Co musíte vědět o Higgsově bosonu, abyste mohli do společnosti

  20:45
V úterý odpoledne proběhne ve středisku CERN seminář, na kterém dva týmy oznámí dosavadní výsledky pátrání po Higgsově bosonu. Objev této částice by představoval jeden z největších fyzikálních průlomů posledních let. S Technetem na něj budete připraveni.

Záznam jedné srážky na urychlovači LHC, jak ji zachytil částicový detektor (konkrétně experiment CMS). Na začátku srážky byly dva proti sobě letící protony s velkou energií. Přes několik mezistupňů z nich jedním mohl být i Higgsův boson, nakonec vznikly čtyři miony (červené čáry). To jsou částice s elektrickým nábojem a vysokou energií, které se díky tomu dobře detekují. | foto: CMS (CERN)

Higgsův boson je nejhledanější částice současnosti. Kvůli němu byl postaven nejdražší vědecký experiment všech dob, urychlovač LHC. Naše otázky a odpovědi vás provedou po základních údajích.

Co je Higgsův boson?

Částice, která je projevem tzv. Higgsova pole.

Hm, díky. Co je to Higgsovo pole?

Pole ve fyzice je hodně zjednodušeně označení pro něco, co můžete měřit v daném místě a čase. Na jednom místě tak můžete měřit třeba hodnotu gravitačního pole (prostě gravitaci) nebo intenzitu elektrického pole. Higgsovo pole je také něco takového. Jen se nám ho nepodařilo zatím změřit a jeho funkce je trochu jiná.

Takže při hledání Higgsova bosonu jde i o pole, ne jen o samotný boson. Proč Higgsovo pole hledáme?

Protože nám zatím chybí do úplnosti jedné fyzikální teorie, nebo spíše "monstrteorie". Jde o tzv. standardní model částicové fyziky. To je v podstatě celý soubor teorií, pouček a zákonů, který chce popsat chování všech základních fyzikálních sil a vysvětlit jejich existenci. Z praxe a měření už známe všechny detaily působení všech těchto sil, právě s výjimkou Higgsova pole.

Urychlovač LHC vznikl právě proto, aby to napravil. Hledání Higgsova bosonu je jen prostředek k dosažení cíle.

Co má Higgsovo pole dělat?

Podle teorie by mělo umožnit, aby některé částice získaly hmotnost. Týká se to jen některých částic, například elektronů.

Z hlediska fyziků je ještě důležitější, že Higgsovo pole by mělo dát hmotnost tzv. "intermediálním vektorovým bosonům". Tyhle částice sice nikdy v životě nepotkáte, ale fungují jako "nosiče" jedné ze čtyř základních fyzikálních sil, tzv. slabé síly (častěji se používá výraz slabá interakce).

S tou se v životě také osobně mockrát nesetkáte, protože působí na vzdálenosti relevantní maximálně tak v rozměrech jádra atomů. Ale rozhodně existuje a vesmír by bez ní nefungoval tak, jak funguje. (Možná se s ní jednou blíže seznámíme, pokud zvládneme výrobu energie jadernou fúzí. Tomuto procesu vládne slabá síla.)

Jak souvisí s Higgsovým polem Higgsův boson?

Tahle částice zprostředkovává působení Higgsova pole s okolím. Bez ní by se nijak neprojevovalo.

Boson by měl být obrazně řečeno nejmenší možná vlnka, která může putovat po hladině Higgsova pole. Některá pole jsou totiž tzv. kvantová. Jejich hodnota skáče jenom po určitých stupních. Můžeme si to představit tak, že v těchto polích jsou zakázána desetinná čísla a existují v nich jenom celá čísla. Higgsův boson by pak byla jednička pro Higgsovo pole, nejmenší možná výška vlny, která se tímhle polem pohybuje na nějakou vzdálenost. (Mohou v něm vznikat "vlny" na místě, které nikam neputují, tzv. kvantové fluktuace, ale tím se v tuto chvíli nemusíme zabývat.)

Jak by měl ten boson (o který vlastně nejde) vypadat?

Měl by to být cvalík. Podle údajů, které snad unikly přímo od fyziků z LHC (více zde), se zdá, že váží dvakrát tolik, co celý atom mědi. Bohužel jeho vysoká hmotnost také znamená, že existuje jenom velmi krátkou dobu (v podstatě zanedbatelnou), a tak ho samotný pozorovat nemůžeme.

Nehmotné fotony, které dělají podobnou práci pro elektromagnetické pole (např. tedy světlo), vydrží mnohem déle, a tato síla tak působí na delší vzdálenosti.

Když ho nemůžeme pozorovat, jak se tedy hledá?

Při srážkách hodně rychlých částic. Ty mají tolik energie, že při nich mohou vznikat i takové exotické částice jako Higgsův boson. Ten sice nezachytíme, ale uvidíme další částice, které z něj neodvratně vzniknou po jeho rychlém zániku. (Energie Higgsova bosonu se nemůže vypařit a něco prostě udělat musí.)

Jenže je tu problém. Tyhle "koncové produkty" srážky, při které vznikne na chvíli Higgsův boson, lze jen obtížně poznat od "koncových produktů" jiných srážek, které mají na začátku jiné účastníky, ale stejné konce. (Srážka částice A a B vede ke vzniku částice C a D. Ale kolize X a Y může dopadnout také zrodem C a D. Jen v jednom případě v mezikroku navíc vznikne Higgsův boson, ve druhém ne.) Higgsův boson tak můžeme pozorovat jenom statisticky. Pokud existuje, uvidíme o něco více srážek s určitými konci, než bychom měli očekávat. 

