Na dvou samostatných červencových konferencích částicoví fyzici oznámili některé provokující zprávy o Higgsově bosonu, a přestože Higgsův boson dosud nebyl nalezen, fyzici pokračují v nulování nepolapitelné částice. Universe Today měla možnost hovořit s profesorem Brianem Coxem o těchto nejnovějších zjištěních a říká, že během šesti až dvanácti měsíců by fyzici měli být schopni učinit definitivní prohlášení o existenci Higgsovy částice. Cox je vedoucím katedry částicové fyziky na univerzitě v Manchesteru a pracuje na Experiment ATLAS (toroidní LHC zařízení) na Large Hadron Collider v CERNu. Ale je také aktivní v popularizaci vědy, konkrétně s jeho nový televizní seriál a doprovodná kniha, Divy vesmíru, pokračování série oceněné cenou Peabody Award 2010, Zázraky sluneční soustavy.
Čtenáři Universe Today budou mít šanci vyhrát výtisk knihy, takže zůstaňte naladěni na další informace. Ale dnes si užijte první z třídílného rozhovoru s Coxem:
Vesmír dnes:Můžete nám říci něco o své práci s ATLASem a jeho potenciálu pro hledání věcí jako extra dimenze, sjednocení sil nebo temnou hmotu?
Brian Cox, během natáčení jednoho z jeho televizních seriálů. Obrázek poskytl Brian Cox.
Brian Cox:Velkou otázkou je původ a hmotnost vesmíru. Je to velmi, velmi důležité, protože to není samoúčelné. Je to základní část kvantové teorie pole, což je naše teorie tří ze čtyř přírodních sil. Pokud se tedy zeptáte na nejzákladnější úrovni, jak vesmír funguje, v tuto chvíli existují pouze dva pilíře našeho chápání. Existuje Einsteinova teorie obecně relativně, která se zabývá gravitací – nejslabší silou ve vesmíru, která se zabývá tvarem prostoru a času a všemi těmi věcmi. Ale všechno ostatní – elektromagnetismus, způsob, jakým fungují atomová jádra, způsob, jakým fungují molekuly, chemie, vše ostatní – vše ostatní se nazývá kvantová teorie pole. To se nazývá standardní model částicové fyziky. A v tom je zakotven tento mechanismus pro generování hmoty, a to je prostě tak zásadní. Není to jen zajímavý doplněk, je to přímo v srdci toho, jak teorie funguje.
Pochopení toho, zda je náš současný obraz vesmíru správný – a zda existuje věc zvaná Higgsův mechanismus nebo zda se děje něco jiného – je pro náš pokrok zásadní, protože je do tohoto obrázku zabudována. Nedávno se v datech objevily náznaky, že možná je tento mechanismus správný. Musíme být opatrní. Není příliš vědecká věc říkat, že máme rady. Máme tyto prahové hodnoty pro vědecké objevy a máme je z nějakého důvodu, protože máte tyto statistické náhody, které se objevují v datech, a když získáte více dat, zase zmizí.
Prohlášení CERNu nyní zní, že pokud se ukáže, že jsou více než jen fluktuacemi, skutečně do šesti měsíců bychom měli být schopni učinit nějaké definitivní prohlášení o existenci Higgsovy částice.
Myslím, že je velmi důležité zdůraznit, že toto není jen mnoho částicových fyziků, kteří hledají částice, protože to je jejich práce. Je to základní část našeho chápání tří ze čtyř přírodních sil.
Brian Cox ve Fermilabu. Foto Paul Olding.
VEN:Takže tyto velmi zajímavé výsledky z CERNu a Tevatron ve Fermilabu když nám dáte tipy o Higgsovi, mohl byste o tom pohovořit trochu více a svůj pohled na nejnovější poznatky?
KORMIDELNÍK:Nejnovější výsledky byly zveřejněny na sérii konferencí před několika týdny a jsou těsně pod úrovní tzv. Three Sigma. To je způsob, jak posoudit, jak významné jsou výsledky. Věc na celé kvantové teorii a fyzice částic obecně je, že vše je statistické. Pokud udelastentotisíckrát, pak třikráttentoby se mělo stát, a to osmkrátžeby se mělo stát. Takže všechno jsou statistiky. Jak víte, když si hodíte mincí, může vyletět desetkrát, existuje pravděpodobnost, že se to stane. Neznamená to, že mince je vážená nebo že s ní není něco v pořádku. Taková je prostě statistika.
Takže tam jsou zajímavé náznaky, že našli něco zajímavého. Oba experimenty ve Velkém hadronovém urychlovači, ATLAS a kompaktní mionový solenoid (CMS) nedávno ohlásily „nadměrné události“, kdy došlo k více událostem, než by se dalo očekávat, pokud by Higgs neexistoval. Jde o správnou hmotnost: myslíme si, že Higgsova částice by měla být někde mezi asi 120 a 150 gigaelektronvolty [GeV — jednotka energie, která je také jednotkou hmotnosti, přes E = mc2, kde rychlost světla c, je nastavena na hodnotu jedna], což je očekávaný hmotnostní rozsah Higgse. Tyto rady jsou kolem 140, takže je to dobré, je to tam, kde by to mělo být, a chová se to tak, jak to předpovídá teorie. Teorie také předpovídá, jak by se měl rozpadat a jaká by měla být pravděpodobnost, takže všechna data jsou v souladu s takzvaným standardním Higgsovým modelem.
Ale zatím tyto události nejsou konzistentně natolik významné, aby zavolaly. Je důležité, že to Tevatron zahlédl také, ale to má ještě menší význam, protože to byla nízká energie a nebylo tam tolik kolizí. Takže musíte být ve věcech vědecký. Existuje důvod, proč máme tyto bariéry. Tyto prahové hodnoty musí být vymazány, aby bylo možné nárokovat objevy. A ještě jsme to nevymazali.
Ale je to fascinující. Je to poprvé, co jedna z těchto fám nebyla, víte, jen nesmysl. Je to opravdu skutečný kus vzrušující fyziky. Ale v těchto věcech musíte být vědecký. Není to tak, že bychom věděli, že tam je, a jen to zatím neoznámíme. Statistiky tu ještě nejsou, aby se přihlásily k objevu.
Brian Cox při natáčení seriálu BBC na Sahaře. Obrázek poskytl Brian Cox
VEN:No, moje další otázka byla, co bude dál? Ale možná na to opravdu nemůžete odpovědět, protože jediné, co můžete udělat, je pokračovat ve výzkumu!
KORMIDELNÍK:Věc o Higgsovi je tak zásadně zakotvena v kvantové teorii. Musíte to prozkoumat, protože jedna věc je vidět náznak nové částice, ale druhá věc je pochopit, jak se tato částice chová. Higgsovy částice se mohou chovat mnoha různými způsoby a existuje mnoho různých mechanismů.
Existuje velmi populární teorie zvaná supersymetrie, která by také vysvětlila temnou hmotu, jednu z velkých záhad astrofyziky. Zdá se, že ve vesmíru je spousta věcí navíc, které se nechovají tak, jak se chovají částice hmoty, o kterých víme, a pětkrát více „věcí“, které tvoří vše, co můžeme ve vesmíru vidět. Temnou hmotu nevidíme, ale vidíme její gravitační vliv. Existují teorie, kde na to máme velmi silného kandidáta — nový druh částic nazývaný supersymetrické částice. Je v nich spíše pět Higgsových částic než jedna. Takže další otázka je, jestli je to částice podobná Higgsovi, kterou jsme objevili, co to tedy je? jak se to chová? Jak mluví s ostatními částicemi?
A pak je tu obrovské množství otázek. Higgsova teorie tak, jak je nyní, nevysvětluje, proč mají částice takovou hmotnost, jakou mají. Nevysvětluje, proč je top kvark, který je nejtěžší ze základních částic, asi 180krát těžší než proton. Je to malá bodová věc bez velikosti, ale její hmotnost je 180krát větší než hmotnost protonu! To je těžší než některá z nejtěžších atomových jader!
Proč? nevíme.
Myslím, že je správné říci, že je třeba otevřít dveře, které byly v našem chápání vesmíru po desetiletí zavřené. Je tak zásadní, že jej musíme otevřít, než budeme moci začít odpovídat na tyto další otázky, které jsou stejně zajímavé, ale na to potřebujeme odpověď jako první.
VEN:Když dostaneme odpovědi na některé z těchto otázek, jak to změní náš pohled a způsob, jakým děláme věci, nebo možná způsob, jakým děláte věci VY! Možná ne my obyčejní lidé…
KORMIDELNÍK:No, myslím, že bude – protože toto je součást TÉ základní teorie přírodních sil. Kvantová teorie nám tedy v minulosti poskytla porozumění například tomu, jak fungují polovodiče, a podporuje naše chápání moderních technologií a způsobu, jakým funguje chemie, jak fungují biologické systémy – to vše tam je. Toto je teorie, která to všechno popisuje. Myslím, že radikální posun a prohloubení v chápání základních přírodních zákonů bezpochyby změní způsob, jakým fyzika postupuje v 21. století. To je zásadní. Takže, kdo ví? Při každé změně paradigmatu ve vědě jste nikdy nemohli předvídat, co udělá; ale historie vědy vám říká, že dokázala něco docela pozoruhodného.
Existuje slavný citát Alexandra Fleminga, který objevil penicilin, který řekl, že když se jednoho zářijového rána roku 1928 probudil, rozhodně neočekával, že změní moderní medicínu tím, že objeví první antibiotikum na světě. Řekl to zpětně, ale v podstatě objevil nějakou plíseň, ale bylo to tam.
Ale to bylo zásadní a to je třeba zdůraznit.
Některé z našich teorií, podíváte se na ně a divíte se, jak jsme je zpracovali! Odpověď je matematická, stejným způsobem, jakým Einstein přišel s Obecnou relativitou, s matematickými předpověďmi. Je pozoruhodné, že jsme byli schopni předpovědět něco tak zásadního o tom, jak se prázdný prostor chová. Možná se ukáže, že máme pravdu.
Zítra: Část 2: Průzkum vesmíru a naděje do budoucnosti
Zjistěte více o Brianu Coxovi na jeho webových stránkách, Apollonovy děti