Przepowiednie, Proroctwa i Niewyjaśnione zjawiska 2012

Ponad 40 lat minęło od momentu, kiedy prof. Peter Higgs wpadł na pomysł istnienia "boskiej" cząstki i pola przeszywającego cały wszechświat. Teraz ma już 79 lat, ale nadal fascynuje.
Większość naukowców w tym wieku odkłada już na dobre swoją stresującą pracę i przechodzi na emeryturę, by eksperymentować już tylko z przynętą podczas łowienia ryb w pobliskiej rzece. Jednak prof. Peter Higgs nie zalicza się do tego grona. Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) jest dla niego bardziej pociągający.

Tego naukowca na stare lata spotkało wielkie szczęście - może obserwować oczekiwany przełom w fizyce, w którym to ma ogromny udział. Żartuje, mówiąc swoim lekarzom, aby w każdy możliwy sposób utrzymali go przy życiu do momentu, gdy przeanalizowane zostaną dane z eksperymentów w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Dopiero gruntowne analizy gigantycznej ilości informacji zebranych przez Zderzacz mogą potwierdzić bądź sfalsyfikować jego teorię. Peter Higgs czeka zatem na objawienie "boskiej cząstki" Higgsa.

"Niema gwiazda" świata cząstek elementarnych

Ale kim jest człowiek, który dał rewolucji w fizyce swoje nazwisko? To emerytowany profesor fizyki na Uniwersytecie w Edynburgu. Prof. Peter Higgs jest człowiekiem bardzo cichym i spokojnym. Rzadko również na łamach mediów opowiada o swojej pracy. Jest "niemą gwiazdą" zajmująca się atomami, kwarkami i bozonami. Jest także oponentem prof. Stephena Hawkinga, kosmologa o światowej, jeszcze większej sławie.

 

Jego ojciec był inżynierem dźwięku w BBC. Cała rodzina bardzo często podróżowała po Wyspach Brytyjskich i zmieniała miejsce zamieszkania. Peter nie trafił szybko do szkoły – początkowo uczył się w domu. Kiedy ojciec przeniósł się do Bedford, on został z matką w Bristolu. I głównie tam dorastał. Uczęszczał do szkoły w Cotham, gdzie wpada mu w ręce praca Paula Diracka, sławnego fizyka i matematyka. W niej znalazł inspirację do dalszej nauki – wybrał podobnie: matematykę i fizykę. Pracował na uniwersytetach w Edynburgu i Londynie. W 1960 roku już na dobre osiadł w Edynburgu, gdzie pracował na uniwersytecie.

Często przedstawia się go jako geniusza-pustelnika - w istocie jest to jednak tylko marny stereotyp podtrzymywany przez media. Skąd wziął się taki wizerunek? Higgs pragnie chronić swoją prywatność. Jak pisał "New Scientist", rzadko odbiera telefony. Nie ma również komputera - to akurat forma odreagowania swoistej traumy z czasów studenckich, kiedy to do obliczeń wykorzystywano duże i pokraczne maszyny. Higgs jest szczęśliwym ojcem dwóch synów - Chris jest informatykiem, a Jonny muzykiem jazzowym.

Chorobliwie uprzejmy i dziwacznie skromny. Ma doskonałą pamięć. Bez trudu, precyzyjnie przywołuje zdarzenia sprzed laty tak, jakby mówił o porannym spacerze z psem. Mimo wieku aktywnie uczestniczy w życiu naukowym. Jeździ na konferencje, spotyka się ze swoimi byłymi już studentami.

Niechciana sława jednak go nie ominęła. Sam zresztą ją wywołał - już w latach 60. Wypłynął dokładnie w roku 1964 za sprawą swoich nowatorskich prac z dziedziny fizyki. Przewidział on istnienie skalarnego pola (pola Higgsa), które wypełnia całą przestrzeń, i cząstki elementarnej nazwanej - nie przez siebie - bozonem Higgsa. Zgodnie z Modelem Standardowym, cząstki elementarne uzyskują masę poprzez oddziaływanie z tym właśnie polem.

Z kolei cząstka Higgsa (inaczej "boska cząstka") przenosi oddziaływanie z polem, jest kwantem tego pola. Zatem hipoteza Higgsa zakłada, że masa nabywana jest przez oddziaływanie z otoczeniem. Początkowo twierdzenia te nie spotkały się z entuzjazmem innych naukowców.

