Desať rokov po Higgsovi

Aula bola naplnená do posledného miesta. Ak ste neboli na zozname, nestačilo ani privstať si niekoľko hodín. Každému bolo jasné, že tento deň si budeme pamätať dlho. Práve 4. júla 2012 sa po približne storočí zavŕšila naša snaha pochopiť, z čoho sa skladá hmota.

Detektor CMS, foto CERN

Do roku 1905 sa ľudia sporili, či vlastne existuje niečo ako atómy – nedeliteľné stavebné dieliky hmoty. Elektróny boli známe menej ako desaťročie, atómové jadrá ešte nepoznal nikto. V roku 1905 Einstein ukázal, že známy experiment so zdanlivo náhodným pohybom peľového zrnka sa dá interpretovať ako efekt narážajúcich sa molekúl vody.

Posledný kúsok skladačky

Pre fyziku sa otvoril nový svet, ktorý v súčasnosti považujeme za samozrejmý, kedysi však znel ako rozprávka. Dokážeme vytvárať molekuly na mieru, rozumieme, ako funguje slnko, vieme vyrábať energiu z jadra a elektrické súčiastky s presnosťou vyrážajúcou dych.
Zoznam fundamentálnych častíc najprv rástol, neskôr, našťastie, začal klesať. Zistili sme totiž, že väčšina častíc nie je fundamentálna, z niečoho sa skladá, napríklad protóny sa skladajú z troch kvarkov. Zoologická záhrada fyziky nadobudla systém, plejády častíc sa skladali zo smiešne krátkeho zoznamu elementárnych častíc.
Jeho základ tvoria častice hmoty: elektróny, kvarky a neutrína, všetky v niekoľkých variáciách. Keď k tomu pridáte zopár častíc, ktoré sprostredkúvajú interakcie medzi nimi, napríklad fotón, teda časticu elektromagnetického poľa, dokážete vysvetliť takmer všetky vlastnosti hmoty okolo nás. Takmer, ale nie úplne.

Častica dodávajúca hmotnosť

Zoznam známych elementárnych častíc, ilustrácia wikipédia/MissMJ, Cush, úprava Juraj Tekel, CC BY 3.0

Tzv. štandardnému modelu časticovej fyziky niečo chýbalo. Niečo, čo by vysvetlilo, prečo niektoré častice z istého uhla vyzerajú nehmotne a z iného veľmi ťažké. Postulovala sa existencia nového poľa – a jemu zodpovedajúcej častice –, ktoré ostatným dokáže dodať hmotnosť. Tušíte správne, ide o Higgsovo pole a Higgsov bozón.
Tak trochu sa tušilo, že sa ho podarí nájsť, tutovka to však podľa mnohých nebola. Higgsov bozón je v niečom iný než ostatné známe častice. A hľadá sa naozaj ťažko. Preto sa jeho nájdenie dvomi experimentmi, ATLAS a CMS, považuje za najväčší úspech nielen CERN-u, ale aj fyziky ako takej.

Fyzika za štandardným modelom

Zavŕšenie štandardného modelu nás zanechalo na zvláštnom mieste. Máme teóriu, ktorá je presnejšia než takmer hocijaká iná – niektoré predpovede sú presné na vyše desať desatinných miest. A aj tak nie sme spokojní.
Vieme, že štandardný model nie je celý príbeh, napríklad neobsahuje gravitáciu. Tiež nerozumieme, čo sa s povahou síl stane pri vysokých energiách. Vieme, že vesmír je plný tmavej hmoty, no žiadna z častíc štandardného modelu na ňu nepasuje. Musí existovať fyzika za štandardným modelom. Ibaže nevieme aká.
Keď sa staval Veľký časticový urýchľovač, bolo pomerne jasné, čo chceme hľadať. Keď sa teraz navrhuje ešte väčší časticový urýchľovač Future Circular Collider, tak trochu tápeme – za desať rokov od objavu Higgsovho bozónu sme neobjavili nič, čo by sa dalo označiť za viac než náznak novej fyziky. Určite existuje, no ťažko povedať, kedy sa dočkáme podobne veľkého objavu ako pred desiatimi rokmi.

Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 8/2022. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre