Nauka, CERN, Srbija: Šta nam je otkrila `božanska čestica` – objašnjavaju srpski naučnici

Jednostavan odgovor na pitanje čime se bave naučnici u Evropskoj organizaciji za nuklearno istraživanje (CERN) u Švajcarskoj bio bi – otkrivaju kako univerzum funkcioniše.

Jedno od najznačajnijih takvih otkrića ovog veka desilo se pre devet godina, kada je direktor CERN-a Rolf Hojer saopštio je da su naučnici uspeli da dokažu postojanje Higsovog bozona, takozvane „božanske čestice“, na osnovu postulata koji su osmislili fizičari Robert Brout, Fransoa Engler i Piter Higs.

U istraživanju su učestvovali i naučnici iz Srbije.

„Pronalazak Higsovog bozona bilo je traženje igle u plastu sena.

„Ako se ispostavi da ovo nije samo jedna čestica, već prozor u neke nesagledane dimenzije stvarnosti, onda će ovo otkriće biti zaista veliko“, kaže za BBC na srpskom Ivanka Božović-Jelisavčić, naučna savetnica u Institutu za nuklearne nauke „Vinča“ koja je učestvovala u ovom projektu CERN-a.

• Srbija postaje punopravna članica CERN-a
• Žene koje su promenile fiziku
• „Korak smo bliže“ rešenju najveće misterije kosmosa

Engler i Higs su 2013. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku „za teorijsko otkriće mehanizma koji doprinosi shvatanju porekla mase delova atoma“, piše na zvaničnom sajtu Nobelove nagrade.

Kako objasniti Higsov bozon?

Sve oko nas sastavljeno je od atoma, koji su toliko mali da ne možemo da ih vidimo ni pod mikroskopom.

Naučnici su potom otkrili da se atomi sastoje od još manjih čestica – neutrona, protona i elektrona.

A onda su zaključili da se i te čestice sastoje od još manjih – kvarkova i Higsovog bozona.

Česticu koja ima karakteristike Higsovog bozona otkrili su naučnici u CERN nedaleko od Ženeve koji su radili na eksperimentima Atlas i CMS, objavila je ova organizacija 4. jula 2012. godine.

Da bismo videli od čega se nešto sastoji, moramo ga rastaviti, ali protoni su toliko sitni da nemamo dovoljno mali alat da to uradimo.

Tako su naučnici došli na ideju da naprave tunel u kome će se dva protona sudariti i rasturiti na sastavne delove.

Eksperimenti Atlas i CMS su upravo tako izgledali – u pitanju su detektori višestruke namene koji su potvrdili postojanje „božanske čestice“, a teški su nekoliko hiljada tona i veličine su višespratnica, ističe Ivanka Božović-Jelisavčić.

„Sadrže velike kamere koje uz pomoć softvera detektuju i rekonstruišu događaje unutar Velikog hadronskog sudarača (LHC) u kojem se sudaraju protoni“, dodaje.

Higsov bozon je prvi i do sada jedini fundamentalni skalar ikada otkriven, piše na sajtu Atlas eksperimenta, jednog od dva eksperimenta koja su dokazala postojanje „božanske čestice“.

Pomoću ove tehnologije postulati koje su postavili Higs, Engler i Brout dobili su naučnu potvrdu.

Oni su šezdesetih godina prošlog veka osmisli mehanizam po kojem najsitniji delovi atoma prolaskom kroz posebno polje dobijaju masu.

Svako polje ima česticu povezanu sa njim, a čestica povezana sa Higsovim poljem je Higsov bozon, navodi se na sajtu CERN-a.

Ovaj skalar predstavlja vidljivu manifestaciju polja „poput talasa na površini mora“, dodaju iz ove organizacije.

Ta čestica teška je 125 gigaelektronvolti, što je 133 puta više od mase protona koji se nalaze u jezgru svakog atoma.

Kako funkcioniše i zbog čega je važan?

Kada ne bi bilo Higsovog polja, za koje se smatra da je nastalo ubrzo posle Velikog praska pre 13,7 milijardi godina, čestice ne bi imale masu i naš univerzum bi izgledao drugačije, kažu iz CERN-a.

Ivanka Božović-Jelisavčić objašnjava da ovaj skalar obezbeđuje masu česticama u interakciji sa Higsovim poljem i smatra da je nemoguće odgovoriti na pitanje kako bi izgledao univerzum bez Higsovog bozona.

Ona je slikovito pokušala da nam objasni kako izgleda prolazak šestica kroz polje i interakcija sa Higsovim bozonom.

Kada anonimna osoba prođe kroz salu punu ljudi, ona će relativno lako i brzo proći, a ako predsednik ili premijer neke zemlje pokuša da uradi isto – svi će ga zaustaviti i relativno teško će se kretati, kaže ona.

Po istom principu kroz Higsovo polje prolaze lake i teške čestice.

„Zamislimo da je sala Higsovo polje i prisutni u sali Higsovi bozoni.

„Anonimna osoba bi predstavljala foton ili neku drugu laku česticu koju bozoni ignorišu, dok bi poznata ličnost bila vrlo teška čestica, bila bi primećena od bozona i postala bi još teža usled inercije sa njima tokom prolaska kroz polje“, objašnjava ova naučnica.

Kako je izgledalo istraživanje?

Krajem devedesetih godina prošlog veka napravljeni su prvi koraci u dizajniranju tehnologije koja je korišćena za ovo istraživanje, kaže za BBC na srpskom Vladimir Reković, srpski fizičar koji u CERN-u radi od 2007. godine.

Sudari protona u Velikom hadronskom akceleratoru, dugačkom 27 kilometara, kojima nastaju Higsovi bozoni počeli su 2009. godine.

Božović-Jelisavčić predvodila je tim naučnika iz Instituta „Vinča“ koji je učestvovao u ATLAS kolaboraciji, dok je Vladimir Reković bio deo ekipe stručnjaka koji su radili na CMS eksperimentu.

Ukupno 15 srpskih naučnika učestvovalo je u projektu, izjavio je direktor CERN-a Rolf Hojer prilikom posete Srbiji u martu 2012. godine.

Reković kaže da je verovatnoća da tehnologija detektuje Higsov bozon pri sudaru protona jedan prema milijardu, stoga je bilo potrebno raditi godinama kako bi se prikupilo dovoljno podataka za potvrdu Higsovih postulata.

„Naša grupa koja je radila na CMS eksperimentu je još u decembru 2011. godine potvrdila postojanje Higsovog bozona pomoću metoda analize koji smo osmislili.

„Nismo izašli u javnost sa tim podacima, jer smo hteli da damo šansu kolegama sa ATLAS eksperimenta da i oni tom analizom potvrde to da bismo izbegli mogućnost iznošenja neproverenih tvrdnji“, objašnjava ovaj fizičar.

Kada su obrađeni podaci prikupljeni iz ostalih eksperimenata u proleće i leto 2012. godine, više nije bilo sumnje – Higsov bozon zaista postoji.

Vladimir Reković kaže da je trenutak konačne potvrde i objavljivanja rezultata „nešto neuporedivo sa bilo čime što je prethodno iskusio u karijeri“.

„Nekada naučnici provedu čitav život kako bi isključili neku mogućnost, a mi smo imali sreće da naš rad dovede do otkrića“, poručuje on.

Šta ovo otkriće znači za naučnike?

Stručnjaci smatraju da su ovim pronalaskom samo zagrebali po površini i da je mnogo posla pred njima.

Rolf Hojer, direktor u CERN, rekao je prilikom objavljivanja rezultata istraživanja da je ovo „istorijsko dostignuće“, ali da su naučnici tek na početku.

Nije bilo dovoljno otkriti ga, potrebno je i razumeti zbog čega on ima svojstva koje smatramo da ima, jer i dalje vrlo malo znamo o tome, kaže Ivanka Božović-Jelisavčić.

Tim srpskih naučnika u Vinči zbog toga radi na budućim projektima koji bi trebalo da adresiraju otvorena pitanja vezana za Higsov bozon, dodaje.

Otkriće „božanske čestice“ pokazuje da treba da imamo sluha za projekte koji ne deluju trenutno primenjivi i isplativi, jer na taj način kao civilizacija sve više razumemo gde smo, kaže Božović-Jelisavčić.

Reković smatra da je ovo otkriće značajno, ali nije iznenađujuće i u naučnim krugovima se očekivalo da će do toga u jednom trenutku doći.

„Da nismo otkrili Higsov bozon to bi takođe bilo epohalno, jer bi to onda iziskivalo da potražimo novo objašnjenje za to kako čestice dobijaju masu“, tvrdi ovaj fizičar.

Sledeći korak – Higsove fabrike

Pažnja naučnika sada je usmerena ka prikupljanju više informacija o Higsovom bozonu i načinima za upotrebu tih saznanja.

„Da biste precizno mogli da merite karakteristike neke čestice, neophodno je da proizvedete veliki broj tih čestica“, kaže Vladimir Reković.

Planirano je da se ovaj proces odvija u Higsovim fabrikama.

CERN je 19. juna 2020. godine usvojio dopunu Evropske strategije za čestičnu fiziku kojom se predviđa razvijanje naprednih akceleratora, detektora i softverskih rešenja za izgradnju modernijih sudarača koji bi trebalo da omoguće masovniju proizvodnju Higsovih bozona.

• Tamna materija i misterije nauke
• Stiven Hoking, čovek koji je tražio „teoriju svega“
• Čovek koji je proslavio Ajnštajna u svetu

„Sada kada manje ili više znamo karakteristike Higsovog bozona, možemo lakše da dizajniramo akceleratore koji bi maksimizirali učestalost stvaranja ove čestice“, objašnjava Reković.

U planu je izgradnja četiri nova akceleratora i to su Međunarodni linearni sudarač (ILC) u Japanu, Cirkularni elektronsko-pozitronski sudarač (CEPC) u Kini, kao i Kompaktni linearni sudarač (CLIC) i Budući cirkularni sudarač (FCC) u CERN-u, navodi se u tekstu objavljenom na specijalizovanom sajtu CERN Kurijer.

Različiti akceleratori koristili bi se za sudaranje različitih čestica u više faza – prva istraživanja planirana su na sudaraču koji se gradi u Japanu, zatim na onom u Kini, da bi se poslednje faze odvijale u 100 kilometara dugom tunelu koji iz CERN-a planiraju da izgrade na teritoriji Švajcarske i Francuske, kaže Reković.

Srpski naučnik napominje da ovi projekti zahtevaju ogromne količine materijalnih sredstava, ali i veliki broj naučnika, pa je međunarodna saradnja u ovom slučaju neophodna i neizbežna.

„Svi ovi planovi ne bi imali smisla da nije bilo otkrića Higsovog bozona“, zaključuje on.

Pratite nas na Fejsbuku i Tviteru. Ako imate predlog teme za nas, javite se na [email protected]