Trzeba jednak zaznaczyć, że w tym samym czasie na dokładnie ten sam pomysł wpadło kilku uczonych. Nie był zatem jedyny. Obok najdonioślejszego wydarzenia z dziedziny fizyki w roki 1964 wymienia się także nazwiska: F. Englert, R. Brout (pracowali wspólnie), G. S. Guralnik, C. R. Hagen oraz  T. W. Kibble (ci również tworzyli zespół). Do "boskiej cząstki" przylgnęło jednak nazwisko Higgsa.

Sukces pomysłowego "idioty"

- Większość z moich kolegów pomyślała, że jestem idiotą, bo upierałem się przy teorii pola kwantowego, ale trzymałem się tej teorii, ponieważ nie sądziłem, że jest to tak idiotyczne, jak twierdzili - mówi Higgs. Fizyk dodaje także, że "okazało się to być najlepszą rzeczą, jaką zrobił, a może nawet jedyną ważną, jakiej dokonał". Sam jednak wtedy nie zdawał sobie sprawy z tego, co dla teorii cząstek elementarnych, oznaczają jego wywody. Jego teorię twórczo potem wykorzystali Steven Weinberg i Abdus Salam.

Higgs zwierzył się, że po raz pierwszy usłyszał o "bozonie Higgsa" (nie samej cząstce, ale określaniu jej jego imieniem) w 1972 roku na konferencji naukowej w Fermilabie, który mieści się w USA. Wtedy to pojęcia związane z zyskiwaniem masy przez materię zaczęto okraszać jego nazwiskiem. – Musiałem to zaakceptować – mówił dla "New Scientist". Zaznacza jednocześnie, że teoria związana z bozonem Higgsa nie jest to tylko jego zasługą. A już na pewno nie jego zasługą jest określenie "boska cząstka", którym określa się ten bozon. Dlaczego? Prof. uważa się za ateistę. I stąd sam ma obawy, że określenie to może urażać czyjeś uczucia religijne.
Bozon Higgsa zniknął z miliardami euro

Higgs z czasem stawał się coraz bardziej popularny, choć – jak sam przyznaje – ludzie zapewne wierzyli, że wie on więcej niż faktycznie wiedział. Profesor dodatkowo nie miał wtedy dobrego humoru. W ty samym roku przechodził trudny okres – jego sytuacja rodzinna była nie do pozazdroszczenia. Rozszedł się z żoną. I – mimo że wieści z konferencji w Fermilabie były krzepiące – nie miał wystarczająco dużo siły, aby brać czynny udział w pracach nad rozwijaniem teorii. W kolejnych latach inni badacze przejęli prym w dociekaniach na temat nadawania materii masy. Higgs śledził jednak badania i próby zaobserwowania "boskiej cząstki".

W 2000 roku spotkał go przykry zawód. CERN zamknął poprzedni zderzacz - Large Electron-Positron Collider (LEP). I to przed "objawieniem" bozonu Higgsa, który "zniknął" wraz z miliardami euro wydanymi na budowę.

- To była zasłużona kara dla ludzi, którzy przeceniali tę maszynę – kręcił głową Higgs. Co jednak, jeśli i dzisiejszy LHC nie da dowodu na istnienie "boskiej cząstki"? – Będę raczej smutny, choć także i zaskoczony – mówi. Dodaje jednak, że może to mieć i pozytywny wpływ na jego życie: nie będzie już dręczony przez media i dziennikarzy. Tej odmiany się jednak nie spodziewa – ma już bowiem przygotowaną butelkę szampana, by uczcić przełom w fizyce sygnowany jego nazwiskiem.

Nie wszyscy mają tyle pewności co do sukcesu poszukiwań bozonu Higgsa. Wśród sceptyków jest również światowej sławy fizyk - prof. Stephen Hawking. Nie jest on przekonany o słuszności teorii, która mówi o istnieniu tzw. "boskiej cząstki", która miałaby nadawać materii masę. Założył się nawet o 100 dolarów z innym fizykiem, który twierdzi z kolei, że cząstka ta zostanie szybko zaobserwowana.

- Myślę, że dużo bardziej ekscytujące będzie to, jeśli nie zaobserwujemy cząstek Higgsa. To pokaże nam, że coś jest nie tak i musimy przemyśleć wszystko raz jeszcze - mówi Hawking. Te słowa stały się powodem do sporu dwóch sław współczesnej nauki.

Prof. P. Higgs, pomysłodawca idei "boskiej cząstki", zaatakował nawet profesora S. Hawkinga, a spór naukowców rozemocjonował osoby zainteresowane LHC. Co dodaje pikanterii sprawie: obaj naukowcy rywalizują o Nagrodę Nobla. Higgs nie kryje, że specjalnie nie ceni prac prof. Stephena Hawkinga – określa je mianem "niewystarczająco dobrych".

