Nobel za boską cząstkę

Uczeni podzielą się nagrodą w wysokości 8 mln koron, czyli nieco ponad 900 tys. euro. Jak głosi oficjalny komunikat Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, tegorocznego Nobla z fizyki przyznano za „teoretyczne odkrycie mechanizmu, który przyczynia się do lepszego rozumienia pochodzenia masy cząstek subatomowych. Istnienie tego mechanizmu zostało niedawno potwierdzone przez odkrycie nowej cząstki w eksperymentach ATLAS i CMS w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w CERN".

Nobel z fizyki - komentarze

Pół wieku czekania

?Odkrycie tzw. boskiej cząstki – bozonu Higgsa – stało się naukową sensacją w 2012 roku. To właśnie z myślą o poszukiwaniach tej cząstki wybudowano gigantyczny Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) pod Genewą – największą i najbardziej skomplikowaną maszynę stworzoną przez ludzi. Przy dwóch eksperymentach – ATLAS i CMS – pracowało prawie 6 tys. naukowców, także z Polski.

Udało się: istnienie teoretycznie przewidywanej cząstki potwierdzono eksperymentalnie. Trzeba było na to jednak czekać prawie pół wieku.

Sylwetki noblistów

Obaj tegoroczni laureaci w 1964 roku opublikowali niezależnie od siebie prace naukowe, w których przewidzieli istnienie cząstki, która została nazwana – może nie w pełni zasłużenie – na cześć Petera Higgsa.

Komisja Noblowska, przyznając tegoroczną nagrodę, przywraca „sprawiedliwość". Ale cząstka ma jeszcze jednego odkrywcę – zmarłego w 2011 roku Roberta Brouta, który współpracował z François Englertem. Gdyby żył, byłby prawdopodobnie trzecim laureatem tegorocznej nagrody w dziedzinie fizyki.

Brout, Englert i Higgs teoretycznie wyjaśniali, w jaki sposób cząstki obdarzane są masą. Jak wskazał Higgs, jedną z kluczowych konsekwencji tego mechanizmu jest istnienie masywnego bozonu nieznanego wówczas typu. Te nowe w latach 60. idee rozwinęli amerykańscy badacze Carl Hagen i Gerald Guralnik oraz Tom Kibble z Wielkiej Brytanii.

(Kliknij, żeby powiększyć grafikę)

Nieznana cząstka została odkryta w 2012 roku przez eksperymenty ATLAS i CMS w CERN. Fizycy praktycy dowiedli, że teoretycy mieli rację.

(Kliknij, żeby powiększyć grafikę)

Obaj tegoroczni nobliści spotkali się po raz pierwszy dopiero 4 lipca 2012 roku, kiedy specjaliści z CERN z dumą ogłaszali wyniki potwierdzające istnienie nieznanej wcześniej cząstki. – Jestem rozpromieniony wiadomością, że tegoroczna Nagroda Nobla z fizyki przypadła w udziale badaczom pracującym w dziedzinie fizyki cząstek – powiedział prof. Rolf Heuer, dyrektor naczelny CERN. – Odkrycie cząstki eksperymentalnie weryfikującej mechanizm Brouta-Englerta-Higgs'a to owoc dziesięcioleci intelektualnego wysiłku wielu ludzi pracujących na całym świecie.

Ratuje model

„Ta nagroda mnie przytłacza" – napisał prof. Higgs w oświadczeniu wydanym przez Uniwersytet w Edynburgu, gdzie pracował przez wiele lat. „Mam nadzieję, że to uznanie dla teoretycznych wyników przyczyni się do wzrostu świadomości na temat wartości badań niezwiązanych z praktyką".

– Od czasu, kiedy istnienie cząstki Higgsa zostało potwierdzone w CERN, spodziewaliśmy, że ci, którzy przewidzieli ten mechanizm, dostaną Nobla – powiedziała „Rz" prof. Ewa Rondio z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. – To nie pierwszy raz, kiedy prace teoretyków musiały poczekać na potwierdzenie w praktyce. Ta teoria pozwala nam zrozumieć fundamentalne zasady naszego świata w mikroskali.

Odkrycia laureatów uzupełniają Model Standardowy. To teoria, która opisuje dość dokładnie wszystkie podstawowe cząstki składające się na materię. Teoria była wielokrotnie uzupełniana i sprawdzana przez uczonych.

