קיומו של חלקיק היגס

מדוע נבנה מאיץ החלקיקים? מהו חלקיק היגס? לפניכם הסבר על הצעד הנוסף שנעשה בדרך להבנת מסתרי היקום

תוצר התנגשות בניסוי האטלס שעשוי להיות חלקיק היגס. איור: ניסוי אטלס ב-CERN; דצמבר 2012
תוצר התנגשות בניסוי האטלס שעשוי להיות חלקיק היגס. איור: ניסוי אטלס ב-CERN; דצמבר 2012

יאיר הרכבי | גליליאו

פיזיקאים בכל העולם החסירו פעימה ב-4 ביולי. במרכז המחקר של סֶרן בז'נבה התקיים אחד הסמינרים המדעיים החשובים של הדור. בסמינר עלו לבמה הראשים של שתי קבוצות בסרן (CERN – המרכז האירופי למחקר גרעיני) והודיעו כי גילו (כל קבוצה בנפרד, בלי לדעת על התוצאות שאליהן הגיעה הקבוצה השנייה) חלקיק חדש.

כבר בשנות השישים, כאשר נבנתה התאוריה של החלקיקים היסודיים (המוכּרת בתור "המודל הסטנדרטי"), נחזה קיומו של חלקיק מסוג בּוֹזוֹן על ידי הפיזיקאי פיטר היגס (Higgs) ואחרים. מאז החלקיק ידוע בתור ה"בוזון של היגס". עד הסמינר בסרן הוא היה החלקיק היחיד במודל הסטנדרטי שלא התגלה בניסויים. החלקיק היגס ממלא תפקיד מפתח במודל, שכן הוא האחראי על הענקת המאסה לכל החלקיקים היסודיים האחרים. בלעדיו המודל קורס, ויש למצוא תאוריה חדשה. זו הסיבה שבניסויים רבים ב-50 השנים האחרונות חיפשו את החלקיק היגס באדיקות.

איך מגלים חלקיק?
הדרך לגלות חלקיק חדש היא במאיץ חלקיקים, שבו גורמים לחלקיקים להתנגש במהירות גבוהה. כפי שמשתמע מהנוסחה המפורסמת של אלברט איינשטיין , האנרגיה מההתנגשות יכולה להפוך למאסה ולייצר חלקיקים חדשים. גלאים גדולים המקיפים את אזור ההתנגשות מזהים את החלקיקים שנוצרו (או את תוצרי הדעיכה שלהם, אם מדובר בחלקיקים לא יציבים, כמו ההיגס).

ככל שהמאסה של החלקיק שרוצים לגלות גדולה יותר, כך יש להשתמש במאיץ באנרגיות גבוהות יותר, כדי שאפשר יהיה ליצור אותו בהתנגשות. הגילוי מצביע על מאסה של כ-126 ג'יגה-אלקטרון וולט (למעלה מפי 100 ממאסת הפרוטון, ובכל מקרה יותר מכל חלקיק יסודי אחר).

במאיץ ההַדְרוֹנים הגדול (Large Hadron Collider) – המאיץ של סרן בז'נבה – שהחל לפעול בשנת 2008, מאיצים פרוטונים לאנרגיות גבוהות יותר מאי פעם במסלול מעגלי שהיקפו כ-27 ק"מ. לאחר שהפרוטונים, הנעים בכיוונים מנוגדים, מואצים לאנרגיה הרצויה, הם מובאים למסלול התנגשות בתוך אחד הגלאים. החוקרים במאיץ בוחנים תוצרים של מיליוני התנגשויות ומחפשים בהם את הסימנים המזהים של היווצרות הבוזון של היגס.

מכיוון שאי אפשר לדעת בוודאות אם ההיגס נוצר בהתנגשות מסוימת, יש צורך בניתוח סטטיסטי של מספר רב של התנגשויות. הדבר דומה לצורך במספר רב של הטלות מטבע כדי לקבוע אם הוא הוגן או לא (מטבע הוגן הוא מטבע שיש לו סיכוי זהה ליפול בכל צד. תוצאת עץ/פלי של 4/6 יכולה לקרות בסבירות גבוהה במטבע הוגן או לא, אבל תוצאה של 400/600 כבר מעלה חשד שמדובר במטבע לא הוגן). התוצאות שהוצגו בסמינר בסרן הצביעו על 99.99997% ודאות שהתגלה חלקיק בעל תכונות המיוחסות להיגס (נציין כי זו רמת הוודאות המינימלית הדרושה כדי להכריז על גילוי).

הישג מדעי אדיר
אז מהי משמעות הגילוי? מבחינה מדעית, זהו הישג אדיר. הומצאה תאוריה, השלכותיה חושבו באופן מתמטי, ונמצא שהן מצריכות קיום של חלקיק שלא היה ידוע עד אז. נבנתה מכונה אדירה, שמסוגלת לייצר תנאים שאינם קיימים בשום מקום ביקום מאז המפץ הגדול, והחלקיק אכן נמצא. כעת אפשר להמשיך לחקור את תכונותיו של החלקיק, מה שעשוי לענות על חלק מהשאלות הבסיסיות ביותר במדע.

מבחינה מעשית, אף אחד לא יכול לשער מה יהיו ההשלכות של הגילוי. בסוף המאה ה-19, כאשר התגלה האלקטרון, הפיזיקאים שגילו אותו הרימו כוסית לכבוד "האלקטרון חסר התועלת". כיום, אנחנו לא מסוגלים לדמיין את העולם שלנו בלי גילוי האלקטרון – עולם ללא חשמל, ללא תשדורות רדיו וטלפון. על כן, הרימו כוסית לכבוד ההיגס ולכבוד התגלית המדעית שעשויה להיות הגדולה ביותר שנזכה לראות בחיינו.

הכתבה המלאה התפרסמה במגזין גליליאו, אוגוסט 2012

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

13 תגובות

  1. ארועים קוסמיים קורים כל הזמן כמו גם תעופת חלקיקים וסטרואידים שמגיעים לכיוונו של כדור הארץ, רק ש- לנו יש את השדה המגנטי והסטטוספרה שמגנה עלינו, מקרניים קוסמיות והשדה המגנטי דואג לכך שהאסטרואידים שנופלים כל הזמן ישרפו במגע עם שלהם הסטטוספרה החיכוח של של היונים+ הינו עצום מה שגורם להתחממותם ושרפתם, מה שקורה במאיץ החלקיקים זה פסיק לעומת מה שיקרה אם יווצר חור שחור אמיתי. המאיץ הינו רק אמצעי להגיע למטרה. ולא נועד ליצור מצב השמדה עצמית, והכל מבוצע תחת פיקוח ובקרה.

  2. רק מה אין שם גלאים וגם אין שליטה על כמה אנרגיה הושקעה בהאצת החלקיק כמו בחורים שחורים
    עד כמה שזכור לי זה היה אחד הטיעונים של המדענים נגד רואי השחורות אלה שחשבו שהכל יקרוס
    הטיעון הוא שהאירועים האלו כל הזמן קורים ולפי זה כדור הארץ היה נעלם מזמן
    כי הוא נפגע באופן תמידי מחלקיקים בתאוצות גם יותר חזקות המסוג שמיוצר במאיץ החלקיקים

  3. לכל השואלים הניסוי הזה רק נועד לאשש את התאוריה שקיים חלקיק כזה
    אין זה אומר שהתאוריה הסובבת סביב החלקיק הזה נכונה
    זה אומר רק שהתאוריה עברה מבחן נוסף

  4. אבי כהן

    אתה צודק בנוגע להסתייגות שלך שמדובר בכלל בחלקיק היגס המבוקש. מצאו חלקיק כבד מהרגיל והכריזו בחגיגיות גדולה, ללא הוכחה אמפירית, שזה חלקיק היגס. בהעדר הוכחה אמפירית רוב הסיכויים הם שמצאו חלקיק כבד שאין לו שום קשר לחלקיק היגס (אם יש כזה).

    כדי להוכיח שזה חלקיק היגס צריך _לפחות_ להוכיח באופן אמפירי שהחלקיק אשר התגלה _משנה את המסה של חלקיקים אחרים_. למיטב ידיעתי לא הוכח שום דבר בכיוון זה.

    אתה צודק כנראה גם בנוגע לקושי להוכיח באופן אמפירי שמדובר בחלקיק היגס, בגלל שהוכחה כזו מחייבת מעקב אחר תנועת חלקיקים נטולי מסה (או בעלי מסה מזערית). והרי מעקב אחר חלקיקים נטולי מסה (או בעלי מסה מזערית) הוא כמעט בלתי אפשרי.

  5. מי יתן והגילוי הזה יאפשר לנו סוף סוף לבנות סקייטבורד מרחף כפי שהוצג בסרט ״בחזרה לעתיד 2״, זו תהיה ללא ספק פיסגת הטכנולוגיה של המין האנושי.

    נחזיק אצבעות.

  6. הבוזון היגס הינו החלקיק הראשוני אשר נוצר כמליונית השניה לאחר המפץ הגדול כלומר המסה שלו הינה פי 100 ממסת הפרוטון וזאת למה? כי ניתן לשאר שלפני המפץ הגדול היה מצב שניתן לכנותו ריק ( מצב ללא זמן ללא מרחב וללא מסה אשר תתפקד ככוכבים וכאלה כי הרה כוכב הינו מסה. כנראה אותו חלקיק אשר מצאו הוא החלקיק הראשוני המוחלט בהחלט ( כמו שאפס המוחלט = 273- מעלות צלזיוס) אשר בו היו כל המרכיבים ליסוד היקום והוא נידחס לתוך עצמו עד שהוא התפוצץ במפץ הגדול. שלמעשה "קרע" את הריק עצמו. ( כך אני משאר ) הרא ידוע שהיקום כל הזמן מתרחב מאז המפץ הגדול.

    ועוד דבר: יש בעולמינו שלושה מימדים עקריים: מימד הזמן
    מימד המרחב
    מסת החומר

  7. יש לי כמה שאלות: האם יתכן שנמצא חלקיק אחר ולא בוזון היגס? כמובן שניתן לקרוא לחלקיק חדש בכל שם שהוא, אבל אולי נמצא חלקיק שהתכונות שלו הן שונות מזה שצפוי מחלקיק בוזון היגס?
    ואם נמצא "למעלה מפי 100 ממאסת הפרוטון" איך אנו יודעים שזה חלקיק אחד ולא אוסף של חלקיקים חדשים?
    לא יתכן שיש עוד הרבה חלקיקים שאנו לא מודעים להם? ואם החלקיק בוזון היגס מספק את המסה לחלקיקים, האם לא יתכן שיש משפחה שלמה של חלקיקים אשר לא מכילים מסה, ולכן אין להם הרבה אינטראקציה עם חלקיקים שאנו מכירים, ולכן הם קשים לגילוי?

  8. "החלקיק היגס ממלא תפקיד מפתח במודל, שכן הוא האחראי על הענקת המאסה לכל החלקיקים היסודיים האחרים."
    "למעלה מפי 100 ממאסת הפרוטון, ובכל מקרה יותר מכל חלקיק יסודי אחר"

    איך לחלקיק שנותן מסה לכל שאר החלקיקים יש מסה גדולה יותר מלחלקיקים עצמם?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן