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