החלקיק האלוהי – בּוֹזוֹן היגְס והמצוד הגדול ביותר במדע: "לא סוף העולם"

פרק מתוך ספר חדש מאת איאן סמפּל, הכתב לענייני מדע של העיתון גרדיאן. מאנגלית: עתליה זילבר

בתחילת שנות השישים של המאה ה-20, שלוש קבוצות של פיזיקאים, שעבדו כל אחת בנפרד, במדינות שונות, נתקלו ברעיון שעתיד לשנות לחלוטין את מדע הפיזיקה ולהצית את דמיונם של אנשי המדע בעשורים הבאים. הרעיון היה למצוא את מה שכונה אחר-כך בּוֹזוֹן היגְס – כלומר להבין סוף סוף מה נותן מַסָה לדברים, הלבֵנָה החסרה האחרונה בבניין החיים.
עכשיו, אחרי כמעט חמישים שנה, החלקיק הזה התגלה במאיץ החלקיקים האדיר CERN, וההשלכות של הגילוי הן אדירות.

החלקיק האלוהי אורג יחד את הסיפורים של האנשים מאחורי החיפוש, את היריבויות הבינלאומיות, את הכסף העצום, וכמובן את המדע שבבסיס ההרפתקה המדעית הגדולה ביותר של זמננו.
איאן סֶמְפְּל, הסופר המדעי עטור הפרסים, זכה לגישה בלתי-אמצעית אל פיטר היגְס, המדען שעל שמו נקרא החלקיק, וגם בילה זמן רב ב-CERN. בספר הזה הוא מתאר בבהירות ובחיוניות איך התקדם החיפוש השאפתני הזה – מהלך שהושקעו בו מיליארדים רבים, שלוּוה בחששות אדירים (האם החיפוש עצמו עלול להשמיד את היקום? שאלה שבאמת נשאלה…), כמו גם בכישלונות מפוארים – עד לגילוי המדהים והשלכותיו.

עטיפת הספר "החלקיק האלוהי"
עטיפת הספר "החלקיק האלוהי"

לא סוף העולם

אי שם מתחת לפני הרחוב, באי מיושב בצפיפות ממזרח למנהטן, עומדת לקרות תקרית מצערת. מנגיש חלקיקים שפעל שנים בלי כל תקלה מטיח יוֹנים של זהב זה בזה ומרסק אותם, כמו שעשה מאז הופעל לראשונה. האנרגיה בהתנגשות היוֹנים רבה עד כדי כך שהפּרוֹטוֹנים והנֵיטרוֹנים שבתוכם נמסים ופולטים מרק חם של קְוַורקים וחלקיקים מְחַבּרים ששמם גלוּאוֹנים.
ההתנגשות שמתרחשת עכשיו שונה מכל ההתנגשויות הקודמות. בדרך כלל, כשיוֹנים מתנגשים, הקְוַורקים שמשתחררים חוזרים ומצטופפים ויוצרים חלקיקים תת אטומיים לא מזיקים. הפעם הם שבו והתחברו בדרך שנראתה למדענים כל כך לא סבירה עד שהוציאו אותה מכלל חשבון. גרגר החומר הלא רגיל נורה מתוך התא הראשי של המאיץ ומשתכן בתוך מגנט ענקי שמקיף את אחד הגַלָאים.

מרגע שהחלקיק משתבץ שם הוא מתנהג בצורה מוזרה. הוא מתחיל למשוך אליו את האטומים שמסביבו ולבלוע אותם. ככל שהוא מתנפח וגדל, הוא מתנפל על עוד ועוד משכניו האטוֹמים ובולע גם אותם. כשהוא מגיע לגודלו של אטום רגיל, הוא נופל אל רצפת המעבדה בלי שאיש מבחין בו, ושם הוא עובר חיש מהר דרך הבטון ושוקע בקרקע.
רחוק מן העין, החלקיק ההולך וגדל יורד בתנועה ספּירלית אל מרכז הפלנטה המסתובבת שלנו ובולע בתוך כך חומר ופולט חום במידה מספקת למוסס סלע ועַפרה. עד מהרה הקרקע מתחת לדרום מזרח ניו יורק מתחילה לרעוד ולהיסדק. לאחר זמן, אחרי שערים קורסות ואוקיינוסים רותחים ונעלמים, הפּלנטה בולעת את עצמה. כל מה שנשאר ממנה הוא כדור חומר שקט וחם, כגודלו של מגרש קריקט.

התרחיש הלא סביר הזה הוא אחד הרעיונות המוזרים שפיזיקאים נאלצו לבדוק כאשר קבוצה קטנה של מוחים העלתה חששות בנוגע לבטיחותם של מנגישי החלקיקים בסוף המאה ה 20. פרנק וילְצֶ'ק לא נהג בדרך כלל לבלות את חופשות הקיץ שלו בהרהורים על תחזיות מטורפות כאלה של תרחישי יום הדין. בדרך כלל הוא היה נוסע לניו הֶמְפְּשיר ונהנה מן השמש ומשינוי קצב החיים במעון הנופש הכפרי שלו. לא היה שם טלפון, ולכן מי שרצה לדבר איתו נאלץ להמתין. על כל פנים, כך זה היה בדרך כלל.

היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים. האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN
היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים. האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN

הקיץ של 1999 היה שונה. שבועות אחדים קודם לכן הגיעו שני מכתבים למערכת המגזין סיינטיפיק אמריקן. המכתבים הביעו חששות בקשר למנגיש חלקיקים חדש שעתיד להיבנות בלוֹנג אַיילנד. כמה חודשים קודם לכן פירסם המגזין כתבה על המנגיש, שנקרא "מנגיש יוֹנים כבדים יחסותי" (Relativistic Heavy Ion Collider), בראשי תיבות RHIC, או "ריק" (Rick) בשמו הלא רשמי. כותרת המאמר היתה "מפץ גדול קטן". RHIC נועד להטיח יונים של זהב זה בזה כדי שהמדענים יוכלו לחקור חומר אקזוטי שלפי ההשערה היה קיים ברגעים הראשונים של הבריאה.
אחד המכתבים על RHIC הגיע ממייקל קוֹגיל מקולומבּיה הבריטית. "אני מודאג מכך שהפיזיקאים מתקדמים במרץ למקום לא בטוח", כתב קוֹגיל. "מה יקרה אם הם ישַנו בדרך כלשהי את יסודות הטבע ולא יהיה אפשר להחזיר אותם לקדמותם?". המכתב האחר הגיע בדוא"ל מווֹלטר וַגְנֶר בהוואי. הוא שאל אם המדענים בטוחים לחלוטין שאין כל סכנה ש RHIC יברא לא בכוונה חור שחור שיוכל לבלוע את כדור הארץ בתוך שניות.

המכתבים היו נקודת הפתיחה לפּאניקה של פיזיקת חלקיקים בנוסח בהלת בריאוּת בליבוי התקשורת. השאלות של הקוראים היו לגיטימיות, כי העלו נקודות מדעיות מעניינות, אבל האירועים שהן הניעו היו מגוחכים כמעט כמו תרחיש יום הדין שתואר לעיל. הבהלה הגיעה לשיאה בעתירה משפטית שאיימה לסגור את מאיצי החלקיקים באמריקה ובאירופה, דבר שהיה שׂם קֵץ אחת ולתמיד למצוד אחר חלקיק היגְס.

עורכי סיינטיפיק אמריקן החליטו לפרסם תשובה לשאלות הקוראים, שתיכתב על ידי מדען בכיר בתחום. הם התקשרו לפרנק וילְצֶ'ק ושאלו אותו אם הוא מוכן לעשות זאת. הוא כתב תשובה ושלח אותה למגזין זמן קצר לפני שנסע לניו המפּשיר. התשובה נועדה להתפרסם יחד עם המכתבים בגיליון יולי של המגזין.

וילְצֶ'ק הסביר שאי אפשר ליצור חורים שחורים ב RHIC, אבל בזה לא הסתיימה תשובתו. הוא המשיך והבהיר אפשרות אחרת, גם היא ספּקוּלטיבית ביותר אבל "מכובדת למדי", שאולי תיווצר במנגיש צורה חדשה ויציבה של חומר שנקרא strangelet ("מוּזָרוֹן"). "יש מקום אולי להיות מודאגים משינוי מסוג 'קרח 9', שבו מוּזרוֹן גדֵל על ידי צירוף ושינוי של החומר הרגיל בסביבתו", כתב. תשובתו הסתיימה במשפט של הרגעה, שאפילו מוּזרוֹן סוֹרר הוא גורם לא סביר להרס גלובלי.

התשובה נראתה בלתי מזיקה. היא הרגיעה את הקוראים והבטיחה להם שאין להם מה לחשוש בזמן הקרוב מחורים שחורים מתחת לניו יורק, והעלתה תפיסה תיאורטית מסקרנת בתור חומר למחשבה. "חשבתי שכדאי לנצל את ההזדמנות כדי להרביץ קצת תורה", אמר לי וילְצֶ'ק כעבור שנים. "היה מעניין מבחינה מדעית להזכיר את המוּזרוֹנים, ולכן, כדי להגביר את החן של התשובה שלי, אמרתי משהו בסגנון: אם אתם באמת רוצים להיות מודאגים בגלל משהו, תדאגו בגלל זה".

כשהתשובה של וילְצֶ'ק הגיעה לסיינטיפיק אמריקן, העורכים סברו שהיא ארוכה מדי, ולכן קיצרו אותה בשליש. אבל בתוך כך הם גם שינו לגמרי את הטון של הרשימה. בגירסה הערוכה תשובתו של וילְצֶ'ק נשמעת דו משמעית יותר בנוגע לסכנות הנשקפות מהמוּזרוֹנים המשחרים לטרף. "היה הרבה פחות ברור שתרחיש המוּזרוֹנים גם הוא מאוד לא סביר", אמר וילְצֶ'ק. למרבה הצער – אם כי הדבר מובן – גם סיינטיפיק אמריקן וגם וילְצֶ'ק לא הצליחו למצוא את הנוסח המקורי של התשובה.

במעבדה הלאומית בְּרוּקהֵייבֶן, שבה הוכן המנגיש להפעלה, נודע למנהל, ג'ון מַרְבּוּרְגֶר, שהמגזין עומד לפרסם את המכתבים ואת התשובה של וילְצֶ'ק. מַרְבּוּרְגֶר הוצנח למעבדה כדי לקבל פיקוד על המיתקן הממשלתי שנה קודם לכן, אחרי שבינואר 1997 התגלתה צורה רדיוֹאקטיבית של מימן שנקראת טריטיוּם במי התהום מדרום לכור High Flux Beam Reactor – כור גרעיני לצורכי מחקר במעבדה הלאומית בְּרוּקהֵייבֶן. ריכוזי הטריטיוּם היו מעל למותר על פי הקריטריונים הפדרליים ואלה של המדינות, אבל היו מוגבלים לאתר בְּרוּקהֵייבֶן. הדליפה הלא מזיקה עוררה זעקה ציבורית כל כך עזה, עד שמשרד האנרגיה סגר את הכור והורה על מיבצע טיהור בעלוּת של מיליוני דולרים.

מַרְבּוּרְגֶר, שלאחר זמן שימש יועץ מדעי של מימשל הנשיא ג'ורג' בוש הבן, ראה את ענני הסערה נקשרים באופק. סיינטיפיק אמריקן הוא מגזין רציני. וילְצֶ'ק הוא פיזיקאי מבריק וידוע. הקהילה המקומית מתייחסת בחשד לממשלה ולדרך שבה היא מנהלת את המעבדה. במכתבים, ובייחוד בתשובה של וילְצֶ'ק, היו כל המרכיבים של אסון ביחסי ציבור, אולי אפילו קטסטרופה גלובלית. "הבנתי מייד שיש כאן בעיה", נזכר מַרְבּוּרְגֶר. "אפילו סיכוי קטן הוא עניין גדול כשמדובר בהחרבת כדור הארץ".

שדה היגס. איור: shutterstock
שדה היגס. איור: shutterstock

לפני הדפסת הגיליון של סיינטיפיק אמריקן כינס מַרְבּוּרְגֶר ועדה של פיזיקאים וביקש מהם לבדוק רשימה של תרחישי אסונות לא סבירים שיש סכנה – ולו אפסית – שהמנגיש יחולל. "האדם הראשון שפניתי אליו וביקשתי ממנו שיצטרף לוועדה היה פרנק וילְצֶ'ק", אומר מַרְבּוּרְגֶר. "הגישה שלי היתה: 'טוב, פרנק, אתה התחלת את הבלגן הזה, אתה צריך לעזור לי להרגיע אותו'".

ימים אחדים אחרי שהגיע סיינטיפיק אמריקן אל הדוכנים פרצה הסערה של מַרְבּוּרְגֶר. ב 18 ביולי פירסם העיתון הלונדוני סנדיי טיימס ידיעה שכותרתה: "מכונת המפץ הגדול עלולה להרוס את כדור הארץ". סוּפַּר שם שהמאיץ RHIC נמצא "בבדיקה" וכי מַרְבּוּרְגֶר מינה מומחים לדווח לו "אם הפרויקט עלול לפנות לנתיב שגוי ולחולל אסון". מאמר מערכת שנלווה לידיעה קונן: "האנשים בחלוקים הלבנים ישלחו אותנו, ואת עצמם, אל תהום של חור שחור שהם עתידים ליצור במו ידיהם". העיתונים הבריטיים לא ממש ידועים באיפוק שלהם, בעיקר בחודשי הקיץ.

כצפוי, כלי תקשורת אחרים קפצו על הסיפור. אחדים קראו למנגיש RHIC "מכונת יום הדין". לשכת העיתונות בבְּרוּקהֵייבֶן הוצפה בשיחות טלפון. אדם אחד רצה לדעת אם חור שחור שנוצר במכונה הפיל את המטוס של ג'ון פ. קֶנֶדי הבן (אחד הפיזיקאים ענה כך: "הקישור הזה, אֶה, לא עלה על דעתי"). בהודעה שנועדה להרגיע את המצב הזכיר מַרְבּוּרְגֶר לאנשים ש"המדענים לא רוצים לסכן את העולם או את עצמם יותר מכל אדם אחר".

כולם רצו לדבר עם פרנק וילְצֶ'ק, אבל הוא כבר נסע לניו המפּשיר. "אין לי קו טלפון שם, וטלפון נייד לא היה לי אז, אבל כלי תקשורת מכל העולם צרו עלי. הייתי צריך לנסוע למקום שיש בו טלפון ציבורי ולענות להם", אמר וילְצֶ'ק.

הסערה שעורר המנגיש לא היתה כולה שלילית. המאמר בסנדיי טיימס הבטיח למכונה פירסום בכל רחבי הגלובוס, ועל כל ידיעה חדשותית שהכריזה על סוף העולם, היו ידיעות מתונות יותר שהסבירו את חשיבותם של הניסויים בבְּרוּקהֵייבֶן.

הפגזת אוטמי זהב ויצירת אנטי הליום במעבדות הלאומיות ברוקהייבן
הפגזת אוטמי זהב ויצירת אנטי הליום במעבדות הלאומיות ברוקהייבן

בז'נווה, הנהלת CERN הבינה שהמעבדה האירופית היא מטרה ברורה לחיציו של מיעוט קולני, שהבהיר כי הוא רוצה לסגור את מאיצי החלקיקים. למכונה הענקית LEP נשארה רק כשנה אחת לפעול, והיא עדיין לא הרסה את העולם. מה שהדאיג יותר את CERN היה תגובת הנֶגד של הציבור כלפי מנגיש ההַדְרוֹנים הגדול, שנועד להיות מנגיש החלקיקים החזק בעולם. אם תיעצר בניית המכונה בגלל קריסת התמיכה הציבורית, ייתכן שחלקיק היגְס לא יתגלה לעולם. שורה ארוכה של תיאוריות אחרות יושלכו אל המחוז הנידח של תיאוריות שאי אפשר לבחון אותן בניסויים. ליתר ביטחון וזהירות, מנכ"ל CERN, לוצ'אנו מָיָאני, מינה צוות פיזיקאים משלו לבחון את בטיחותו של המנגיש החדש.

הבדיקות במעבדה הלאומית בְּרוּקהֵייבֶן וב CERN היו בלי ספק הפעם הראשונה שבה ממשלות ביקשו ממדענים לדון ברצינות בשאלה אם יש סיכוי שניסויי מעבדה עלולים להרוס את כדור הארץ. המצב היחיד שאפשר להשוות אותו לזה היה ב 1945, כששניים ממדעני פרויקט מנהטן, אמיל קוֹנוֹפּינסקי ואדוארד טֶלֶר, חישבו את הסיכויים שפצצות גרעין יציתו את האטמוספרה של כדור הארץ. הם קבעו שהדבר בלתי אפשרי, לפחות בכל הנוגע לפצצות שאותן הם עמדו לייצר בפרויקט מנהטן. אגב, הקביעה הזאת שלהם זו לא מנעה מאֶנְריקוֹ פֶרְמי – לקראת ההפעלה של פצצת האטום הראשונה, ב 16 ביולי אותה שנה, באתר הניסויים טריניטי – לארגן התערבות בשאלה אם יש אפשרות שהעולם יגיע לקיצו.

ועדות הבטיחות שהקימו המעבדה הלאומית בְּרוּקהֵייבֶן ו CERN בדקו תרחישים שעלולים לחולל אסון בכדור הארץ, וביניהם: יצירה מקרית של מוּזרוֹנים מסוכנים (סוגים אחדים שלהם נחשבים חסרי כל נזק); יצירה של חור שחור שיבלע את כדור הארץ כהרף עין; יצירת מוֹנוֹפּוֹלים מגנטיים הורסי אטומים; ותרחיש סופני ביותר שקרוי בשם התמים "דעיכת ריק", או "דעיכת ואקום" (vacuum decay).

דבריו של וילְצֶ'ק על "קרח 9" נלקחו מספרו של קוּרט ווֹנֶגוּט משנת 1963, עריסת חתול (Cat's Cradle), שבו הוא מתאר עולם שעבר תמורה לאחר שהשתחררה בטעות צורת קרח חלופית, יציבה יותר, שפיתח הצבא. "קרח 9" נועד לפנות בוץ ולמנוע מחיילים ומכלי מלחמה לשקוע בו. שבב יחיד של "קרח 9" שנזרק אל שטח מכוסה בוץ נעשה אתר התגרענות, נקודה שמוֹלקוּלוֹת המים שמסביבה נדבקות אליה וקופאות למיבנים גבישיים חדשים, קשים כמו שולחן. שלא כמים קפואים רגילים, "קרח 9" אינו מתמוסס עד שהוא מחומם ל 45.8 מעלות צלזיוס.
שנה לפני שפורסם הספר עריסת חתול, מדענים ברוסיה יצרו משהו שעורר פחדים דומים לאלה שעתידים להיקשר עם "קרח 9". ניקולאי פֶדְיָאקין היה כימאי במעבדה ממשלתית נידחת בקוֹסְטְרוֹמָה שברוסיה התיכונה. הוא השקיע את זמנו בלימוד התנהגותם של מים בצינוריות נִימִיות. יום אחד בדק כמה צינוריות אחרי שמילא את חציין במים, וראה שמעל פני המים הופיעו טיפות מים חדשות, נפרדות. עם הזמן הן גדלו על חשבון המים שמתחתיהן. בדיקות הראו כי טיפות המים החדשות האלה דחוסות הרבה יותר ממים רגילים. פֶדְיָאקין נדהם. הניסויים שלו הצביעו על פאזה חדשה של מים, פאזה יציבה יותר שמסוגלת לשנות מים טהורים במגע.

תגליות חשובות אינן נשארות זמן רב במעבדות קטנות. כשנפוצה השמועה על פריצת הדרך, הועבר המחקר של פֶדְיָאקין למוסקבה, ושם המשיך אותו אחד המדענים הנודעים של רוסיה, בוריס דֶרְיָאגין. דֶרְיָאגין, שנודע כמדען יסודי וקפדן, שיחזר את הניסויים של פֶדְיָאקין בהצלחה. הוא הכריז על גילוי "מים אַנוֹמָליים" – פאזה חדשה ולא ידועה של הנוזל היקר ביותר של החיים.

הקהילה המדעית הרחבה היתה ספקנית ביותר, עד שצוות מדענים ממכון התקנים הלאומי של ארצות הברית פירסם מחקר שתמך במימצאים של הרוסים. הם בדקו איך מים אַנוֹמָליים סופגים אור תת אדום, והודיעו שהם עושים זאת בדרך שונה ממים רגילים. הם עוד הגדילו לעשות ונתנו לנוזל שם חדש, polywater (מים פּוֹלימֶריים), מפני שהיו משוכנעים כי מוֹלקוּלוֹת המים מתקבצות ויוצרות גֶ'ל דמוי פּוֹלימֶר, המורכב משרשראות ארוכות ומִטַבָּעוֹת משוּשוֹת של מים.

מימין: פרופ' גיורא מיקנברג, פרופ' עילם גרוס ופרופ' אהוד דוכובני. מסע ארוך
מימין: פרופ' גיורא מיקנברג, פרופ' עילם גרוס ופרופ' אהוד דוכובני. פרופ' גרוס היה רכז המחקר במתקן אטלס בעת גילוי ההיגס. צילום: דוברות מכון ויצמן

למים הפּוֹלימֶריים היו כמה תכונות מטרידות המשותפות להם ול"קרח 9". מדענים אחדים חשבו שהם יציבים יותר ממים רגילים ונמסים בטמפרטורה גבוהה יותר מהטמפרטורה שבה נמס הקרח. אם אכן כך הם פני הדברים, ואם ייצרו אי פעם מים כאלה וישפכו אותם אל נתיבי המים של העולם, הם עלולים להפוך את מלאי המים בכדור הארץ למים פּוֹלימֶריים. במילים אחרות, מוֹלקוּלוֹת המים ייקשרו זו אל זו וייצרו מוֹלקוּלוֹת ענקיות כמו המוֹלקוּלוֹת שבפלסטיק. מבחינת החיים על כדור הארץ, התוצאה תהיה נוראה מעֵבר לכל דמיון. באוקטובר 1969 פירסם כתב העת נייצ'ר מכתב מאת קורא, פ.ג'. דוֹנוֹהוֹ מווילְקְס קולג' בפנסילבניה, שדרש מן המדענים לאשר כי המים הפּוֹלימֶריים בטוחים. "התוצאות של טעות בעניין הזה חמורות כל כך, עד שאין לקבל אלא עדות ניצחת שלא נשקפת מהם שום סכנה", כתב דוֹנוֹהוֹ. "אני רואה בפּוֹלימֶר את החומר המסוכן ביותר בכדור הארץ… מדענים בכל מקום צריכים להיות ערים לצורך בזהירות קיצונית בטיפול במים הפּוֹלימֶריים. יש לנהוג בהם כמו בנגיף הקטלני ביותר עד שתוכח בטיחותם".

המים הפּוֹלימֶריים זכו לאמינות, אבל מדענים רבים עדיין לא היו משוכנעים. הם טענו שאם יש באמת צורה יציבה יותר של מים, הרי כבר היינו צריכים למצוא שכבות צמיגיות שלהם לפני זמן רב. הפיזיקאי ריצ'רד פַיינמַן ציין שאם המים הפּוֹלימֶריים אמיתיים, מיליוני שנים של אבולוציה היו נותנים לנו יצור שאמצעי הקיום היחיד שלו הוא שתיית מים ופליטת מים פּוֹלימֶריים, מפני שהמעבר ממים למים פּוֹלימֶריים משחרר אנרגיה שהאורגניזם יכול לשגשג עליה.

כמו שפַיינמַן חשד, התברר שהמים הפּוֹלימֶריים הם שטויות. אחרי שנים של ניסויים מצאו המדענים שהדבר היחיד שמבדיל בין מים פּוֹלימֶריים ובין מים רגילים הוא שהם מכילים זיהומים, שרבים מהם, כך נראה, מקורם בצינוריות הנימיות שהוחזקו בהן. למן התגלית המרגשת ועד להפרכה המביכה, הסחת הדעת שיצרו המים הפּוֹלימֶריים נמשכה עשור.
הפחדים ממים פּוֹלימֶריים שיקפיאו את מי הנהרות והאוקיינוסים שככו במהירות, אבל התחזית בדבר חומר אקזוטי שישנה את כדור הארץ לא הרפתה. שנים אחדות אחרי ששככה מהומת המים הפּוֹלימֶריים, פיזיקאי סיני אמריקאי, חתן פרס נוֹבּל ששמו צוּנְג דָאוֹ לי, ותיאורטיקן איטלקי, ג'אן קרלו וִיק, העלו את ההשערה שמנגישי החלקיקים מסוגלים אולי להטיח גרעיני אטום זה בזה בכוח רב עד כדי כך שיקרסו לצורת חומר יציבה ודחוסה במידה שעולה על כל דמיון. לי היה נרגש כל כך מהרעיון, עד שהציע לאַחֵד שני מאיצי חלקיקים כדי לראות אם המדענים יכולים ליצור חומר כזה.
מהנדסים במעבדת לוֹרֶנְס בֶּרְקְלי בקליפורניה ניגשו למלאכה. הם איחדו שני מאיצים כך שמאיץ אחד ירה גרעיני אטום לתוך המאיץ השני, וזה האיץ אותם עוד יותר והטיח אותם במטרה. כשהופעלה המכונה, בֶּוָולַק (Bevalac) שמה, באמצע שנות ה 1970, המדענים לא היו בטוחים שהיא תברא את "החומר האַנוֹמָלי" של לי וּוִיק. אבל הם ידעו גם ידעו שאם יבראו אותו, ייתכן שהוא לא יהיה בלתי מסוכן.

במאי 1979, שנים אחרי שבֶּוָולַק התחילה לפעול, אבל לפני שהתחילה להאיץ יונים כבדים כמו אוּרניוּם, כמה מדענים בכירים נפגשו בחשאי במעבדת לוֹרֶנְס בֶּרְקְלי לדון בשאלה אם המכונה עשויה ליצור חומר אַנוֹמָלי, ואם יש בו סיכון. ושוב הטיל "קרח 9" את צילו הכבד. אם החומר האַנוֹמָלי יציב יותר מהחומר הרגיל, כמות זעירה עלולה לשנות את כל החומר שבא איתה במגע ולחולל כך אסון גלובלי.

המומחים המכונסים, ובהם צוּנְג דָאוֹ לי וברנרד הארווי, מנהל המחלקה לפיזיקה גרעינית במעבדת לוֹרֶנְס בֶּרְקְלי, בילו יום וחצי בדיונים על תרחיש האסון ובשאלה אם צריך לבטל את הניסויים בבֶּוָולַק. כשהסתיימה הפגישה הם היו תמימי דעים שאין בחומר האַנוֹמָלי שום סכנה. במשך מיליארדי שנים התרחשו על הירח התנגשויות אנרגטיות יותר, כאשר חלקיקים בקרניים הקוסמיות התעופפו אל פני הירח. אילו החומר האַנוֹמָלי היה מסוכן, הוא היה הורס את הירח לפני זמן רב. והואיל ונראה כי לַירח שלום, המדענים הסיקו שאין כל סיבה לדאגה.
לחוקרים שעבדו עם המכונה היה עוד סיכון, אישי יותר, שהיה צריך לשקול, אף על פי שרובם ודאי הרגישו מוגנים. משלהי שנות ה 1970 ועד אמצע שנות ה 1990 סבלה ארצות הברית מרצף תזזיתי של פצצות שמטרתן היתה מדענים ועובדי חברות תעופה. סוכני האף.בּי.אַיי שעסקו בדבר ידעו שהאדם שהם מחפשים, שכינויו היה ה"יוּנָבּוֹמְבֶּר", מתנגד עמוקות למה שהיה בעיניו המצעד העיוור של הטכנולוגיה ותוצאותיה הפוטנציאליות לאנושות.

שנה לפני שהופסקה פעילותה של מכונת בֵּווָלַק, שני פיזיקאים, גֶרי וֶסְטְפוֹל מהאוניברסיטה של מדינת מישיגן וסָבּוּל דַס גוּפְּטָה מאוניברסיטת מֶקְגיל במונטריאול, כתבו מאמר לכתב העת פיזיקס טוּדֵיי ובו היללו ושיבחו את הישגיה של המכונה. הם סיפרו כי "התקיימו מיפגשים מאחורי דלתיים סגורות" כדי לברר אם סכנת האסון חמורה עד כדי כך שיש לבטל את הניסויים מטעמי בטיחות. המאמר הוסיף: "הניסויים בוצעו בסופו של דבר, ולמרבה המזל שום אסון שכזה עדיין לא קרה".

