Meglelték a Higgs-bozont?

Valami mocorog a sötétben

Tudomány

Az elméleti fizika fejleményei ritkán nyűgözik le a laikus közönséget, egy egzotikus részecske utáni hajszából azonban igazi médiaattrakció lett.

Szenzációs bejelentést tettek még a múlt hét közepén a genfi központú CERN európai részecskefizikai kutatóközpont munkatársai: nagy valószínűséggel (erre majd még visszatérünk) megtalálták a részecskefizika úgynevezett standard modelljéből még hiányzó utolsó építőelemet, a Higgs-bozont (most ígérjük meg, hogy a továbbiakban mind az "isteni részecske", mind a "Szent Grál" kifejezéseket kerülni fogjuk). Némileg meglepő a történetben, hogy a neves Nature folyóirat már a szerdai sajtótájékoztató előtt napokkal megszellőztette, hogy történni fog valami az ügyben - amit a CERN kutatói közül többen is sportszerűtlen gesztusként értékeltek. Ráadásul az amerikaiak is megpróbáltak beelőzni - a konkurens Fermilab kutatói két nappal korábban bejelentették, hogy ők is találtak valamit, amit nagy valószínűséggel a Higgs-bozonnal lehet azonosítani. Apróbb szépséghiba, hogy a CERN Nagy Hadronütköztetője (LHC), ahol a felfedezéshez vezető gigantikus protonkarambolokat előidézték, lényegesen magasabb energiaszinten működik, mint a Fermilab saját részecskegyorsítója, a Tevatron. Ráadásul a CERN kutatói gondos mérlegelés után jóval nagyobb valószínűséget tulajdonítottak saját felfedezésüknek, mint az amerikaiak. A valószínűséget itt valamennyi kockázati faktor és bizonytalanság számbavétele után számolják ki, jele: szigma, s minél nagyobb az értéke, annál biztosabbak a kutatók a dolgukban. Csak összehasonlításképpen: a nagy valószínűséggel a Higgs-bozonként azonosított részecskét a CERN két, az LHC-hoz kapcsolódó, önálló kutatási programot bonyolító detektora is észlelte. Az egyik (CMS - kompakt müon szolenoid) 4,9-re, a másik (ATLAS) pedig pontosan 5-re hozta ki a mérés valószínűségét. Ehhez képest a Fermilab által kihozott 2,9-es érték - bár ez 96 százalékos valószínűségű - kevés, legalábbis a tudományos közösség konszenzusa szerint. (A CERN-nél tavaly is akadt már 3,2-es szigma-értékű Higgs-bozon-észlelés - de óvatosságból és józan megfontolásból óvakodtak nagydobra verni.) Mindez arra utal, hogy ha lesznek is viták az ügyben, az elsőbbség és a dicsőség alighanem az európai kutatóközösségé (benne számos magyar tudósé!).

Az év végéig további, gondosan kivitelezett protonütköztetések eredményét fogják megvizsgálni, így azután fél éven belül mindenképpen százszázalékos bizonyossággal kiderül: tényleg a keresett delikvenst találták-e meg. Mindenki azt ígéri: ezúttal nem fordulhat elő olyan malőr, mint tavaly, amikor a fénynél gyorsabb neutrínókról adtak hírt (ráadásul hatos szigma-értékkel!), s végül kiderült, hogy "pusztán" mérési hibáról volt szó - a felelős egy rosszul csatlakoztatott, a GPS-alapú szinkronizációt torzító kábel volt.

Róka hordja el a családjukat!

A részecskefizika úgynevezett standard modellje azért jött létre, hogy egységes rendszerbe foglalja mindazt, amit az elemi részecskékről s a közöttük fellépő kölcsönhatásokról (az elektromágneses, illetve a gyenge és az erős nukleáris) tudni vélünk. A standard modell szigorú ítélőszéke előtt még az atommagot alkotó protonok és neutronok sem számítanak elemi részecskének, mivel mindkettő kvarkokból épül fel. A részecskefizika alapvetően kétfajta elemi részecskét különböztet meg: az anyagi világ építőelemeinek számító fermionokat és a kölcsönhatásokat közvetítő bozonokat (avagy mértékbozonokat - angolul gauge boson). Azt csak mellékesen áruljuk el, hogy nem minden bozon elemi részecske, mert nem akarnánk teljesen összezavarni az olvasót. A lényeg, hogy a bozonok (elemiek és összetettek) közös jellemzője, hogy a spinjük (saját belső impulzusmomentumuk) pozitív egész szám - a sokszor emlegetett Higgs-bozoné meg egyenesen nulla. Nevüket Satyendra Nath Bose (1894-1974), a zseniális indiai fizikus, többek között az Einstein-Bose-paradoxon, -statisztika, -kondenzátum stb. névadója után kapták. A bozonok nem engedelmeskednek semmiféle kvantumfizikai tilalmi elvnek, így közülük akárhány is tartózkodhat ugyanabban a kvantumállapotban, sőt, egyenesen ez a passziójuk! A hipotézisek szerint ez magyarázhat olyan egymástól látszólag különböző jelenségeket, mint a feketetest-sugárzás spektruma, a lézer működése, a folyékony hélium viselkedése, a szuperfolyékonyság, a szupravezetés vagy a már említett sajátságos fázisállapot, a Bose-Einstein-kondenzátum kialakulása.

A fermionokat többfajta logika szerint is csoportosítja a taxonómiában mindig is jeleskedő tudomány. Egyrészt három családba osztja őket - rendre egyre nagyobb tömegű részecskéket sorolva az egyes csoportokba. Ráadásul, ezt mintegy keresztbemetszve, megkülönböztet egy adott családon belül rendre nehezebb kvarkokat és könnyebb leptonokat is. A mi látható világunkat jórészt u és d kvarkok (ezekből épül fel a proton és a neutron) és a legismertebb lepton, az elektron "lakják".

A bozonok között megtaláljuk az egyes elemi kölcsönhatásoknak megfeleltethető erők hordozóit: az elektromágneses jelenségek kapcsán felbukkanó fotonokat, az atommagot az erős kölcsönhatás által összecementáló gluonokat, továbbá a korábban szintén a CERN-ben felfedezett W- és Z-bozonokat, amelyek az úgynevezett gyenge nukleáris kölcsönhatás hordozói.

A fizikusok számára problémát jelentett, hogy mitől nyerik tömegüket az egyes anyagi részecskék (ez ugyanis egyáltalán nem magától értetődő). Ennek feloldására született meg (Peter Higgs brit fizikus elméjében, még 1964-ben) a Higgs-mező elmélete. Ez egy olyan sajátos, az egész világegyetemet kitöltő, úgynevezett nem zéró vákuum várható értékkel bíró mező, melyhez összesen négy szabadságfok társítható, s közülük egy megfeleltethető a feltételezett Higgs-részecskének. Azt már csak a precizitás kedvéért mondjuk el, hogy a Higgs-mező úgynevezett skalártér, éppen ezért a Higgs-bozon spinje nulla. A standard modell hipotézise szerint az anyagi részecskék (például fermionok és leptonok, de a W- és Z-bozonok is) éppen eme Higgs-mezővel való kölcsönhatásuk révén nyerik el tömegüket - egy bonyolult, többek között szimmetriasértéssel járó folyamat eredményeképpen. Talán önökhöz is eljutott ama brit tudós analógiája, aki a konzervatív honleányokkal és státusférfiakkal sűrűn telerakott termen keresztülhaladó Mrs. Thatcherhez hasonlította az anyagi részecskék és a Higgs-mező kölcsönhatását - a Higgs részecske létrejöttét pedig a teremben terjedő pletyka keltette spontán csoportokkal kialakulásával modellezte (az analógia nyilván hazai viszonyokra is transzponálható). Nos, ez a példa látszólag szemléletes, sok tekintetben szellemes, de sajnos egyben leegyszerűsítő is - a jelenség mélyebb analízise egyrészt összetettebb folyamatról tudósít, másrészt nem nélkülözheti a matematikát sem.

