ doprineo popularnosti Higsovog bozona.
-Tom p opularnom nazivu protivi se sam Piter Higs po kome je i dobila ime, kaže dr Nenad Vranješ. - Jer, premda je agnostik (iako su naše novine nekoliko puta navodile kao s e izjasnio da je ateist), Higs smatra da bi takav naziv bio uvredljiv za pobožne ljude“. |
Tomazo Dorigo, fizičar eksperimentalne fizike čestica, na CMS eksperimentu, piše da postoji plan operacija na LHC u narednih deset godina, a za to vreme “CMS i ATLAS moći će da sakupe stotine, ili čak hiljade inverznih femtobarna podataka. Možemo se samo pitati šta se sve može pojaviti pri analizi tolike količine podataka”.
Aternativne teorije govore o više bozona i ne isključuju mogućnost da oni postoje na višim energijama. Supersimetrična teorija, npr., predviđa postojanje pet Higsovih bozona. Zaista, kaže prof. PetarAdžić, ako sledimo put koji je teorijom gravitacije započeo Njutn u XVIII veku, Ajnštajn nastavio relativističkom i teorijom gravitacije u dvadesetom, videćemo da nijedna od tih teorija ne daje odgovor na pitanje šta je masa, zašto neke čestice imaju a druge nemaju masu. U poslednje vreme fizičari teoretičari ulažu velike napore da postave teoriju koja će uzeti u obzir i gravitaciono međudelovanje fundamentalnih čestica, koja bi ujedinila sve interakcije u prirodi. Najbolji kandidat za ujedinjenu teoriju je teorija super struna.
U tom smislu i akademik Đ. Šijački poziva mlade talentovane srednjoškolce da studiraju fiziku i okrenu se „izazovima otkrića koja nas u ovoj oblasti očekuju u neposrednoj budućnosti". Jedan od tih izazova svakako je odnos gravitacije i ostalih fundamentalnih interakcija. Ali i pitanja narušenja simetrije između „levih i desnih“ komponenti čestica, CPT simetrije (koja je proizvela dominaciju materije nad antimaterijom) , familija čestica (zašto postoje tri familije čestica a ne jedna), veze kvarkova i leptona, „tamne materije“...
- Sva ova otvorena pitanja savremene fizike , uveren je naš vodeći teoretičar u fizici elementarnih čestica, moguće je sagledati i odgonetnuti kroz eksperimente u Velikom hadronskom sudaraču, koji će posle rekonstrukcije, zamene istrošenih sistema i poboljšanja performansi, raditi na duplo višim energijama nego do sada.
Miloslav Rajković
Napomena: Zbog dužine teksta nisu objavljeni svi prilozi koji se nalaze u štampanom izdanju
|
