Higgsov bozón nie je božská častica

Na počiatku bol veľký tresk. Vedci vo švajčiarskom stredisku CERN simulujú malý tresk a snažia sa pozorovať, ako asi vyzeral mladý vesmír. Experiment sa volá ALICE a vedúcu pozíciu tu zastáva Karel Šafařík, popredný svetový fyzik so slovenskými koreňmi.

, 11.05.2013 11:00
Šafařík Foto: ,
Fyzik Karel Šafařík počas prednášky na Univerzite Konštantína Filozofa v Nitre.
5

Tento týždeň prednášal na Univerzite Konštantína Filozofa v Nitre. Presne spočítal, že tu bol naposledy pred 45 rokmi. Za ten čas sa toho veľa zmenilo. Splnilo sa tušenie vedcov, že vákuum nie je prázdnota. A konečne sa podarilo objaviť niečo, čo sa veľmi podobá na chýbajúcu záhadnú časticu – Higgsov bozón.

Podarilo sa v CERN-e objaviť Higgsov bozón alebo je to nejaká úplne nová častica?
My si myslíme, že je to higgs. Keď sa objaví nová častica, má veľa typov rozpadov, z čoho sa dajú určiť jej kvantové vlastnosti, ako napríklad spin, parita a tak ďalej. Nezávislé merania z dvoch experimentov ATLAS a CMS potvrdili, že je to v súlade s tým, čo sa očakávalo. Predtým sa častici hovorilo Higgs-like, teda častica podobná higgsovi. Dnes by väčšina ľudí tvrdila, že je to skutočne Higgsov bozón.

Na prednáške v Nitre ste naznačili, že Higgsov bozón môže len za desať percent hmotnosti protónov a neutrónov, z ktorých sa vlastne všetci skladáme. Čo zvyšných 90 percent?
Súvisí to s gluónovým poľom. Gluón je elementárna častica, ktorá prenáša silné interakcie a drží pokope kvarky, z ktorých sa skladajú protóny a neutróny. Toto pole má svoju energiu, ktorá prispieva k hmotnosti. Tých 90 percent, a možno aj niečo viac, je skrytých v gluónovom poli.

Znamená to, že higgs nie je božská častica zodpovedná za všetko?
Názov božská častica vymysleli novinári. My ju tak nenazývame. Ona nie je zodpovedná za všetko. Higgsov bozón je prejavom skalárneho poľa, ktoré dáva všetkým základným časticiam ich primordiálnu hmotnosť. Ale nie všetka hmotnosť v prírode je kvôli tomuto mechanizmu. Vedeli ste o tom, že v roku 2009 The Guardian oslovil fyzikov, aby vybrali novú, lepšiu prezývku? Vyhral to názov bozón od zátky od šampanského. Je to vhodnejšie?
To som teda nevedel. A áno, asi je to vhodnejšie.

Ak by sa definitívne potvrdil objav Higgsovho bozónu, aký praktický dosah to môže mať pre energetiku?
Pri žiadnom objave vo fundamentálnej vede ešte nikto nevidel priamy dosah. Obyčajne uvádzam príklad s Faradayom. Keď sa v 19. storočí hral s elektromagne­tizmom, v Royal society (v najstaršej vedeckej spoločnosti na svete, sídliacej v Londýne pozn. redakcie) poukazovali na to, že by mal robiť rozumné veci a nie sa hrať s „blbosťami“. No ak by to Faraday nerobil, dnes by sme nemali elektrinu.

Dohliadate na fyzikálnu časť experimentu ALICE. Vyrábate vesmír v laboratóriu. Ako to vlastne robíte?
My tomu hovoríme, že robíme malý tresk. Je to niečo podobné ako veľký tresk, ibaže v oveľa menšom objeme. Robíme zrážky ťažkých iónov olova, pri ktorých sa nahreje vákuum. Vákuum je substancia, to nie je niečo prázdne. Pozeráme sa, v akom stave je hmota za takýchto podmienok. V stave, v akom bol aj náš vesmír po niekoľkých mikrosekundách po veľkom tresku.

Je pravda, že sa vám pritom podarilo dosiahnuť rekord v teplote vyrobenej človekom v laboratóriu?
Asi áno, aj keď je to tak trochu zjednodušene povedané. Vákuum nahrejeme na teplotu milión miliónov stupňov Kelvina. Nedá sa však povedať, že udržujeme hmotu pri nejakej konkrétnej teplote, pretože ona veľmi prudko klesá. To, čo meriame, je efektívna teplota, ktorá je ustrednená cez nejaký čas existencie. Tento parameter je výrazne vyšší, než aký bol doteraz nameraný. Výsledok pošleme do Guinnessovej knihy rekordov, až keď zmenšíme chybu merania.

Ešte sa vráťme k vákuu. Nie je to teda prázdno?
Už dávno sme mali podozrenie, že vákuum nie je prázdno. Vo fyzike je vákuum definované ako stav s najnižšou energiou. Je tu nejaké médium, hovoríme tomu vákuové kondenzáty.

