A svájci–francia határon lévő Európai Atommagkutató Központ tudósai bejelentették, hogy végre megtalálták a régóta várt „isteni részecskét”, a Higgs-bozont. A részecske az utóbbi években afféle internetes sztárrá vált, majdnem annyiszor foglalkoztak vele a részecskefizikához nem sokat konyító fiatalok, mint David Beckham hajával vagy Madonna melleivel. Hogy lett e soha nem látott parányból igazi XXI. századi ikon?
Tényleg létezik a CERN?
– Igen.
– A CERN-ben találták föl a világhálót?
– Igen.
– Tényleg van űrhajójuk?
– Sajnos nincs.
– Valóban létezik az antianyag?
– Igen, a CERN-ben rutinszerűen előállítunk antianyagot.
A sci-fi rajongók ezen és más hasonló kérdéseire is válaszolnak az Európai Atommagkutató Központ (CERN) honlapján, amely először A Da Vinci-kóddal világhírű lett Dan Brown amerikai író Angyalok és démonok című regénye kapcsán került a figyelem központjába. A könyvben a CERN-ből, ahol éppen az „isteni részecskét” igyekeznek előállítani, ellopnak némi antianyagot, amellyel – persze szövevényes konspiráció részeként – föl akarják robbantani a Vatikánt. A CERN a hozzájuk záporozó olvasói kérdéseket igyekezett megválaszolni honlapján, részben az antianyag veszélytelenségét hangsúlyozva, részben hogy némi hírnevet szerezzen magának a kötetet övező sajtókampány farvizén.
A könyv persze nagyrészt az írói fantázián alapul. Benne vannak azonban a valóság morzsái, így az úgynevezett isteni részecske. Amióta néhány évvel ezelőtt beindították a CERN alatt a világ legnagyobb, huszonhét kilométer kerületű részecskegyorsítóját, a nagy hadronütköztetőt, angol rövidítéssel LHC-t, mindenki ezen isteni részecske megtalálását várta (kivéve azokat, akik létrejövő fekete lyukról és a Föld pusztulásáról fantáziáltak, nekik eddig csalódniuk kellett). Itt a mindenki alatt nem csak a részecskefizikusokat kell érteni. A polgári nevén Higgs-bozonnak nevezett részecske az elmúlt években a populáris kultúra része lett. Bár nem kell ahhoz szuperszámítógép, hogy összeszámoljuk azokat a földön, akik valamennyire is értik e részecske tényleges mibenlétét, már a múlt heti bejelentés előzetes hírére is érezhető izgalom lett úrrá az interneten. Szinte mindenki megosztotta ismerőseivel, hogy biztos megvan a Higgs-bozon, mintha csak az angol hercegi házaspár gyermekének világra jöttét várnák.
Itt meg kell állnunk, és kísérletet kell tennünk arra, hogy megválaszoljunk egy égető kérdést: mi ez a Higgs-bozon?
– A Higgs-bozon egy matematikai bűvészkedés mellékterméke. Azért van rá szükség, hogy a részecskefizika elmélete, az úgynevezett standard modell matematikailag működőképes legyen. Az elmélet önmagában ugyanis nem engedi, hogy a részecskéknek tömegük legyen. Peter Higgs fizikus számolta ki a hatvanas években, hogy csak úgy lehet tömegük, ha megsértjük a kölcsönhatásokat keltő szimmetriákat, és az létrehoz egy nagyon furcsa tulajdonságú részecskét. Ezt az eddig csak elméletben létező részecskét nevezték el megjósolójáról Higgs-bozonnak – magyarázza Horváth Dezső, a Magyar Tudományos Akadémia Wigner Fizikai Kutatóközpontjának tudományos tanácsadója, aki maga is részt vesz az LHC kísérleteiben, így részese a felfedezésnek. – Minthogy a Higgs-bozonnak nincsenek olyan tulajdonságai, amelyek a többi elemi részecskénél megszokottak, kevesen hittek a létezésében. Ez akkor változott meg, amikor kiderült, hogy ha létezik, az kiküszöböli az elmélet matematikai problémáit. Tehát a Higgs-bozon egy csapásra „helyre teszi” a dolgokat, és nélküle nem működhet a standard modell. Ezért szokás a bulvársajtóban isteni részecskének nevezni, fizikusok ezt nem mondják.
A Higgs-bozon az elmúlt negyven évben a részecskefizika Szent Gráljává vált. Fizikusok generációi keresték, a kedvéért egyre erősebb, nagyobb részecskegyorsítókat építettek, de csak nem találták. A versenyfutás végül két nagy kutatóközpont, a CERN és az amerikai Fermilab párharcává vált. Az amerikaiak azonban néhány éve, amikor kiderült, hogy az LHC-vel nem tudják fölvenni a versenyt, a kudarc csalódott beismeréseként bezárták a maguk gyorsítóját. De azért a múlt heti show legalább egy részét megpróbálták ellopni. A CERN szerdára ígért bejelentése előtt két nappal közleményt adtak ki, amelyben azt állították, hogy újraszámolva az eredményeiket rájöttek, hogy ők már évekkel ezelőtt megtalálták a Higgs-bozont. Az állítás azonban nem győzött meg senkit, mert az eredmények bizonytalansága (tudományosan: szabadsági foka) túl nagy volt. Magyarul blöfföltek.