בתוך תעלת מאיץ ההדרונים הגדול בסרן, ז'נבה. צילום: CERN
בתוך תעלת מאיץ ההדרונים הגדול בסרן, ז'נבה. צילום: CERN

כשהתפרסם המאמר חשש האף.בּי.אַיי כי וֶסְטְפוֹל ודַס גוּפְּטָה עלולים להיות יעד לפצצותיו של היוּנָבּוֹמְבֶּר. שניהם הוכנסו לרשימת שמירה, וגרי וֶסְטְפוֹל הסכים שבדואר שלו ייעשה חיפוש לאיתור חומרי נפץ. דַס גוּפְּטָה סירב, ובחר לשים את מבטחו בשירות הדואר הקנדי ובמזכירה שלו באוניברסיטה. שום חומרי נפץ לא יורטו מעולם בדרכם אל החוקרים.

היוּנָבּוֹמְבֶּר נעצר כשנה אחרי שגרי וֶסְטְפוֹל וסָבּוּל דַס גוּפְּטָה הוכנסו לרשימת היעדים הפוטנציאליים של האף.בּי.אַיי. תיאודור קָצ'ינסקי, לשעבר מתמטיקאי בהרווארד ואחר כך פרופסור באוניברסיטת קליפורניה בבֶּרְקְלי, חי חיי פרא וניהל את מסע ההפצצות שלו מבקתה במוֹנטנה. הוא נאסר אחרי שאחיו גילה ביטויים מוכרים במָניפסט של שמונה עמודים ששני עיתונים גדולים הסכימו לפרסם. במיסמך פיקפק קָצ'ינסקי במניעים של אדוארד טֶלֶר לפיתוח פצצת המימן, והזהיר: "הטֶכְנוֹפילים לוקחים את כולנו למסע חסר כל אחריות אל הלא נודע".

כשהמנגיש RHIC בבְּרוּקהֵייבֶן היה מוכן להפעלה כבר פגו החששות בעניין החומר האַנוֹמָלי של לי וּויק. אבל המאמר של וילְצֶ'ק בסיינטיפיק אמריקן הבטיח שהמוּזרוֹנים הפרועים והרעבתניים יהיו מוכנים ומזומנים למלא את תפקיד היֵשות המפחידה המבשרת את קץ העולם. מדענים העלו את רעיון המוּזרוֹנים כשניסו לחשוב מה עלול לקרות אם הפּרוֹטוֹנים והנֵיטרוֹנים שבתוך גרעיני האטום יהיו נתונים ללחצים בלתי רגילים. דבר כזה עלול לקרות באופן טבעי בליבם של כוכבי נֵיטרוֹנים, שנוצרים כאשר כוכבים רגילים מתפוצצים וקורסים בכוח הכבידה שלהם עצמם. כוכבי נֵיטרוֹנים הם עצמים דחוסים להדהים: המסה של כפית מחומר הליבה של כוכב כזה היא כמאה מיליון טונות.

פּרוֹטוֹנים ונֵיטרוֹנים נורמליים עשויים משני סוגים של קְוַורקים, שנקראים "מעלה" ו"מטה", אבל המדענים חושדים שכמה מאלה, בלחץ גדול, עלולים להפוך לסוג קְוַורק שלישי, ששמו קְוַורק "מוזר". תערובת של קְוַורקים כאלה נקראת מוּזָרוֹן. ב 1984, הפיזיקאי אד ויטֶן מהמכון למחקר מתקדם בפּרינסטוֹן, שרבים רואים בו את היורש הטבעי של איינשטיין, חישב ומצא שברגע שהמוּזרוֹנים נוצרים הם עשויים להמשיך להתקיים גם אם הלחץ העצום הנחוץ ליצירתם השתחרר. המאמר זרע את החשד שאם מוּזרוֹנים הם יציבים יותר מחומר רגיל, הם עלולים לחולל תרחיש מסוג קרח 9 שתיאר וילְצֶ'ק.

ועדות הבטיחות בבְּרוּקהֵייבֶן וב CERN הסבירו באריכות מדוע אין כל סיבה לחשוש מהיווצרות מוּזרוֹנים במנגישים. אם הם קיימים בכלל, קשה מאוד ליצור אותם. ואם מצליחים ליצור אותם, הם אינם יציבים ביותר. ואם הם במקרה משתהים בסביבה יותר מן המצופה, קרוב לוודאי שהם בעלי מטען חיובי, ולכן לא יהיו מסוגלים למשוך אליהם גרעיני אטום ולבלוע אותם.

דברי ההרגעה התיאורטיים בדבר ביטחונה של הפלנטה לא הפיגו את כל החששות. הפיזיקאים שלדון גְלאשוֹ וריצ'רד וילסון מהרווארד סיכמו את תחושת האי נוחות במאמר שהתפרסם בנייצ'ר בדצמבר 1999: "אם המוּזרוֹנים קיימים (וזה מתקבל על הדעת), ואם הם יוצרים גושים יציבים למדי (וזה בלתי סביר), ואם הם בעלי מטען שלילי (אף על פי שהתיאוריה מעדיפה מטענים חיוביים), ואם מוּזרוֹנים זעירים יכולים להיווצר במאיץ RHIC (וזה בלתי סביר לחלוטין), כי אז אולי עלולה להיות בעיה. מוּזָרוֹן שזה עתה נולד יכול לבלוע גרעיני אטומים, לגדול בלי מעצור ולבסוף לבלוע את כדור הארץ. המילה 'בלתי סביר', גם אם חוזרים עליה פעמים רבות, אין בה כדי להפיג את הפחד שלנו מהאסון הטוטלי הזה".

כדי לחזק את מסקנותיהם, ועדות הבטיחות טענו שאמא טבע כבר עשתה בשבילנו את הניסויים של המאיץ RHIC. הקרניים הקוסמיות מכילות יוֹנים של מתכת שנעים כמעט במהירות האור. היוֹנים האלה מתנגשים במינרלים על הירח ועל אסטֶרוֹאידים וביוֹנים חופשיים המצויים בענני האבק והגז הבין כוכביים. אילו המוּזרוֹנים המסוכנים היו נוצרים בקלות, הם כבר היו נוצרים בחלל.

כמו בפרשת בֶּוָולַק והחששות בעניין החומר האַנוֹמָלי, הנוכחות המתמשכת של הירח הובאה כראיה חזקה שהמוּזרוֹנים המרושעים הם לכל הפחות נדירים ביותר. אם חמישה מיליארדי שנים של חבטות של קרניים קוסמיות לא הפכו את הירח לגוש ענקי של חומר מוזר, חמש שנים של התנגשויות במאיץ RHIC לא יעמידו את כדור הארץ בסכנה. עוד דברי הרגעה התבססו על גורלם של אסטֶרוֹאידים. אילו היו הקרניים הקוסמיות יוצרות "אסטֶרוֹאידים רוצחים" על ידי הפיכתם למוּזרוֹנים, כמה מהם היו נופלים בוודאי אל השמש או אל כוכבים אחרים והורסים אותם. אבל כשהמדענים הביטו ב 70 מיליארד ביליון הכוכבים ביקום הנראה, הם לא ראו אלא מוות טבעי של כוכבים בהתפוצצויות סוּפּרנוֹבה.

כדי לתת מושג כמה בלתי סבירה האפשרות שמנגיש ההַדְרוֹנים הגדול, LHC, עתיד להתגלות כהפתעה לא נעימה, עשו מדעני CERN חישוב. קרניים קוסמיות מתנגשות בשמש שלנו בקביעות באנרגיה לא פחותה מזו שבהתנגשויות LHC. על יסוד מספר הכוכבים ביקום הנראה, הם העריכו כי מראשית היקום עשה הטבע את כמות הניסויים שיעשה LHC במשך כל ימי חייו (עשרים שנה בערך) פי מיליון ביליון ביליון. יתרה מזו, סך כל ההתנגשויות של הקרניים הקוסמיות בכוכבים רחוקים מדי שנייה גדול פי 10 ביליון מכמות הניסויים הכוללת של LHC בכל ימי חייה של המכונה.

מתוך התערוכה "יקום של חלקיקים" שנפתחה ב-CERN ב-1 ביולי 2010
מתוך התערוכה "יקום של חלקיקים" שנפתחה ב-CERN ב-1 ביולי 2010

מכל תרחישי האסון שבדקו מדעני בְּרוּקהֵייבֶן ו CERN, בריאת חור שחור שבולע את כדור הארץ בשלמותו קיבלה את רוב תשומת הלב של התקשורת. שתי הקבוצות שללו את הסכנה. כדי ליצור חור שחור רגיל יצטרך מנגיש חלקיקים לדחוס מספר מדהים באמת של חלקיקים לנפח זעיר עד כדי כך שהכבידה תגרום לכדור החומר לקרוס לתוך עצמו. המעשה הרב הזה רחוק כל כך מהיכולות של כל מנגיש מוכר – וכל מנגיש בעתיד הנראה לעין – ששני הצוותים לא ייחדו זמן רב לבדיקת התרחיש הזה.

שלילת התרחיש התבססה על ההנחה שאיינשטיין אמר את המילה האחרונה בכל מה שקשור לכבידה, אבל זה כנראה לא סביר. כמה תיאוריות חדשות מתארות טבע בעל ממדים נסתרים שמקופלים למידות קטנות עד כדי כך שאיננו יכולים לראותם. עד כה אין כל ראָיה שאנחנו חיים בעולם בעל יותר מארבעה ממדים – שלושה ממדים מרחביים וממד הזמן – אבל אם ממדים נוספים אכן קיימים, יש לשער כי חורים שחורים מיקרוֹסקוֹפּיים היו יכולים להיווצר בקלות רבה במנגישי החלקיקים המודרניים.

ושוב, המדענים שקלו והגיעו למסקנה שאין כל סיבה לפחד גם אם חורים שחורים מיקרוֹסקוֹפּיים ייווצרו אי פעם במנגישים. ב 1975 הראה הקוסמולוג איש קיימבּרידג' סטיבן הוֹקינג כי חורים שחורים פולטים קרינה. ככל שהם קטנים יותר כך הם מאבדים קרינה רבה יותר. לפי תיאוריות שכוללות ממדים נוספים, כל החורים השחורים שייווצרו ב LHC יהיו ננסים קוסמיים, שרוחבם מיליונית של מיליארדית המילימטר. בגודל הזה הם יהיו נקודות זעירות שפולטות קרינה אדירה – גבוהה פי מיליארד מהקרינה במרכז השמש. אבל למרבה המזל הם יאבדו חום כל כך מהר עד שיתנדפו וייעלמו כהרף עין.

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

194 תגובות

  1. ״אני חושב שאתה לא מבין, או לא רוצה להבין״

    שכחת רק להוסיף ״משתדל לא להבין״ כדי להצטרף לועדת החינוך של האתר, כל הפדגוגים ומטיפי המוסר שעניינם הוא פסיכולוגיה ולא טכנולוגיה..

    אני דווקא מאמין שאני מבין טוב מאוד, אך כפי שכבר אמרתי אין לי כוח להתחיל לחזור על כל הדיונים וההנמקות.

    רות, סוף.

  2. ישראל
    חוק שימור התנע לא מתחייב לוגית. אני חושב שאתה לא מבין, או לא רוצה להבין, מה זה "מתחייב לוגית".

    כל עוד זה המצב, באמת אין טעם בדיון.

  3. כמו בהוכחה של גלילאו, לא צריך פיזיקה, רק לוגיקה.

    חוק שימור התנע חייב להתקיים גם ללא מנגנון שגורם לו כמו ההיגס, אחרת ניתקל בבעיות חמורות, שאחת מהן היא שללא היגס אין בכלל גופים ואין מסה, בעוד שחלקיק ההיגס הוא בעל מסה גבוהה בעצמו.

    אבל אין לי כוח לחזור על כל הדיון מחדש. אילי פאת – מאת.

  4. ישראל
    כתבת "הטענה שלי היא שגם ללא מנגנון כגון ההיגס, עצמים חייבים להתנגד להפעלת כוח ביחס ישיר לכמות המסה".

    הטענה לא ברורה. אתה אומר שיש מנגנון אחר שנותן מסה לחלקיקים, אבל גם אומר שאין מנגנון כזה.

    הפרדוקס שלך הוא לא פרדקוס. אולי אתה מתכוון "זה לא נראה לי"?

    תחליט – לחלקיקים יש מסה או אין מסה? עזוב את המנגנון. האם אתה מתכוון שאין להם מסה כבידתית אך יש להם התמדה?

    ממש קשה לי להבין מה אתה מנסה להגיד.

  5. אגב, מר. שפירא, אם כבר ציינת התמדה… אז ראוי לציין את ההתמדה שלך כאן באתר. מה שזה לא יהיה שאתה עושה -שאפו. בטח ימציאו לזה פרס. בכל מקרה הרבה ריספקט.

  6. ישראל שפירא
    מה זאת אומרת 'למה'? אתה לא יודע שיש זליגה של מידע מיקום מקביל ליקום שלנו? בחייך, אתה לא מעודכן. שאלתי את הבוס. אתה לא מעודכן בעיניינים חבוב. תחזור בחזרה לשולחן השירטוטים. 🙂

  7. "חשבתי שאתה אומר שזה סותר את ההוכחה של גליליאו".

    איפה אמרתי דבר כזה?

    סיכום דיון:

    המאמר עוסק בחלקיק ההיגס, שהוא "מה שנותן מַסָה לדברים" כלשון המאמר.

    מסה במובן התנגדות להפעלת כוח.

    הטענה שלי היא שגם ללא מנגנון כגון ההיגס, עצמים חייבים להתנגד להפעלת כוח ביחס ישיר לכמות המסה – חומר – הנמצאת בהם. אחרת נקבל תוצאות פרדוקסליות, אתה זורק אבן ושביל החלב שאתה חלק ממנו נהדף לכיוון ההפוך במהירות עצומה מכיוון שחוקי שימור התנע הקובעים את יחס הרתע ביחס לכמות המסה (חומר) הנמצאת בגופים הנהדפים אינם רלוונטים ללא חלקיקי ההיגס.

    כדי להמנע מפרדוקס זה אין לנו ברירה אלא להניח שחוקי שימור התנע קיימים גם ללא מנגנון, שאם לא כך אז בכל התנגשות אלסטית הגופים ירתעו במהירות האור ללא קשר למסתם, דהיינו שלא יהיו גופים (שזו אגב ההנחה במאמר שהביא אנו).

    אך אם הנחה זו נכונה, אז לא די שיש לנו מפץ גדול ללא הסבר למה, אלא ששבריר שניה אחריו נוצרו גם בוזוני ההיגס ללא הסבר למה.

    אולי הבוס יכול להסביר למה.

  8. ישראל
    לא הבנתי איפה הבעיה. ברור שהשמש מפעילה יותר כוח על הארץ מאשר הנוצה.

    חשבתי שאתה אומר שזה סותר את ההוכחה של גליליאו.

  9. דווקא כן, זה הפיתרון לשאלה כיצד יתכן שאם תשים את השמש לחוד על המגדל ואת הנוצה לחוד אז הן יפגעו בארץ במהירויות שונות, אך שתיהן ביחד במהירות גבוהה יותר. לא ענית על השאלה הזו אז מצאתי לנחוץ..

  10. לא ממש..

    כשהנוצה לבד בלי השמש היא תיפול לאט לכוון הארץ.

    כשהיא ביחד עם השמש, אז כדור הארץ הוא זה שנופל מהר לכיוונן.

    הנוצה אומרת לשמש: שמש שמש, תראי כמה כבידה שאנחנו מייצרות!

  11. לפי ניוטון, השמש לעולם לא ייפול על כדור הארץ נפילה חופשית
    השמש בעלת מסה גדולה בהרבה מהארץ, ולכן הארץ נחשבת למסה נקודתית בהשוואה לשמש, באינטראקציה בניהם תהייה נפילה של הארץ לשמש, ולשמש תהיה נפילה זעירה
    מאוד מאוד כלפי הארץ

  12. ישראל
    כדור הארץ מפעיל כוח על השמש ועל הנוצה שהוא יחסי למסה שלהם. לכן, שניהם יואצו באותה מידה.

    החוק השני…

  13. ״זה לא סותר את ההוכחה של גליליאו״.

    בטח שלא – ההוכחה היא לוגית ולא קשורה לפיזיקה..

    אבל זה קצת מפליא, לא? תיקח מגדל גבוה מהארץ ותפיל ממנו נוצה, אחר כך תפיל ממנו שמש, ומהירות הפגיעה של השמש גבוהה יותר.

    תפיל את שניהם והיא זהה.

    איך?

  14. צודקים במה? לא ראיתי שהם כתבו משהו על גוף טעון בשדה כבידה..

    בנושא מהירות המילוט: צריך להוסיך m+ ליד הM הגדול כדי שהנוסחה תהיה מדוייקת.

    גופים נופלים: אם תפיל ביחד את השמש ונוצה ממגדל גבוה בארץ, הם יפגעו בארץ באותו הרגע בדיוק.

    איך זה יכול להיות?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן