Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Vědci obklíčili božskou částici. Buď neexistuje, nebo se už neschová

aktualizováno 
Dlouhé pátrání po částici, která má podle teorií všem ostatním zprostředkovávat hmotnost, se zřejmě chýlí ke konci. V Ženevě se na úterý chystá seminář a tisková konference o výsledcích dosavadního pátrání na urychlovači LHC. Podle informací uniklých na internet budou výsledky pozitivní, byť zatím pouze předběžné.

Peter Higgs, autor (či přesněji jeden z autorů) teorie, která předpovídá existenci po něm pojmenovaného bosonu, u detektoru ATLAS na urychlovači LHC. | foto: Profimedia.cz

Urychlovač LHC ve čtvrtek vyslal svůj poslední svazek částic až do příštího jara. Fyzici pracující s jeho výsledky nemají čas vydechnout. Většina z nich s napětím očekává úterý 13. prosince. Ten den odpoledne proběhne v CERN seminář k dosavadním výsledkům hledání Higgsova bosonu, kterému se v tiskových prohlášeních a médiích přezdívá také "božská částice". Oznámení o semináři je na stránkách CERN zde.

Právě díky této zatím jen teoreticky předpovězené částici mají některé částice (třeba elektrony) hmotnost. Dnes široce uznávané fyzikální teorie říkají, že bychom ji na LHC měli objevit, a poznat díky ní podstatu všech základních fyzikálních sil. Kdyby se to nepovedlo, znamenalo by to zhroucení mnoha fyzikálních jistot a přerod oboru do nové a zatím jen tušené podoby.

Co se přítomní fyzici a potažmo i veřejnost v úterý dozví, není známo. Nejde o  narychlo svolanou konferenci kvůli novým, senzačním výsledkům, seminář je naplánovaný už dlouho dopředu.

Bosony pro otrlé

Milovníci fyziky a spekulací si mohou více přečíst na nejrůznějších fyzikálních blozích po celém světě. Varujeme, že to většinou není jednoduché čtení.

Začneme nejen z patriotických důvodů na anglicky psaném Reference Frame českého fyzika Luboše Motla (domovská stránka zde), kde už je příspěvků na toto téma několik. Zamyšlení nad tím, co by objev mohl znamenat, najdete i na blogu viXra (domovská stránka je zde), kde se fyzik Philip Gibbs věnuje pověstem a jejich možných dopadům na fyziku.

Za zmínku stojí i blog jednoho z italských spolupracovníků experimentu ATLAS Tommase Doriga, který ví více, než může říct, ale i tak říká zajímavé věci. Je dostupný zde.

Roušku tajemství dráždivě nadzvedl generální ředitel CERN Rolf Heuer, který rozeslal pracovníkům a spolupracovníkům na LHC e-mail, ve kterém zve kolegy na seminář. V textu, který byl zveřejněn na internetu, říká, že nové údaje budou sice úplnější než ty předchozí, existenci Higgse ovšem s konečnou platností nepotvrdí, ani nevyvrátí. Nepůjde tedy o oznámení objevu Higgsova bosonu. Co bychom se mohli dozvědět nového? Překvapivě mnoho.

Nebylo a není tu?

První možností, pro mnohé hodně překvapivou, by bylo, že po Higgsově bosonu není v údajích z LHC ani stopy.

Pravda, nebylo by to poprvé. Světové urychlovače, nejprve už odstavený Tevatron (o něm něco zde) a nyní LHC, v posledních letech už mnohokrát oznámily, že stopy Higgse neobjevily. Ale to proto, že pracovaly vylučovací metodou.

Tajemný boson sice může vypadat jakkoliv, ale jeho vlastnosti jsou ovlivněny jeho hmotností. Těžký Higgs se ve srážkách musí prostě chovat jinak než lehký.

Urychlovače proto hledaly ve srážkách postupně stopy Higgsova bosonu s různými hmotnostmi. Nejprve vyloučily, že by byl extrémně těžký nebo hodně lehký. Pročesávání srážek pak postupně vylučuje i další místa, kde by se Higgs mohl skrývat. Zatím poslední, v létě zveřejněné výsledky LHC Higgse odkázaly do malého prostoru, který LHC z velké části pročesal v posledních měsících. Kdyby nebyl ani zde, dalo by se s úspěchem pochybovat o jeho existenci.

Takové oznámení by znamenalo velké překvapení. A také ohromnou změnu, konec současných uznávaných teorií a vznik nových. Tedy ne konec, ale nový a vzrušující vývoj, jehož směr nelze předvídat.

Na druhou stranu bychom neměli předbíhat. Především proto, že výsledky by stejně nebyly definitivní, protože LHC měl na své pokusy málo času. Výsledky v každém případě nebudou průkazné a konečné, jak psal i Rolf Heuer.

Šlo by jen o náznak. Nepochybně zajímavý a pro fyziky vzrušující, až děsivý, ale rozhodně ne průkazný. LHC by pokračoval v hledání dále, protože fyzici by museli mít co největší jistotu, než opustí teorie prověřované a broušené desítky let. 

A přece tu je!

Tento vývoj událostí ale není příliš pravděpodobný. Sergio Bertolucci, šéf výzkumu v CERN, pro BBC (článek zde) vysvětlil v zamotané větě optimistickou domněnku: "Myslím, že se nám dostane náznaků, které nejsou konzistentní jeho (tj. Higgsova bosonu) neexistencí." Ze své pozice by měl být přitom jedním z mála lidí s přístupem ke všem údajům, které budou v úterý představeny.

