Nobel za bozon Higgsa

Nazwiska noblistów ogłoszono we wtorek w Sztokholmie.

Prace tegorocznych noblistów miały na celu uzupełnienie równań w Modelu Standardowym. Jest to teoria opisująca zachowanie cząstek elementarnych, np. protonów i elektronów. Równania teorii opisują różne własności cząstek, wśród nich: ładunek elektryczny (który sprawia że przyciągają się lub odpychają), ładunek oddziaływań silnych (który przyciąga cząstki na małych dystansach i wiąże kwarki wewnątrz protonów), spin (wewnętrzny moment pędu cząstek) i wiele innych.

Oryginalne równania nie uwzględniały jednak jednej z kluczowych własności cząstek - ich masy. W Modelu Standardowym wszystkie cząstki opisywane były tak, jakby nie miały masy w ogóle. Tymczasem wiadomo z wielu doświadczeń, że cząstki mają masę i że może się ona różnić naprawdę znacząco - elektron jest w przybliżeniu 1800 razy lżejszy od protonu. Nieuwzględnianie masy cząstek w równaniach nie pozwalało więc w pełni opisać zjawisk z udziałem protonów, elektronów i innych cząstek.

Już w latach 60. powstały prace, które proponowały rozwiązanie tego problemu. Kluczowe były dwie z nich - jedna autorstwa Petera Higgsa (Brytyjczyka), a druga Francois Englerta i Roberta Brouta (obaj z Belgii). Proponowali oni, aby w obliczeniach uwzględnić dodatkowe pole, nazwane później polem Higgsa, które wypełnia całą przestrzeń, łącznie z kosmiczną próżnią.

W uproszczeniu można wyobrazić sobie, że niektóre cząstki (w zależności od swoich właściwości) doznają ze strony tego pola większego lub mniejszego oporu. Opór ten powoduje większą lub mniejszą bezwładność, a tym samym sprawia, że niektóre cząstki łatwo jest rozpędzić - są lżejsze, a inne trudno - czyli są cięższe.

Obliczenia wskazywały na to, że w pewnych okolicznościach istnienie tego pola manifestowałoby się poprzez pojawianie się specyficznych cząstek - bozonów Higgsa. To pozytywna okoliczność, bo łatwiej jest zweryfikować teorię o istnieniu nowych, nieznanych dotąd cząstek niż o nowym polu, do którego mierzenia nie mamy żadnej aparatury.

Do odkrywania cząstek można zbudować aparaturę. Ta, która odkryła bozon Higgsa, powstała w 2008 r. Jest to Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), znajdujący się w ośrodku badawczym CERN pod Genewą. Jego wykorzystanie zaowocowało odkryciem - ogłoszonym przez zespół fizyków w 2012 r. - cząstek, których właściwości zgadzają się z przewidywaniami teoretyków - cząstek Higgsa.

Tym samym potwierdziła się słuszność teorii i po prawie 50 latach Englert, Higgs i Brout zasłużyli na Nobla. Robert Brout zmarł jednak w 2011 roku, więc nagrodę, wartą 8 mln koron szwedzkich (ok. 4 mln zł) podzielą między siebie dwaj pozostali.

"Nie było żadnego momentu: Eureka!" - mówił Peter Higgs, opisując okoliczności, w których dokonał odkrycia. Koncepcja jego naukowej teorii przyszła mu do głowy w 1960 roku podczas wycieczki po szkockim Parku Narodowym Cairngorms. Pierwszy tekst, w którym przedstawił jej podstawy, opublikował w piśmie Physics Letters w 1964 roku. W tym samym roku napisał też dłuższą pracę, w której postulował istnienie słynnej cząstki i wyjaśniał działanie całego modelu teoretycznego, dzisiaj nazywanego mechanizmem Higgsa.

Potwierdzenie teorii pola Higgsa wydaje się drobnym elementem badań w fizyce, ale było kluczowe. Sformułowanie Modelu Standardowego było owocem badań trwających dziesięciolecia. Gdyby okazało się, że bozonu Higgsa nie ma, oznaczałoby to, że cały Model Standardowy jest nieprawidłowy i należy go przeformułować. Tymczasem potwierdzenie istnienia bozonu dopełnia teorię i jest dowodem jej prawdziwości.

Komitet Noblowski przypomniał jednak, że nie jest to ostatni element "kosmicznej układanki". "Jednym z powodów jest to, że Model Standardowy traktuje pewne cząstki - neutrina - jako bezmasowe. Podczas gdy niedawne badania wskazują, że w rzeczywistości mają one masę. Inny powód jest taki, że model opisuje jedynie materię widzialną, która stanowi zaledwie jedną piątą materii w kosmosie. Właśnie w celu odkrycia tajemniczej ciemnej materii kontynuowane są poszukiwania nieznanych cząstek w akceleratorze LHC w CERN" - napisał komitet w komunikacie prasowym.

Oficjalne ogłoszenie we wtorek w Sztokholmie laureatów fizycznego Nobla opóźniło się o godzinę. Wynikało to - cytuje na oficjalnym profilu na Twitterze Komitet Noblowski jednego z członków - z "porządnej dyskusji" dotyczącej głosowania ws. laureatów.

"W środowisku naukowców jest rozmaicie. Jedni są zwolennikami danej kandydatury, inni zagorzałymi przeciwnikami - wyjaśnił PAP historyk nauki prof. Jan Piskurewicz. - Może być tak, że trwało płomienne wystąpienie kogoś, kto się nie zgadza z werdyktem. Wtedy takiej osoby wypada wysłuchać do końca. Być może dlatego wszystko uległo opóźnieniu".

Obaj laureaci byli w tym roku niemal pewnymi kandydatami do Nobla. Jako najbardziej prawdopodobnych wskazywał ich ekspert Reutersa, David Pendlebury - który od 2002 r. trafnie wytypował 27 noblistów.