Mindenesetre a részecskefizika jó előre megjósolta, milyen folyamatok révén lehet detektálható Higgs-bozonokhoz jutni, illetve mi történik a bomlásuk során, ami szintén jelenlétükről tudósít. Mindehhez nagy tömegű részecskék nagy energiájú ütköztetésére van szükség - nem hiába építették a Nagy Hadronütköztetőt. Az efféle karambolok során előfordulhat, hogy két gluon (ugye, ezek is bozonok) egy-egy top-kvark és anti-top-kvark keletkezése közben bomlik és a kvark-antikvark reakció révén keletkezhet Higgs-bozon. A másik út, hogy két kvark bocsát ki W- vagy Z-bozonokat, melyek egymással reagálva szintén Higgs-bozont hoznának létre. Akárhogy is, de úgy tűnik, hogy CERN kutatóinak sikerült a keresett részecskét létrehozniuk és detektálniuk. Hogy a megtalált partikula azonos a keresett Higgs-bozonnal, bizonyítja egyrészt a tömege, mely némi szórással, de a várt érték körül alakult: ez a CMS-nél 125,3 míg az ATLAS detektornál 126,5 gigaelektronvoltnak adódott - ezen a szinten már nem "kilóban, dekában" számolják a tömeget, hanem energia-egyenértékben -, másrészt az is, hogy a részecske egyik detektált bomlása során pontosan két nagy energiájú foton keletkezett, ami szintén arra utal, hogy egész spinű bozonról van szó.

Piszén pisze

A Higgs-bozon, amint előkerülése tényleg és végérvényesen igazolódik, mondjuk, az elkövetkező hónapokban, bizonyságot fog szolgáltatni arról, hogy a részecskefizika standard modellje legalábbis egy lépés előnyben van konkurenseivel szemben. Mert ne tagadjuk: akadnak olyan teóriák, melyek kiváltanák a standard modellt, ráadásul ezeket sem unatkozó manikűrösök vagy fizikából többszörösen bukott csontkovácsok, hanem többnyire képzett szakmabeliek, kiváló részecskefizikusok találták ki, s a Higgs-mezőtől mentes részecskefizikai modellek - mondjuk, matematikai leírásukat tekintve - nem egyszerűbbek a most ismerni véltnél. Az efféle modelleknek más módon kell magyarázniuk a részecskék tömegének keletkezését vagy éppen a tömeghez jutás során alapvető jelentőségű elektrogyenge szimmetriasértést. Akad, aki a Higgs-mezőt cserélné fel egyfajta összetett mezővel, amelyet top-kvarkok és antikvarkok alkotnak. Létezik az úgynevezett technicolor-elmélet, mely a kvantum-színdinamika alapján magyarázná a már említett elektrogyenge szimmetriasértést, a legmerészebb elméletek pedig extra-dimenzióval számolnak - egészen pontosan az úgynevezett mérték-mezők ötödik dimenziójának szánják a korábban a Higgs-mező számára adresszált feladatokat.

Érdekes, hogy miközben a CERN keretében, az LHC segítségével folyó kutatások részben, mint láttuk, éppen a Higgs-féle teória és vele a részecskefizika standard modelljének megerősítését célozzák, más kutatási irányok nem zárják ki a modellen való túllépést vagy legalábbis a reformját sem.

Például magyar kutatók aktív részvételével kutatják a szuperszimmetria (angolul: SUSY) jelenségét - az ezzel kapcsolatos hipotézis szerint minden ismert részecskének létezik egy nagyobb tömegű, szuperszimmetrikus párja, amelyek már ismert párjuktól csupán egyetlen kvatumfizikai jellemzőjükben, a spinjükben különböznek. A szuperszimmetria elméletének amúgy van további következménye is: lehet, hogy nem is egy, hanem rögtön többféle Higgs-bozon létezik - így az is elképzelhető, hogy most csak egyet találtak meg közülük. Az egzotikusabb CERN-béli kutatási tervek közé tartozik a világegyetem kezdeti periódusát jellemző kvark-gluon plazma létrehozása ólomatommagok ütköztetése révén. Még ennél is merészebb (és vitatottabb) ama elképzelés, mely a már említett, a húrelmélet által is proponált extra dimenziók létezésére szerezne bizonyítékot. De a mini fekete lyukak (katasztrófaszcenáriókban előforduló) spontán létrejötte (esetleg tudatos létrehozása!) vagy az antianyag-kutatás (hogy két további, látszólag sci-fi témát említsünk) még a laikusok fantáziáját is megmozgathatja. (Dan Brown, a népszerű író Angyalok és démonok című könyvében már arról vizionált, hogy az LHC-ben "termelt" antianyagot vetik be a Vatikán ellen.)

Külön öröm számunkra, hogy bármi legyen is a jövőbeli kutatások fő csapásiránya, abban jelentős szerepet fog játszani a CERN 2013. január elsejétől induló TIER 0-s típusú budapesti (csillebérci) számítógépközpontja is, mely a kutatóközpontból érkező gigantikus mennyiségű adatot fogja feldolgozni és az egyes alközpontok felé továbbítani. Jellemző, hogy már az induló 100 gigabites sávszélesség is nagyobb, mint amennyi jelenleg a magyar internetforgalom lebonyolításához szükséges.


Figyelmébe ajánljuk

Tendencia

Minden tanítások legveszélyesebbike az, hogy nekünk van igazunk és senki másnak. A második legveszélyesebb tanítás az, hogy minden tanítás egyenértékű, ezért el kell tűrni azok jelenlétét.

Bekerített testek

A nyolcvanas éveiben járó, olasz származású, New Yorkban élő feminista aktivista és társadalomtudós műveiből eddig csak néhány részlet jelent meg magyarul, azok is csupán internetes felületeken. Most azonban hét fejezetben, könnyebben befogadható, ismeretterjesztő formában végre megismerhetjük 2004-es fő műve, a Caliban and the Witch legfontosabb felvetéseit.

„Nem volt semmi másuk”

Temették már el élve, töltött napokat egy jégtömbbe zárva, és megdöntötte például a lélegzet-visszatartás világrekordját is. Az extrém illuzionista-túlélési-állóképességi mutatványairól ismert amerikai David Blaine legújabb műsorában körbejárja a világot, hogy felfedezze a különböző kultúrákban rejlő varázslatokat, és a valódi mesterektől tanulja el a trükköket. 

Játék és muzsika

Ugyanaz a nóta. A Budapesti Fesztiválzenekarnak telefonon üzenték meg, hogy 700 millió forinttal kevesebb állami támogatást kapnak az együttes által megigényelt összegnél.

A klónok háborúja

Március 24-én startolt a Tisza Párt Nemzet Hangja elnevezésű alternatív népszavazása, és azóta egyetlen nap sem telt el úgy, hogy ne érte volna atrocitás az aktivistákat.

Hatás és ellenhatás

  • Krekó Péter
  • Hunyadi Bulcsú

Az európai szélsőjobb úgy vágyott Donald Trumpra, mint a megváltóra. Megérkezik, majd együtt elintézik „Brüsszelt” meg minden liberális devianciát! Ám az új elnök egyes intézkedései, például az Európával szemben tervezett védővámok, éppen az ő szavazó­táborukat sújtanák. Egyáltalán: bízhat-e egy igazi európai a szuverenista Amerikában?

„Egy normális országban”

Borús, esős időben több száz fő, neonácik és civilek állnak a Somogy megyei Fonó község központjában. Nemzeti és Mi Hazánk-os zászlók lobognak a szélben. Tyirityán Zsolt, a Betyársereg vezetője és Toroczkai László, a szélsőjobboldali párt elnöke is beszédet mond. A résztvevők a lehangoló idő ellenére azért gyűltek össze szombat délután, mert pár hete szörnyű esemény történt a faluban. Március 14-én egy 31 éves ámokfutó fahusánggal rontott rá helyi lakosokra: egy középkorú és egy idős nő belehalt a támadásba, egy idős férfi súlyos sérüléseket szenvedett.