Bohužel, teorie říká, že srážek s účastí Higgsova bosonu je podstatně méně než srážek jiných částic, které končí stejně. Takže podíl "higgsovských" srážek na celkovém množství je malý. A máme statistický problém: jak můžeme vědět, že malinký nárůst určitého typu srážek není jenom náhoda a opravdu ukazuje na existenci Higgsova bosonu? Jedinou možností je udělat hodně srážek, aby byl samotný nárůst "higgsovských" srážek v absolutních číslech poměrně veliký a náhoda se vyloučila.

Udělal urychlovač LHC tedy už dost srážek, aby mohl Higgse objevit?

Zatím téměř jistě ne. Ale už by jich mělo být dost na to, aby se alespoň  vědělo, jestli existuje reálná šance, že by Higgsův boson mohl pozorovat. Takže jde o předběžné výsledky.

Co se stane, pokud nějaké stopy objeví? 

Dopady mohou být různé. Teorie, o které jsme mluvili, Standardní model, totiž vysvětlí hodně, ale dokonalá není. Čeká se (skoro by se chtělo říct až "doufá se"), že objev Higgsova bosonu povede nejen k jeho doplnění, ale i modifikaci. Existují různé teorie, které na to aspirují, a řada z nich si vsadila na jednu konkrétní podobu Higgsova bosonu. Pokud se některá z nich trefí, nejspíše hodně poskočí v hitparádě fyzikálních hitů.

Autoři získají slávu a uznání, zbytek fyziků novou myšlenkovou potravu a my bychom mohli doufat, že nám objev časem otevře nové obzory. Jako objevy na začátku 20. století vedly o čtyřicet let později k výbuchu atomových bomb. A naštěstí i spoustě jiných, lepších věcí.

A co když se stopy Higgsova bosonu neobjeví? Zpanikaří fyzikové?

Ne. Mají i záložní plán. Většina odborníků by asi byla překvapena, ale existují desítky hypotéz, které nepočítají s existencí Higgsova bosonu. Některé z nich by byly zřejmě schůdné, jen působí zbytečně složitě. V případě "neobjevu" tyto hypotézy rády zaskočí za své zdiskreditované kolegyně a povedou fyziky při hledáních jiných vysvětlení podstaty sil, které má Higgsův boson zprostředkovat.

Navíc ani první negativní oznámení nemusí nic znamenat. LHC zatím hledal jen nejjednodušší teoretickou podobu Higgse. Je možné, že skutečnost je trochu složitější a Higgsovo pole si vypomáhá ještě nějakou další neznámou částicí nebo neznámou fyzikální silou. Ale aby něco takového fyzici objevili, museli by nejspíše změnit metodiku pátrání.

A mimochodem, ještě jedna otázka: proč se Higgsově bosonu říká božská částice?

S náboženstvím to nemá nic společného. Jde samozřejmě pouze o „marketingový termín“. Poprvé ho použil zřejmě fyzik Leon Lederman (mimo jiné nositel Nobelovy ceny) v titulu své knihy: „Božská částice: Když je vesmír odpověď, tak jaká je otázka?“ (The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?). Lederman prý chtěl použít výraz "Goddamn particle", tedy zatracená částice, místo "God particle" (božská částice), ale nakladatelství ho od toho odradilo. Vědci samotní výraz nepoužívají.

  • Nejčtenější

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

v diskusi je 125 příspěvků

26. března 2024

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo...

Z jaderné triády zbyly Britům už jen ponorky. A ty musejí posílit

v diskusi je 76 příspěvků

27. března 2024

Jadernou triádu tvoří strategické bombardéry s jadernými zbraněmi, mezikontinentální balistické...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Hlučínsko patří nám. Před 100 lety byl podepsán definitivní protokol o hranici

v diskusi je 26 příspěvků

28. března 2024

Před 100 lety definitivně skončily tahanice o československo-německé hranice. 28. března 1924 byl...

Rusko zastavilo odlet na ISS s první Běloruskou, letět měla i Američanka

v diskusi je 50 příspěvků

21. března 2024  10:23,  aktualizováno  14:26

Ve čtvrtek 21. března se necelých deset minut před půl třetí odpoledne měla vydat na Mezinárodní...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Načapali jsme otesánka, který se velkého sousta nezalekne. Boeing 747-400F

v diskusi je 8 příspěvků

21. března 2024

Poté, co na Letiště Václava Havla Praha přestaly v barvách Qatar Airways létat nákladní Boeingy...

Dočasná raketa se po téměř 70 letech loučí. Nyní startuje naposledy

v diskusi jsou 3 příspěvky

28. března 2024  15:36

Tento čtvrtek stojí na startovací rampě mysu Canaveral poslední potomek raket Thor, nosič Delta IV...

Američané odepsali modul, který je vrátil po půl století na Měsíc

v diskusi je 20 příspěvků

28. března 2024,  aktualizováno  11:41

Od začátku letošního roku je na Měsíci a kolem něj poměrně rušno. Vedle řady sond, které zamířily...

Hlučínsko patří nám. Před 100 lety byl podepsán definitivní protokol o hranici

v diskusi je 26 příspěvků

28. března 2024

Před 100 lety definitivně skončily tahanice o československo-německé hranice. 28. března 1924 byl...

Úspěšný let prototypu XB-1 vrací do hry cestování nadzvukovou rychlostí

v diskusi je 34 příspěvků

27. března 2024  17:17

Po více než dvaceti letech, od ukončení provozu letounu Concorde, se možná opět dočkáme nadzvukové...

Rána pro britskou monarchii. Princezna Kate má rakovinu, chodí na chemoterapii

Britská princezna z Walesu Kate (42) se léčí s rakovinou. Oznámila to sama ve videu na sociálních sítích poté, co se...

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...