O co chodzi z tym bozonem?

Ale wylegującym się na plażach wczasowiczom ta wiadomość była obojętna. Przywykli oni do tego, że w tak zwanym sezonie ogórkowym, gdy dostarczający prasie sensacji politycy przerywają sejmowe pyskówki, zwykle coś "odkrywano", żeby było czym zapełnić stronice wakacyjnych gazet. Dziennikarze serwowali nam: a to potwora w Loch Ness, a to ślady Yeti w Himalajach.

Więc także doniesienia o odkryciu "boskiej cząstki" zostały przez większość ludzi zlekceważone. Utrzymane w sensacyjnym tonie wypowiedzi fizyków były mniej ważne niż prognozy pogody na następny dzień, chociaż akurat w tym przypadku wiadomość o wielkim odkryciu była prawdziwa, a prognozy nie zawsze...

Teraz jednak wróciliśmy z wakacji, dzieci poszły do szkoły, dorośli do pracy, politycy znowu się wzięli za łby - więc można się także poważnie zastanowić nad tym, co właściwie się wydarzyło w nauce w ciągu tych wakacji i dlaczego to jest takie ekscytujące.

Otóż udało się potwierdzić eksperymentalnie jedną z najbardziej zuchwałych prób naukowego zrozumienia praw Przyrody. Od czasów Galileusza i Newtona fizycy usiłowali coraz dokładniej opisywać świat za pomocą równań matematycznych. Znaleźli matematyczne prawa, dzięki którym można opisać ruch różnych ciał i dlatego potrafimy zbudować samochód albo przewidzieć zaćmienie słońca. Zbudowali prawa opisujące zjawiska elektryczne, dzięki czemu umiemy zbudować żarówkę, komputer czy telefon. Odkryli prawa opisujące atomy i dlatego mamy dziś nowe materiały, jakich nie stworzyła Natura. Wykreowane przez ludzi tworzywa na implanty, zastępujące uszkodzone tkanki naszego ciała, albo na termoaktywne ubrania.

Im więcej było tych praw, tym więcej potrafiliśmy osiągnąć w technologii, ale tym bardziej rodziła się tęsknota za tym, żeby stworzyć jedno prawo, z którego dało by się wyprowadzić wszystkie te prawa szczegółowe. To dążenie nazwano Wielką Unifikacją, a to jedno prawo, które miało zawrzeć w sobie prawie całą wiedzę fizyczną, nazwano Modelem Standardowym. Piszę "prawie", bo modelem tym nie udało się objąć grawitacji - ale całą resztę tak.

Model Standardowy wymyślili fizycy już dość dawno. Opisuje on prawa rządzące światem poprzez wprowadzenie koncepcji tak zwanych cząstek elementarnych. Są dwa rodzaje tych cząstek: fermiony, które budują jądra atomowe oraz bozony, które przenoszą oddziaływania. Z nich składają się atomy, związki chemiczne, nasze ciała i cały kosmos. Gdy się pozna i opisze te cząstki i zrozumie naturę różnych oddziaływań: elektromagnetycznych, tak zwanych słabych (związanych z radioaktywnością) oraz silnych, decydujących o łączeniu cząstek w jądra atomowe, to będzie można wyprowadzać - na zasadzie czysto matematycznych wywodów - właściwości wszystkich tych obiektów, które z cząstek elementarnych powstają. Na przykład będzie można zrozumieć, czemu pewne substancje leczą, albo jakie procesy zachodzą w półprzewodnikach, gdy wysyłamy SMS z komórki.

Model Standardowy był piękny. Walor piękna ma duże znaczenie w dociekaniach fizycznych, bo wielu badaczy wierzy, że tylko piękny wzór matematyczny poprawnie opisuje świat. Ale model ten miał jedną wadę: wnioski z niego wypływające nie zgadzały się z doświadczeniem. Przyczyną był fakt, że Model Standardowy wymagał, by pewne bozony nie miały masy, a badania empiryczne temu przeczyły. Żeby uratować tę piękną teorię dołożono do niej (trochę desperacko) dodatkowy składnik, który nadawał innym cząstkom masę. To był właśnie bozon Higgsa. Składnik ten, gdy go wprowadzono (w 1964 roku) był czysto hipotetyczny. Żadne doświadczenie fizyczne nie potwierdzało jego istnienia. Ale bez niego fundamentalna teoria fizyczna (Model Standardowy) rozpadała się jak domek z kart, więc fizycy wierzyli, że istnieje.

Od 1964 roku szukano śladów istnienia tej hipotetycznej cząstki. Prowadzono tysiące kosztownych doświadczeń, gromadzono miliony obserwacji - a bozon Higgsa wciąż był nieuchwytny. Aż wreszcie 4 lipca bieżącego roku dwa niezależne zespoły badawcze w CERN - używające różnych zestawów detektorów (CMS i ATLAS) - zarejestrowały obecność cząstki elementarnej, której właściwości odpowiadają przewidzianym przez teorię cechom bozonu Higgsa. Fundamentalna teoria fizyczna zyskała doświadczalne potwierdzenie.

A dlaczego mówi się o "boskiej cząstce"?

Otóż postulując pół wieku temu istnienie tej przez nikogo niewidzianej cząstki, która była potrzebna po to, żeby można było w sposób spójny opisać cały świat jedną teorią - Higgs podobno powiedział:
Ta cząstka musi istnieć dla zapewnienia ładu, a Bóg stwarzając świat nie mógł przecież dopuścić chaosu. A teraz wiemy, że ta cząstka istnieje. Czy to nie piękne?

Autor: biocybernetyk, automatyk, prof. dr hab. inż., trzykrotny rektor AGH, członek wielu organizacji krajowych i zagranicznych, m.in. PAN, PAU, Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych.