Godina 2012. u znanosti će ostati zapamćena kao ona u kojoj je standardni model fizike potvrđen, a Veliki hadronski sudarač (LHC) opravdan projekt. Ove godine znanstvenici su uspjeli u potrazi za skrovitom Božjom česticom - Higgsovim bozonom.


Najveći stroj u povijesti naše civilizacije, LHC, ispunio je svoj primarni cilj i time opravdao očekivanja znanstvene zajednice. Njegova izgradnja trajala je između 1998. i 2008. godine, pod okriljem CERN-a (Europske organizacije za nuklearna istraživanja).

Vezani članci Slika nije dostupna Znanost je danas otvorila put u najskrivenije kutke svemira... Slika nije dostupna Eureka: I američki znanstvenici uočili 'Božju česticu'?

>> VIDEO Možda i najbolji izumi u 2012. godini!

To je najskuplji znanstveni instrument (u nedostatku adekvatnije riječi), koji je izgrađen budžetom reda veličine 7,5 milijardi eura. Ima ukupno 6 detektora - 4 glavna (ATLAS, CMS, ALICE i LHCb) te dva sporedna (TOTEM i LHCf), koja se nalaze u tunelu opsega 27 kilometara. U njegovoj izgradnji sudjelovalo je 10.000 znanstvenika iz preko 100 zemalja svijeta. Izgrađen je 175 metara ispod razine tla, pod švicarsko-francuskom granicom i pored Ženeve.

Zašto smo podsjetili na sve gore navedeno? Možda i zato što kad tražite čestica kojima se pripisuju božanski pridjevi, trebate mjerni instrument kakvog se niti izvanzemaljci ne bi posramili. No vratimo se u mjesec srpanj ove godine i objavu čudesnog otkrića Božje čestice.

'4th of July' bi mogao dobiti novo značenje - globalno

4. srpnja svijet fizike, dobio je posve nove obzore istraživanja. Oba detektora zadužena za otkrivanje Higgsovog bozona, CMS i ATLAS, uočili su novi bozon sa sigurnošću 4,9 i 5 sigmi, odnosno standardnih devijacija. To je značilo samo jedno - da se definitivno radi o otkriću, iako se radilo o prvim preliminarnim rezultatima.

Otkriće je 'oca' tajnovite 'Božje čestice', Petera Higgsa, koji je nazočio konferenciji u Ženevi, natjeralo na suze. Cijeli svijet zastao je na trenutak, kako bi posvjedočio tom povijesnom otkriću, koje je standardni model fizike napokon stavilo na čvrste temelje. Kao i cijeli svijet, i Hrvatska je pratila rezultate istraživanja fizičara iz LHC-a tog dana.

'Higgs upućuje kako će teorija koja ga uključuje biti karakterizirana 'slabim vezanjem', koje će omogućiti proračune velike točnosti, kako se dogodilo i s elektromagnetizmom. Za svijet fizike to je najava novih otkrića koja će proizlaziti iz usporedbe preciznih proračuna i nadolazećih mjerenja na CERN-u', rekao je tada za Dnevnik.hr prof. dr. sc. Ivica Picek, s Odjela za teorijsku fiziku zagrebačkog PMF-a.

'Kao što se u Faradayevo i Maxwellovo vrijeme nije mogla zamisliti kvantna elektrodinamika sa svim fantastičnim primjenama, tako ne možemo do kraja zamisliti niti ono što će proizaći iz 'Higgsove' rasvijetljene elektroslabe sile, niti koji će se sve pogledi otvoriti u dosad neviđene kutke svemira', zaključio je tada Picek.

Teško uhvatljiv plijen

Kako bi značaj otkrića približili gledateljima i čitateljima, Dnevnik Nove TV i Dnevnik.hr su u video prilogu i na primjeru šećera te biljarskih kugli pojasnili koliko je teško bilo uočiti Higgsov bozon u sićušnom djeliću sekunde.

U trenutku sudara protonskih zraka u LHC-u, izlijeću elektroni, kvarkovi, svjetlost i ponekad, znanstvenici su se nadali, i Higgsov bozon. No, teško ga je uhvatiti, jer se brzo raspada. Subatomske čestice dijele se na fermione i bozone. Fermioni poput biljarskih kugli ne mogu biti na istom mjestu u isto vrijeme. S druge strane, bozoni to mogu i zato se Higgsov bozon smatra vezivnim tkivom svemira.

Kozmička 'talionica'

No, to nije jedino otkriće ili postignuće LHC-a tijekom 2012. godine. Nakon pronalaska Higgsovog bozona, znanstvenici su sredinom kolovoza u LHC-u sudaranjem iona uspjeli postići najveću umjetnu temperaturu u povijesti - čak 5,5 trilijuna stupnjeva Celzija, što je 100.000 puta više od temperature Sunca!

Odškrinuta širom vrata znanstvene fantastike

No ni to nije sve, jer u studenom je uočena još jedna nova čestica, koja se preoblikovala u dvije čestice. Time su, kako je ocijenila znanstvena zajednica, otvorena vrata i prema znanstvenoj fantastici. Takvu mutaciju, u procesu znanom kao propadanje, predvidio je takozvani Standardni model (SM) fizike koji opisuje kako svemir funkcionira na najosnovnijoj razini ali je znanstvenici dosad nisu vidjeli.

Otkriće, koje je objavljeno na konferenciji u Japanu, usmjerit će napore kako bi se pronašli dokazi za super simetriju, prozvanu SUSY, teoriju koja objašnjava neke kozmičke tajne i ostale ideje 'Nove fizike' koje su izvan SM granica.

Na samom isteku mjeseca studenoga, opet pomutnja među znanstvenicima. U nebrojenim sudaranjima čestica koja proučavaju znanstvenici, uočena je nova kvantna enigma. Naime, tijekom novih pokusa u CMS laboratoriju LHC-a, uočena su neka nova fizikalna kretanja čestica tijekom sudaranja protona s jezgrama olova.

Rezultat ovih promatranja mogao bi biti i otkriće novog tipa materije, za koju znanstvenici dosad nisu niti znali i koja se oslanja na kvantno sprezanje. Dok takvo zapažanje ne predstavlja zagonetku znanstvenicima kod sudaranja samo čestica protona, ili samo jezgri teških metala poput olova, takvo što još nije uočeno kod sudaranja čestica protona s ionima teških metala, u ovom slučaju olova.

Stručnjaci s MIT-ja istaknuli su kako to najnovije otkriće možda ima veze i s kvantnom mehanikom.

Čudljivi 'Higgs'

Za dramu na samom kraju pregleda znanstvenih otkrića u LHC-u ove godine, pobrinula se sama Božja čestica, Higgsov bozon. 13. prosinca, fizičari su uočili nepodudaranja u mjerenjima u detektorima u ATLAS-u i CMS-u.

Otkako su fizičari pronašli česticu za koju tvrde da je Higgsov bozon, još u srpnju, podvrgnuli su je temeljitom proučavanju kako bi otkrili detalje te čestice. Iznova su sudarali zrake protona u LHC-u, kako bi u općem metežu koji nastaje njihovim sudaranjem, uočili tek nekoliko Higgsovih bozona, prije nego li se oni raspadnu u druge čestice.

Problem se pojavio u jednom od dva mjerna instrumenta u LHC-u, koji služe za proučavanje Higgsovog bozona - ATLAS-u. Tamo jedan kanal proizvodi dva karakteristična fotona, dok drugi stvara četiri čestice leptona, nakon sudaranja zraka. Iz oba kanala fizičari iščitavaju masu Higgsovog bozona tijekom propadanja tih čestica.

'Postoji blaga tenzija između dviju masa. One su kompatibilne, no nisu super-kompatibilne', ističe fizičarka Beate Heinemann s Berkeleya, koja radi na ATLAS-u.

Kanal s dva fotona iščitava masu Higgsovog bozona od 126,6 GeV-a (gigaelektronvolti), ili oko 126 puta veću masu od protona. Drugi kanal, onaj s četiri leptona, pokazuje masu od 123,5 GeV-a. To je sićušno nepodudaranje, no svejedno je čudno, jer bi Higgsov bozon trebao imati jedinstvenu masu. Znanstvenici su tu nepodudarnost primijetili i prije, no smatrali su kako se radilo o problemu kalibracije mjernog instrumenta. Njihova pretpostavka ispostavila se krivom, jer i nakon kalibracije, nepodudarnost je ostala.

Jedno od vjerojatnijih rješenja te zagonetke je da se radi o takozvanoj statističkoj fatamorgani. Naime, kanal s četiri leptona analizirao je tek 10 Higgsovih bozona, dok je kanal s dva fotona uspio analizirati njih 500. Da bi bili u potpunosti sigurni, u bilo kojem slučaju - ili statističke pogreške ili prave nepodudarnosti, znanstvenici moraju imati analize stotina tisuća, ili nekoliko milijuna Higgsovih bozona.

DNEVNIK.hr pratite putem iPhone/iPad | Android | Twitter | Facebook