Do momentu przedstawienia wyników eksperymentu w CERN Model Standardowy miał fundamentalną lukę – brakowało cząstki, która nadaje innym cząstkom masę. Fizykom trudno wyobrazić sobie materię, cokolwiek, co istnieje bez masy. Bozon Higgsa – boska cząstka – jest bez wątpienia „fundamentem", jedną z podstawowych cegiełek wszechświata. Była ostatnim, ale najważniejszym, brakującym ogniwem w teorii fizyki cząstek.

Jak podkreślają fizycy z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk, to właśnie teoria Brouta, Englerta i Higgsa opisuje cały ten proces – i ratuje Model Standardowy przed rozpadem. Wiemy już, że bozon Higgsa istnieje, choć zaledwie przez niewyobrażalnie krótki czas, a potem się rozpada. Ten proces w naturze miał miejsce u zarania wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu.

Gdzie ta masa

Po znalezieniu cząstki Higgsa Model Standardowy jest kompletny, ale wyjaśnia jedynie prawa rządzące materią, którą możemy zobaczyć. Tymczasem wszechświat zbudowany jest w większości z tzw. ciemnej materii, która jest niewidoczna. O niej fizycy nie wiedzą prawie nic. Wątpliwości pojawiają się też w przypadku neutrino, przez długi czas uważane za pozbawione masy. Ostatnie doświadczenia wskazują jednak, że neutrino mają masę spoczynkową. Aby ją zbadać, teoretycy próbują wyjść poza Model Standardowy i poszukują „nowej" fizyki. Dlatego badacze CERN nie składają broni i dalej poszukują nieznanych cząstek.

Nobel za boską cząstkę François Englert i Peter W. Higgs zostali wyróżnieni za teorię wyjaśniającą powstanie materii. Fizyka , Nobel, Englert, Higgs, Brout, Hagen, Guralnik, Kibble, LHC, CERN, CMS , ATLAS

Peter Higgs

Uniwersytet w Edynburgu

Urodził się w 1929 roku w Newcastle. Od dzieciństwa uczył się świetnie, zdobywał nagrody, ale nie z fizyki. Tą dziedziną zainteresował się dopiero w momencie wyboru kierunku studiów. Wybrał fizykę teoretyczną w prestiżowym King's College w Londynie. Całe zawodowe życie związał z Uniwersytetem w Edynburgu, gdzie obronił pracę doktorską i został profesorem. Współpracuje z nią także teraz, od roku 2006 już jako emeryt.

Od początku miał opinię bardzo zdolnego. Jeden z profesorów Uniwersytetu Maryland, który wspólnie z Higgsem zdawał egzamin z mechaniki kwantowej, wspomina, że egzaminator opierał się na najnowszym artykule z tej dziedziny; w trakcie egzaminu Higgs zaproponował lepsze rozwiązanie niż autor artykułu.

A jednak początek kariery nie był obiecujący, podobnie jak jego życie osobiste – pierwsze małżeństwo rozpadło się. W środowisku naukowym panowało przekonanie, że jego prace są „zbyt wydumane" i prowadzą donikąd.

Dziś wiadomo, że opinia taka była rezultatem niezrozumienia.

Według relacji samego Petera W. Higgsa teoria o nieuchwytnej cząstce sprawiającej, że materia posiada masę, przyszła mu do głowy podczas spaceru. Gdy opisał ją w artykule wysłanym do pisma „Physics Letters", redakcja odrzuciła go. Ostatecznie artykuł ukazał się w nie mniej poważanym „Physical Review Letters".

W dekadzie lat 70. Peter W. Higgs publikował już regularnie w najlepszych pismach naukowych. Wyjaśniał – teoretycznie – naturę tajemniczej cząstki. Nigdy zresztą nie zgadzał się z ogólnie przyjętym terminem „bozon Higgsa". W zgodzie z anglosaskim poczuciem humoru twierdzi, że jest to „bozon, który nosi jego nazwisko", co więcej, powinno brzmieć „bozon Brouta-Englerta-Higgsa-Guralnika-Kibble'a", ponieważ ci uczeni też mają wkład w opis cząstki.

Nagroda Nobla to niejedyny naukowy laur badacza z Edynburga, ma ich wiele, do najcenniejszych należą: Medal Diraca i nagroda Wolfa w dziedzinie fizyki.

W środowisku uważany jest za człowieka bezpretensjonalnego. Pozostał taki, choć zdawał sobie sprawę, iż od chwili doświadczalnego potwierdzenia jego teorii przyznanie mu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki było nieuniknione.

François Englert