Záhadný elektronvolt

Na vysvětlení: elektronvolt (eV) není jednotka hmotnosti, ale jednotka energie. Je roven energii, kterou získá elektron urychlený ve vakuu napětím jednoho voltu. A protože mezi energií a hmotou existuje pevný vztah (slavné E=mc2), lze jednotku energie použít i k vyjádření hmotnosti. Správně by se mělo v takovém případě psát eV/c2 (tedy lomeno druhou mocninou rychlosti světla), podle nepsané fyzikální konvence se ovšem tato část vynechává.

Jednotka se používá pro vyjádření hmotnosti jednotlivých částic i proto, že výsledná čísla jsou mnohem lidštější, než kdyby se pracovalo se zlomky kilogramu. Porovnejme se to na příkladu elektronu: ten má hmotnost buď 511 kiloelektronvoltů nebo 9,11x10-31 kilogramu. A jeden proton váží příjemných 0,931 gigaelektronvoltu (při rychlém počítání z hlavy to jde zaokrouhlit na jedna). S čím by se vám pracovalo lépe?

Že půjde o pozitivní zprávy, napovídají i zvěsti, které z CERN prosakují neoficiálními cestičkami. Podle těch nejrozšířenějších se ve srážkách objevují stopy po tom, že by Higgs měl mít hmotnost kolem 125 GeV(více viz. box vlevo).

Stopy po částici podle těchto pověstí objevily oba největší detektory pracující na LHC, experimenty ATLAS a CMS, které mají hledání Higgse v popisu práce. Oba týmy vyšlou na prezentaci výsledků v úterý své ředitele, což není časté, ale ještě důležitější je, že si mohou navzájem ověřit své výsledky.

"Jde v podstatě o dva nezávislé experimenty, které sice měří stejné jevy, ale hodně odlišnými přístroji," říká Václav Vrba, vedoucí české účasti na detektoru ATLAS a dodává: "Lidé z ATLAS mohou sice tušit, co vidí na CMS, protože se oba detektory dívají na totéž, ale týmy spolu přímo nekomunikují. Navzájem se tedy kontrolují."

Málo devítek, pořád málo

Nezávislost obou experimentů hodně znamená pro hodnověrnost případně oznámených výsledků. Václav Vrba o přesném obsahu úterní konference samozřejmě odmítá mluvit, tak na chvíli popusťme uzdu spekulacím kolujícím po fyzikálních blozích.

Podle nich z analýz měření provedených týmem ATLAS vyplývá, že zhruba s pravděpodobností 99,9 procenta nejsou výsledky náhodné a odpovídají nějakému reálnému efektu (tedy přítomnosti Higgsova bosonu). CMS si má být zase svými výsledky "jisto" na 99 procent.

Protože měření i analýza se na obou experimentech provádí nezávisle, mohou se (zřejmě, úplnou jistotu budeme mít v úterý) výsledky opřít jeden o druhý; jeden druhý kontrolují. Pravděpodobnost lze "sečíst" (ve skutečnosti je to samozřejmě o něco málo složitější operace), a pak by vycházelo, že o náhodu by nemělo jít s pravděpodobností 99,9983 procenta.

Přesto by ani v takovém případě - a znovu připomínáme, že jde jen o neprokázané spekulace - nebyly výsledky podle fyzikálních konvencí považovány za prokázaný objev, ale jen za indikaci přítomnosti nějaké částice.

Pořád málo devítek

Možná to zní neuvěřitelně, ale v historii částicové fyziky a urychlovačů existuje dost případů měření zajímavých výsledků s podobnou pravděpodobností, které se nakonec při opakování a dalším zkoumání zcela vytratily. Není to jen tím, že ve vesmíru se čas od času stávají i velké náhody (zrovna váš soused vyhraje v loterii). Částicoví fyzici musí být také velmi opatrní, aby neudělali při výběru údajů nějakou chybu.

Nakonec, tak tomu bylo i v případě zvěstí o náznaku Higgse, které se objevily letos v dubnu (psali jsme zde a zde). Pozorovaní tehdy také nevypadalo na pohled jako nějaký náhodný efekt nebo chyba měření (pravděpodobnost, že nejde o náhodu, měla být tedy 99,9937 procenta). Při důkladnější kontrole a ověření však z tvrzení nezbylo nic. Mimochodem, jediným výsledkem aféry bylo to, že se týmy dohodly na striktnější kontrole zveřejňování výsledků, říká Václav Vrba. Jak se zdá, ani to nestačilo.

V každém případě, pokud bude v úterý oznámeno, že vědci narazili na náznak existence Higgsova bosonu, k potvrzení tohoto tvrzení bude zapotřebí dalších měření. Protože LHC se pro letošní rok už zastavil, proběhnou až v roce příštím. Tou dobou by vědci měli mít k dispozici zhruba čtyřikrát více údajů než teď. A to by mělo stačit, aby se pravděpodobnost, že nejde o náhodu, zvýšila na zhruba 99,9999 procenta. A to už stačí fyzikům, aby případnou částici uznali za skutečně objevenou.

Ani v té době nebude s největší pravděpodobností rozhodnuto, jak objev Higgsova bosonu změní fyziku. Předběžně se zdá, že přinese minimálně zajímavou obměnu nejuznávanějších teorií, a ještě mnohem spíše zrod, nebo alespoň revitalizaci, některých těch dnes méně široce přijímaných. A na takové debaty bude dost času i po úterku.



Témata: CERN, LHC, Loterie


Hlavní zprávy

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.