ידענים: פיסיקה קוונטית

מאת 12 באוגוסט 2016 260 תגובות

התקוות הגדולות לגילוי חלקיק חדש התבדו: נתונים שפרסם מאיץ החלקיקים האירופי מעלים כי מדובר ברעש סטטיסטי בלבד – למרות מאות מאמרים מדעיים שכבר חישבו את תכונותיו של החלקיק הבדיוני

LHC - צילום יח"צ: CERN

LHC – צילום יח"צ: CERN

בסוף השנה שעברה דיווחו מדעני מאיץ החלקיקים הגדול בשוויץ על רמזים לקיומו של חלקיק חדש. הסבירות לכך שהרמזים נובעים מרעש סטטיסטי ולא מקיומו של חלקיק חדש עמדה על 1:100,000 (אחד למאה אלף) בלבד. אמנם הסיכוי זה נשמע קטן מאוד, אך הוא גבוה בהרבה מהסף שקבעו המדענים להכרזה ודאית על גילויו של חלקיק חדש. לאחר כמה חודשים ומדידות רבות נוספות הכריעו החוקרים שאין שום חלקיק.

מה פירוש הדבר שהסיכוי שהחלקיק לא קיים הוא 1:100,000? הרי או שקיים חלקיק ורואים אותו, או שהוא איננו קיים ולא רואים אותו. ואם החלקיק איננו קיים, מדוע פורסמו מאמרים כה רבים בנושא?

רעש סטטיסטי

כולנו מכירים את הרשרוש ששומעים ברקע כשאנו מגבירים את המוזיקה ברדיו יותר מדי. הרשרוש אינו חלק מהיצירה, אלא נובע ממגבלות יכולת ההגברה של המערכת שלנו. כשאנחנו מגבירים את עוצמת הקול אנו מגבירים גם רעשי רקע שלא אמורים להיות שם. בדומה לכך, גם בניסוי מדעי יש רעשי רקע, והם יגדלו ככל שנדחוף את הניסוי שלנו עד קצה גבול היכולת שלו.

אפשר לדמות את זה למוזיקאי שהחליט להקליט צלילים של טיטוא רצפה, ניסור במסור וקולות דומים, כשהמיקרופון מוצב במרחק רב מ"כלי הנגינה" האלה. מפעם לפעם הוא עושה הפוגה בנגינתו אך ממשיך את ההקלטה. אם מאזינים להקלטות בעוצמה המרבית, יש סיכוי לא רע שנתבלבל מפעם לפעם בין רעשי הרקע לבין הקולות שהאמן הקליט, ולא נדע אם הוא מנגן או שאנו שומעים רק רעשי רקע והאמן אינו מנגן כלל.

דבר דומה קרה בניסוי הנוכחי במאיץ החלקיקים האירופי. לו אכן היה קיים החלקיק שהמדענים קיוו לגלות, הוא היה נוצר להרף עין בהתנגשויות בין חלקיקים במאיץ ומתפרק מיד לשני חלקיקי אור (פוטונים) שאנו יכולים לזהות בגלאים של המאיץ. הבעיה היא שיש עוד תהליכים רבים נוספים שמייצרים שני חלקיקי אור הזהים בתכונותיהם לאלו שהיו נוצרים מדעיכתו של אותו חלקיק היפותטי.

אפשר להשוות את חלקיקי האור הנוצרים מהחלקיק למוזיקה, ואת אלה שנוצרים בתהליכים האחרים לרעש הרקע. החוקרים סופרים כמה אירועים של היווצרות זוגות פוטונים רואים בגלאי, ומשווים את המספר להערכה של מספר האירועים הצפוי מתהליכים אחרים. מספר מובהק של אירועים עודפים עשוי להצביע על קיומו של חלקיק חדש.

לרוע המזל, בגלל עצם טבעו של רעש, אי אפשר לחזות במדויק את עוצמתו, אלא רק להעריך אותה. לכן, אם מספר האירועים של היווצרות פוטונים כאלה עולה רק במעט על מספר אירועי הרקע שהחוקרים מצפים שיתרחשו, אי אפשר לקבוע בוודאות אם אכן מצאנו חלקיק חדש או שמא רעש הרקע שונה מעט מהצפוי.

לא הכל לשווא

בניסוי הנוכחי זיהו המדענים מספר רב של אירועים עודפים והעריכו, כאמור, כי הסיכוי לכך שהאירועים העודפים בניסוי הספציפי הזה נובעים מרעש הוא 1:100,000 בלבד. הסבירות הזאת נשמעת קטנה מאוד, אבל לא מספיק קטנה כדי להכריז על קיומו של חלקיק חדש. שנת 2015 נחתמה בהכרזה שיש אות יוצא דופן בנתונים שנאספו בניסוי, עם ידיעה שיש סיכוי סביר שמדובר רק ברעש. הנתונים שפורסמו בימים האחרונים מבוססים על מדידות רבות שנעשו במהלך 2016, והם מאששים את החשש שהגילוי המבטיח מהשנה הקודמת אינו אלא רעש חריג.

אם המובהקות אינה כה מרשימה, מדוע המדענים התרגשו כל כך וכתבו מאות מאמרים תיאורטיים שניסו להסביר את קיומו של חלקיק שלא היה ולא נברא? התשובה טמונה כנראה בעובדה שגם מדענים מונעים לא פעם מתקוות ומציפיות, ומתרגשים מאירועים שנראים יוצאי דופן במבט ראשון, גם אם הם יודעים שיש סיכוי סביר שהממצאים הם בסך הכל רעש סטטיסטי.

למרות הכל, מאמצי המדענים לא היו לגמרי לשווא. התרגשות מביאה עמה יצירתיות והמאמרים שפורסמו על האפשרות לגילוי חלקיק חדש תרמו להבנה טובה יותר של רעשי הרקע, העלו רעיונות לניסויים חדשים ופתחו דלת לרעיונות שלא נשקלו ונבדקו עד כה.

החלקיק המסוים הזה, שעורר את תקוות המדענים, אינו קיים. אבל למרות האכזבה, אפשר לקוות שהניסויים הבאים במאיץ החלקיקים האירופי הגדול יחשפו את קיומם של חלקיקים אחרים שעדיין אינם מוכרים למדע, וישפכו אור על תופעות פיזיקליות עלומות.

דניאל אלוני, דוקטורנט במכון ויצמן למדע וכתב באתר מכון דוידסון

חשד לקיומו של חלקיק חדש כבד פי 6 מההיגס

260 תגובות ל “אכזבה במאיץ בשוויץ: החלקיק שלא היה”

  1. אנונימי

    אה בסדר. אתה מתכוון לאותו חלק שנמצא מחוץ ליקום. זה "מידע לא שימושי" בטח.
    בכל אופן, לא ברור על מה אתה מדבר אז, לא אמשיך לבזבז את זמני. בהצחה עם הסטטוסקופ.

  2. ישראל שפירא

    אנו

    הראש שלי אומר: אם בלון מתנפח – אז הוא מתנפח למרחב שהיה קודם. גם יקום.

    אתה יכול להגיד שרק מה שבתוך הבלון הוא היקום שלך, אך זוהי נקודת מבט סובייקטיבית.

    ניסים

    הסקופ מראה לי את הגל מאותו המקור – המשדר – בכל הערוצים. הוא גם מראה את זמן ההגעה של כל אות – פולס – בדיוק של פחות מננו, בהשוואה לערוץ המרכזי.

    אני הולך עוד מעט ל FM CITY – האיזור שבו רוב משדרי הרדיו של התחנות בעיר. שם אפשר לקלוט גלים בעוצמה גבוהה גם במרחק כמה קילומטרים מהמשדר.

    הבעיה כמו תמיד היא קליטת אות יחודי בדיוק של ננו. כך אוכל להשוואות בין זמני ההגעה של הסיגנל לאנטנות שונות בתנועה יחסית זו לזו. אם יש לך רעיון, שתף.

  3. אנונימי

    ישראל, מה זאת אומרת לאיפה יבלוט?
    הקצה השני יהיה קרוב לגבול. וככל שהיקום יתרחב כך גם הגבול יתרחק מאותו הקצה השני של המוט. והמוט לעולם לא ישיג אותו אפילו אם תמשיך לחבר אל קיצו הראשון עוד ועוד חלק כדי להגביה את המוט. אפילו אם אתה ישראל 'סופרמדען' שפירא שיודע לבצע המשימה במהירות האור.

  4. ניסים

    ישראל
    הסקופ הוא לא שעון – הוא מתחיל להציג אות כשרמת המתח של האות עובר את הסף שקבעת. מרגע זה הקרן מתקדמת ימינה בקצב שקבעת. יש סקופים שמכילים גם בסיס זמן פנימי והם ייצרו גם כשאין אות טריגר. זה טוב למשל לאותות DC.
    ברוב הסקופים יש חיבור לטריגר חיצוני. אתה צריך מחולל אותות מדוייק מאד אם אתה רוצה לבדוק הפרשי מופע.

    דיברת על ערוצים מרובים. במידה ואין לך אות מונוכרומטי חלק לא תוכל לראות הפרשי מופע.

  5. ישראל שפירא

    ניסים

    הסקופ עצמו הוא סוג של שעון. הוא מראה את האות הנקלט כפונקציה של y-t. כך ניתן לראות את הגל הנושא שמשודר מהמשדר.

    נראה לי שאני מבין אולי מה הבעיה. לגל יש נפח, הוא תלת מימדי. לכן צריך להתרחק מהמשדר מרחק של כמה אלפי אורכי גל כדי שנוכל לראות את הפרשי הפזות בין הערוצים השונים בבהירות.

    אבל מה שאתה אומר על השעון מעניין. יש לך קישור שיוכל להראות לי באיזה סוג שעון מדובר וכיצד מחברים אותו לסקופ?

    אנו

    אם ליקום גודל סופי של x מטרים ונאמר שהוא אפילו מתפשט במהירות האור – אז מה יקרה עם מוט באורך x + מאה שנות אור שקצהו האחד בארץ? לאיפה יבלוט הקצה השני?

  6. אנונימי

    " יקום אינסופי וזמן אינסופי הם הדבר ההגיוני ביותר" זהו ביטוי חסר כל הגיון.
    אם היקום סופי אז איך יכול להיות הגיוני ביותר שהוא יהיה אינסופי?

הוספת תגובה

  • (will not be published)