Higgs jest pewien swego: zaobserwowanie "boskiej cząstki" stanie się faktem, ale może zająć nawet 3 lata. LHC został stworzony m.in. po to, aby zaobserwować bozon Higgsa. Jeśli się to uda, to prof. będzie pewnym kandydatem do nagrody Nobla.

Zagadka cząstki Boga

3 tys. gigabajtów danych dziennie. 40 milionów zderzeń na sekundę. 27-kilometrowy tunel mieszczący się 100 metrów pod ziemią - to właśnie Wielki Zderzacz Hadronów. Kołowy akcelerator cząstek elementarnych, znajduje się w ośrodku badawczym Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą. Projektowanie i budowa akceleratora trwało 20 lat. To największe urządzenie badawcze, jakie kiedykolwiek zostało zbudowane. Kosztowało ok. 3 mld euro. Słowem: cud współczesnej nauki.

Kiedy urządzenie przejdzie pomyślnie wszystkie testy, będą w nim przyspieszane dwie przeciwbieżne wiązki cząstek. Te eksperymenty to swego rodzaju podróż w czasie. Kiedy zderzą się ze sobą rozpędzone niemal do prędkości światła cząstki, to na ułamek sekundy we wnętrzu akceleratora zapanują warunki podobne do tych, jakie panowały na początku wszechświata. Obserwacja zjawisk zachodzących wtedy, pozwoli fizykom odpowiedzieć na wiele pytań, związanych z budową materii. Dlatego z zapartym tchem na rozpoczęcie właściwych eksperymentów czekają naukowcy.

Wśród nich jest fizyk i teolog ks. prof. Michał Heller. On sam zajmuje się kosmologią, czyli nauką o powstaniu świata. - Świat naukowy trzyma kciuki (…). Głównym pytaniem jest czy istnieje cząstka Higgsa, czy nie istnieje. Wydaje się to bardzo drobnym szczegółem. Rzeczywiście ta cząstka Higgsa, jeśli istnieje, to jest bardzo, bardzo maleńka, ale od niej strasznie dużo zależy. Od tego, czy stwierdzimy jej obecność czy nie, zależy prawdziwość tzw. modelu standardowego cząstek elementarnych. (...) Nic dziwnego, że kosmologowie i fizycy z zapartym tchem czekają na to - mówi ks. prof. Heller.

Przeprowadzono już pierwsze próby: jedna wiązka cząstek elementarnych biegła zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Druga natomiast w przeciwnym kierunku. Obie przeszły cały obwód akceleratora. Eksperyment natrafił jednak na paradoksalni spodziewane problemy –  LHC zwyczajnie stoi, bo… się zepsuł. Ale usterki już naprawiono.

Poznać początek świata

Warunków, które panowały we wszechświecie w samym momencie Wielkiego Wybuchu nie da się wytworzyć w żadnym akceleratorze. Ale już da się stworzyć takie, które istniały trochę później, czyli mniej więcej jedną milionową sekundy po Wielkim Wybuchu.

Celem naukowców eksperymentujących z LHC jest m.in. weryfikacja teorii mówiącej, że wszędzie wokół nas znajduje się niewidoczne pole kwantowe, zwane polem Higgsa. Cząstki tego pola (cząstki Higgsa) wywierałyby wpływ na znane cząstki elementarne i w ten sposób wpływałyby na ich masę. Istnienie pola Higgsa to jedno z możliwych wyjaśnień faktu, że cząstki elementarne, chociaż pod względem różnych właściwości, są do siebie bardzo podobne, różną się od siebie masą. Problem ten nurtuje fizyków od dawna.

Poza tym, fizycy mają nadzieję na odkrycie przy pomocy LHC tzw. cząstek supersymetrycznych - nowego rodzaju materii, którego istnienie postulują teorie fizyczne. Odkrycie cząstek supersymetrycznych byłoby krokiem do zrozumienia natury tzw. ciemnej materii. Chodzi o wykryte przez astronomów w kosmosie skupiska materii, która nie wysyła żadnego wykrywalnego promieniowania, ale tworzy pole grawitacyjne - dzięki temu wiadomo, że musi mieć masę. Obliczenia wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej niż zwykłej, znanej nam. Poza tym naukowcy przypuszczają, że nieznanych form materii jest więcej a ta, którą znamy, stanowi zaledwie ok. 5 proc. masy wszechświata.

Kolejnym przedmiotem badań fizyków w CERN jest antymateria. Wiadomo, że każda cząstka elementarna ma swój odpowiednik, który zasadniczo różni się od niej tym, że ma ładunek elektryczny o przeciwnym znaku. Inną znaną własnością antymaterii jest to, że gdy cząstka antymaterii zetknie się z cząstką materii to obie ulegają anihilacji, czyli znikają zamieniając się w fotony - czystą energię. We wszechświecie nie ma obecnie antymaterii, a jeżeli się pojawi, w wyniku rozpadu promieniotwórczego lub wytworzona sztucznie w laboratorium, anihiluje w zetknięciu ze swoim zwykłym odpowiednikiem zamieniając się w czystą energię. Natomiast w procesie kreacji, czyli zamianie energii w materię, regułą jest tworzenie się takiej samej ilości cząstek i antycząstek. We wszechświecie powinno zatem być tyle samo materii co antymaterii, ale nie ma.

Naukowcy są jednak przekonani, że kiedyś - w najwcześniejszych początkach wszechświata - tak właśnie było. W tym gwałtownym okresie, powstałe w wyniku tego gigantycznego aktu kreacji cząstki i antycząstki, stykając się ze sobą anihilowały, ale... nie pozostała po nich czysta energia. Ponieważ przed anihilacją materia z jakiegoś powodu przeważyła nad antymaterią. Skutek był taki, że anihilowała taka sama ilość materii i antymaterii, a "nadwyżka" materii pozostała, umożliwiając w ten sposób powstania materialnego świata - gwiazd, planet i życia na planetach. W LHC, gdzie w trakcie zderzeń będzie w dużych ilościach powstawała materia i antymateria będzie możliwe zaobserwowanie różnic między nimi i wyjaśnienie zagadki.

Żeby obserwować te wszystkie zjawiska, zbudowane zostały zestawy detektorów - przy LHC zainstalowano cztery takie zestawy (ATLAS, CMS, ALICE i LHC-B), każdy z nich ukierunkowany jest na badanie nieco innych zjawisk. Największy z nich ma rozmiary sześciopiętrowej kamienicy, chociaż będzie rejestrował tor lotu i właściwości cząstek milion razy mniejszych od atomu. Detektory te są w istocie największymi mikroskopami, jakie kiedykolwiek zbudowali ludzie.

Wyzwaniem będzie też analiza danych zbieranych przez detektory. Samo magazynowanie będzie wymagało specjalnych środków. Rocznie w wyniku eksperymentów przy użyciu LHC zbieranych będzie tyle danych, że zapełniłyby one ok. 100 tys. dwuwarstwowych płyt DVD. A działanie akceleratora przewidziano na kilkanaście lat.

Aby poradzić sobie z ogromem danych uczeni stworzyli sieć komputerową typu "grid". Jej zadaniem będzie bezpieczne przechowywanie i udostępnianie fizykom danych do analizy. Znacząca część tej sieci znajduje się w Polsce. Eksperymenty będą dostarczać 3 tys. GB (gigabajtów) dziennie, co przekłada się na dziesiątki PB (petabajtów, czyli milionów gigabajtów) rocznie.

Strach przed końcem świata

Wokół planowanego uruchomienia potężnego akceleratora krąży wiele mitów. M.in. pojawiają się głosy, że w urządzeniu może powstać czarna dziura, co doprowadzi do katastrofy. Media informowały, że w sądzie na Hawajach złożony został pozew przeciwko podobnym do CERN ośrodkom badawczym w USA. Osoby, które pozwały te ośrodki argumentowały, że eksperymenty tam przeprowadzane mogą doprowadzić do końca świata. O próbę zniszczenia Ziemi oskarżali też CERN.

Prawdą jednak jest, że w trakcie eksperymentów w akceleratorze mogą powstać miniaturowe czarne dziury. Jednak te twory nie będą żadnym zagrożeniem. Pojawią się na ułamek sekundy i znikną.

Te badania nie są jedynie fanaberią fizyków noszący grube okulary i przesiadujących nocami w swoich gabinetach i laboratoriach. W opinii Grzegorza Wrochna, dyrektora Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku, badania te mogą przynieść materialne korzyści. - Historia fizyki pokazuje, że każde przełomowe odkrycie w tej dziedzinie przynosiło także wielki przełom technologiczny i cywilizacyjny (…). Nawet teorie, tak pozornie abstrakcyjne jak mechanika kwantowa, znalazły powszechne zastosowanie w budowie układów elektronicznych i komputerów. Jednak takie odległe korzyści pojawiają się po 50-100 latach od danego odkrycia i są zupełnie nieprzewidywalne.

Jedno jest jednak pewne: owo "nieprzewidywalne" będzie warte więcej niż 100 dolarów.

Onet.pl