Ako vyzerá mladý vesmír? Čo ste objavili?
Túto časť fyziky opisujeme štandardným modelom, ktorého časťou je kvantová chromodynamika. To je teória, ktorá sa dá napísať veľmi jednoducho, ale všetky jej výpočty sú veľmi komplikované. Robia sa simuláciami na počítačoch, a tie zatiaľ vieme spraviť len pre konštantnú teplotu. A ako som už hovoril, pri zrážke iónov olova to tak nie je. Objaví sa tu veľmi vysoká teplota, ktorá rýchlo klesá. Takéto dynamické výpočty zatiaľ nevieme spraviť. Máme preto zatiaľ len modely, ktoré nám hovoria, akú viskozitu mal takýto vesmír, aký tam bol tlak, ako rýchlo sa rozpínal. Stále je to nepriame meranie. Preverujeme, či to chápeme správne. Či je teória v poriadku, alebo nám niečo chýba.

Chápeme to správne?
Myslím, že sme na dobrej ceste. Ale sú ešte základné veci, ktoré treba preveriť. Jednou z nich je mechanizmus nadobudnutia hmotnosti cez gluónové pole. Niekedy sa tomu hovorí narušenie chirálnej symetrie. Zatiaľ stále nemáme priame prejavy tohto mechanizmu. To je jedna z úloh, ktoré chceme spraviť vo veľkom urýchľovači.

Museli ste v niečom teóriu upraviť?
Dosť sa zmenilo chápanie toho, ako vyzerala hmota tesne po veľkom tresku. My sme si pred týmito experimentmi mysleli, že mohla byť podobná ideálnemu plynu. Teraz už vieme, že to nie je pravda, čo bolo dosť veľké prekvapenie. Ono je to skôr niečo ako ideálna kvapalina. Plyn sa rozpína, dá sa stlačiť, kvapalina nie, a v tom je zásadný rozdiel. Teraz sa špekuluje nad tým, že kvarky a gluóny sa počas prvých mikrosekúnd nesprávali ako voľné častice, ale mali medzi sebou nejaké veľké väzby, veľmi zvláštne sily.

Pre prvé okamihy života vesmíru používajú fyzici zaujímavé výrazy. Inflácia, supersila, časticová polievka. Čo je to za polievku?
Je to iný názov, ktorý opisuje našu domnienku, že prvotný vesmír sa skladal z voľných častíc. Ale polievka nie je zlý názov, lebo je to kvapalina, čo teraz začíname vidieť. Polievka je to asi aj preto, lebo má veľa rôznych zložiek. Ja niekedy používam termín guláš.

Hmota mala na začiatku pestrejšie zloženie?
Dnes je všetka hmota zložená len z prvej generácie kvarkov a leptónov. V prvotnom čase tam boli určite ešte aj ďalšie dve generácie častíc, ale tie sa zakrátko rozpadli do toho, čo máme dnes. Na počiatku to bolo veľmi pestré.

Čo bolo pred veľkým treskom?
(smiech) Na to je niekoľko názorov. Najjednoduchšia odpoveď znie, otázka nemá zmysel, lebo predtým nebol čas. Časopriestor totiž vzniká až so singularitou, teda so zrodom vesmíru. Existujú aj iné názory. Tie sú motivované modelom strún. Podľa neho je všetko, čo vidíme, zložené z maličkých struniek. V tomto prípade by singularita musela mať nejaký rozmer a vlastne by to už nebola singularita. A vtedy má zmysel uvažovať o čase pred veľkým treskom. Ale my nemáme teóriu pre úplne prvé krátke okamihy, pre takzvanú Planckovu éru. Chýba nám teória kvantovej gravitácie. Hoci je to najdlhšie poznaná sila v prírode, a je vôbec prvá, ktorú ľudia opísali, stále je teoreticky najmenej chápaná. Hlavne v tých malých rozmeroch.

Na záver by som využil citát básnika Roberta Frosta. Niektorí vravia, že svet skončí v ohni, iní vravia, že zamrzne. Teórií koncov je viac. Veľký krach, veľký chlad. K akej sa prikláňate vy?
Boli teórie, že vesmír sa bude opakovať. Dnes vieme, že, bohužiaľ, to tak nebude. Potvrdzuje to výsledok meraní satelitov. Vieme, že pred siedmimi miliardami rokov vesmír svoje rozširovanie zase zrýchlil. Dovtedy sa spomaľovalo. Takže vesmír skončí v nekonečne. Rozšíri sa tak, že sa nikdy nespojí. Spôsobuje to temná energia, najväčšia časť hmoty vo vesmíre. Podľa jednej hypotézy to spôsobuje tlak vákua. Vesmír sa zväčšil natoľko, nadobudol taký veľký rozmer, že ten tlak vákua prevážil gravitačnú príťažlivosť. Toto je zatiaľ také naivné vysvetlenie. Teplota sa bude stále znižovať, dnes je vesmír veľmi chladný, je to len 2,7 stupňa Kelvina. Ale pôjde to až na nulu.

Čiže vesmír sa už nebude opakovať?
Nie tento. Možno iný.

© AUTORSKÉ PRÁVA VYHRADENÉ

Čítajte Pravdu bez reklamy

Svižnejší web a články bez rušenia. Žiadne reklamy iba za 1,50 € mesačne.

Pravda bez reklamy
5 debata chyba