A Higgs-bozon keresése valójában a tömegének pontos meghatározását jelentette. A bejelentéskor jelen lévő, boldogan mosolygó Peter Higgs ugyanis csak a részecske létét jövendölte meg, egyenleteiből a tömege nem derült ki.
– A részecskefizikában óriási kalorimétereket (energiamérőket) építünk. Ezután a fénysebesség közelébe gyorsítunk, majd ütköztetünk két protont. A proton olyan, mint egy túrógombóc, ha összeütköznek, mindenfelé repülnek az alkatrészei. A gyorsító köré épített berendezésekkel pedig igyekszünk elkapdosni minden olyan részecskét, amelyik az ütközés után szétrepül, és ezeket vizsgáljuk. Az LHC egyik mérőműszere (a CMS), amellyel én is dolgozom, valójában a világ legnagyobb szupravezető mágnesét tartalmazza. A mágnes hat méter átmérőjű, tíz méter hosszúságú cső tele észlelőelemekkel, és körülötte kétszer annyi vas van, mint az Eiffel-toronyban – mondja Horváth Dezső. – E műszert ezer fizikus működteti. Másodpercenkét húszmillió protont ütköztetünk, így temérdek adatot kapunk. Ezekből az adatokból kell kikeresnünk azokat, amelyek a Higgs-bozonra utalnak.
Már az LHC megépítése előtt, immár húsz éve több kutatócsoport is azon dolgozott a CERN-ben, hogy megtalálja a Higgs-bozont. Ahogy lépésről lépésre zártak ki korábban lehetségesnek tartott tömegtartományokat, úgy szorult a részecske nyaka körül a hurok. Végül meglett. És akkor most mi van? – kérdezhetnénk. Hat-e bárhogy is életünkre e korszakalkotóként jellemzett felfedezés? Érdemes volt mindezért 7,5 milliárd euróért (több mint kétbillió forintért) megépíteni az LHC-t, amely egyike az emberiség legdrágább tudományos műszereinek?
– Ez alapkutatás, azonnali és egyértelmű gyakorlati jelentősége nincs. Azt szoktam mondani, hogy míg az adófizetők hajlandóak ezt finanszírozni, mi csináljuk. Richard Feynman Nobel-díjas amerikai fizikus mondta egyszer, hogy a fizika olyan, mint a szex: biztos van valami gyakorlati jelentősége is, de nem azért csináljuk. Komolyra fordítva a szót: a fizikának hatalmas a másodlagos gyakorlati jelentősége, amely a felfedezés pillanatában gyakran egyáltalán nem látszik. Faradayt egyszer megkérdezte az angol pénzügyminiszter, hogy mire jók ezek az elektromos kísérletek. Ő úgy válaszolt, hogy fogalma sincs, de biztos adót fognak szedni utána – válaszolja Horváth Dezső. – Vannak olyan dolgok is, amelyeket ma már mindenki használ, de eredetileg a CERN fejlesztette ki őket. Ilyen a világháló, a hálózatba kapcsolt számítógépek rendszere, amely világméretű információrobbanást okozott. Ez azért jött létre, mert a CERN fizikusai otthoni számítógépükről akarták figyelemmel kísérni kísérleteik menetét. A másik a pozitronemissziós tomográfia (PET), amely elvét tekintve részecskefizikai detektor, de ma már az egyik leggyakrabban alkalmazott orvosi képalkotó eljárás.
Megvan hát a Higgs-bozon, ezzel a közvélemény számára beteljesült az LHC küldetése. Kicsit drága volt azonban a létesítmény ahhoz, hogy jól elő nem készített olimpia vagy focivébé stadionjainak módjára most az enyészeté legyenek a műszerek, laborok és alagutak. A kérdés tehát jogos: hogyan tovább, nagy hadronütköztető?
– Valóban a Higgs-bozon keresésére építettük elsősorban az LHC-t, a fizikában azonban még sok rejtély maradt. Az egyik legfontosabb, hogy hová tűnt az antianyag a világegyetemből. Az ősrobbanás pillanatában ugyanis az elmélet szerint ugyanannyi anyag és antianyag keletkezett, és ezeknek el kellett volna pusztítaniuk egymást – mondja Horváth Dezső. – Emellett nem tudjuk még a gravitációt egyesíteni a másik három nagy fizikai kölcsönhatással (az atommagokat összetartó erős, a radioaktív bomlásban szerepet játszó gyenge, illetve az elektromágneses kölcsönhatással). Végül fogalmunk sincs a számítások szerint az univerzum tömegének nagy részét adó sötét anyagról, amely biztos létezik, de még sohasem láttuk. Az LHC-nak ezekre a kérdésekre is választ kell adnia. A Higgs-bozont ugyan megfigyeltük, ám a tanulmányozása során még sok felfedezést tehetünk, úgymond: „új fizikára” bukkanhatunk.
2012. július 14.
