חלקיק נולד: "שער לעולם פיזיקלי שלא הכרנו"

"תגלית של פעם בדור". פרופ' עוז (צילום: יח"צ)

פרופ' ירון עוז, פיזיקאי ודיקן הפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל אביב, אמנם כבר ידע מספר ימים מראש על התגלית המדעית הגדולה של השנה, ובכל זאת צפה היום (רביעי) בהתרגשות גדולה במסיבת העיתונאים של האגודה האירופאית למחקר גרעיני (CERN). באירוע הוצגו הממצאים החדשים בדבר זיהוי חלקיק תת-אטומי חדש שעשוי להיות הבוזון של היגס - החלקיק שאמור להיות קיים לפי המודל האלמנטרי של החלקיקים, אך עד היום לא התקבלה הוכחה אמפירית לקיומו, וזכה זה מכבר לכינוי "החלקיק האלוהי".

"מדובר בתגלית של פעם בדור", הוא קובע בפסקנות בשיחה עם וואלה! חדשות, ומוסיף כי הגילוי של חלקיק חדש, שמעולם לא תועד לפני כן, "פותח שער לעולם פיזיקלי שלא הכרנו עד היום" - לא פחות.

הכל על החלקיק שבלעדיו היינו חסרי מסה

באדיבות פרופ' עוז, מוגש כאן מורה נבוכים - כל מה שרציתם לדעת על הבוזון של היגס, על התגלית החדשה ועל רעידת אדמה מדעית של ממש.

הדמיה של פעילות מאיץ החלקיקים, מתוך המצגת שהוצגה היום במסיבת העיתונאים של CERN (צילום: AP)

מהו הבוזון של היגס?

הבוזון של היגס הוא חלקיק שמייצר מסביבו שדה כוח שגורם לחלקיקים שנעים בשדה הזה להרגיש תחושה של כבדות - כלומר: שיש להם מסה. לדוגמה: נניח שאנחנו נעים במים במקום באוויר, והמים, לצורך העניין, הם שדה הכוח של החלקיק. אנחנו חשים תחושה של כבדות, כאילו המסה שלנו יותר כבדה. החלקיק מייצר מסה עבור החלקיקים היסודיים המוכרים בטבע, כגון האלקטרון, וזו אחת הסיבות לכך שיש לו - ולנו - מסה. אחרת, היינו כולנו חלקיקים חסרי מסה שנעים במהירות האור.

פיטר היגס, המדען הבריטי שחזה את קיומו של הבוזון ב-1964, נצפה היום מזיל דמעה בכינוס בשוויץ (צילום: רויטרס)

מה חשיבותו של הבוזון להבנת פיזיקת החלקיקים?

בפיזיקת החלקיקים קיים מודל סטנדרטי שמורכב מארבעה כוחות בטבע: כוח הכבידה, שמושך גופים זה לזה (למשל, כדור הארץ והירח); הכוח האלקטרו-מגנטי שקשור לתופעות של אור; הכוח "החזק", שקשור לתופעות גרעיניות כגון ביקוע בכורים גרעיניים; והכוח "החלש" שאחראי על דעיכה רדיואקטיבית. החלק שחסר בפאזל של מודל החלקיקים הוא מנגנון שמייצר את המסה לחלקיקים היסודיים, והחלק החסר הזה מכונה "הבוזון של היגס". אם הוא יתגלה, הדבר יעניק תוקף לתיאוריה כולה.

מה מהות ההתקדמות שעליה הוכרז היום?

המדענים של CERN הכריזו שהם מצאו חלקיק חדש, שמתנהג כמו הבוזון של היגס, אבל תידרש עבודה נוספת כדי לוודא שזה הבוזון מהמודל הסטנדרטי - או חלק ממשפחה גדולה יותר.

בדרך לתגליות אקזוטיות - ואולי גם "מימדים חדשים"

מה מידת הוודאות של התגלית?

החלקיק זוהה במידת ודאות המוגדרת "5 סיגמה" - הדרגה הסטטיסטית שאליה יש להגיע כדי שניתן יהיה להכריז על תגלית מדעית. ברמת ודאות זו, ניתן לומר שהסיכוי שהממצאים שאותרו הניסוי הם מקריים, ולא נובעים מהשפעתו של בוזון אמיתי, עומד על 1 ל-3 מיליון לערך.

מסיבת העיתונאים של CERN, היום ליד ז'נבה (צילום: רויטרס)

האם ייתכן שהחלקיק שזוהה כעת אינו הבוזון של היגס אלא חלקיק אחר? מה הוא עוד יכול להיות?

במודל הסטנדרטי רק חלקיק אחד היה חסר, ואותו כינו "הבוזון של היגס". ייתכן שזהו החלקיק שנמצא, אבל יכול להיות גם שתתפתח מכאן תיאוריה רחבה יותר, שהמודל הסטנדרטי הוא רק חלק ממנה, והיא כוללת כוחות נוספים וחלקיקים נוספים, ואולי אפילו דברים אקזוטיים יותר כמו מימדים אחרים.

מה חשיבות הממצאים? האם זו אכן תגלית של "פעם ב-40 שנה" כפי שהגדירו כמה מהמדענים?

התשובה היא כן. זו תגלית של פעם בדור. היא מסבירה מדוע מה לחלקיקי האור, הפוטונים אין מסה, ולחלקיקים היסודיים אלקטרונים או לקוונטים (שמהם מורכבים הפרוטונים והניוטרונים) יש מסה. התגלית הזו פותח חלון שדרכו אפשר בעצם להסתכל לראשונה על הפיזיקה באנרגיות הגבוהות הללו - שעד היום לא הגענו אליהן. חלון לעולם פיזיקלי שלא הכרנו עד היום.

הכל קורה בתעלה בעומק 100 מטר

איך מחפשים את הבוזון במאיץ החלקיקים של CERN בשוויץ?

מאיץ החלקיקים בז'נבה נמצא בתוך תעלה של 27 קילומטרים בעומק 100 מטרים במעבה האדמה. בתעלה הזאת מאיצים חלקיקים בשם פרוטונים במהירות קרובות למהירות האור, ואז יוצרים התנגשות בינם. מההתנגשות נוצרים חלקיקים רבים, וביניהם מחפשים את הבוזון של היגס. האנרגיה הנדרשת היא עצומה, קרובה לאנרגיה שהייתה זמן קצר אחרי המפץ הגדול שיצר את היקום.

אנרגיה הקרובה לזו של המפץ הגדול. מאיץ החלקיקים (צילום: רויטרס)

באילו שיטות ניסוי משתמשים כדי לנסות לאתר אותו?

נבנו גלאים מיוחדים על מנת לזהות את החלקיקים שנוצרו בהתנגשות, ומערכת מורכבת של מחשבים עושה עיבוד נתונים ומבדילה בין חלקיקים ישנים לחדשים. חשוב לציין כי לא מחפשים את הבוזון ישירות, משום שלא ניתן לראות אותו, אלא רק את ה"עקבות" שהוא מותיר.

האם נערכים במקביל מחקרים בנושא במקומות נוספים?

לא, המאיץ בשוויץ הוא היחיד שקיים על כדור הארץ שיש לו אנרגיה מספיקה כדי לייצר בתהליך של התנגשות את הבוזון של היגס. עלותו של המאיץ הזה היא כעשרה מיליארד דולרים.

הקשר הישראלי

האם ישראל או מדענים ישראלים מעורבים במחקר בתחום?

כן, ישנן שלוש קבוצות ישראליות שהיו מעורבות בבנייה של המאיץ ובניתוח התוצאות. הן נמצאות באוניברסיטת תל-אביב, בטכניון ובמכון ויצמן. כמו כן, יש מספר לא קטן של תאורטיקנים שעוסקים בתחום של אנרגיות גבוהות.

תגליות נוספות בדרך. הממצאים החדשים מוצגים, היום בז'נבה (צילום: רויטרס)

מה תהיה המשמעות אם יוכח בסופו של דבר שהוא אינו קיים?

אז המאיץ חייב יהיה לתת לנו תשובה אחרת לגבי המנגנון שמביא ליצירת מסה ביקום. אם זה אינו הבוזון של היגס, חייב להיות גורם אחר - וייתכן שזה אפילו הרבה יותר מעניין. ניתן לטבע להכריע בעניין.

מתי צפוי שנקבל תשובה סופית בנושא?

עד סוף החודש צפוי להתפרסם מאמר על גילוי הבוזון, אבל טרם ייקבע אם זהו אכן הבוזון של היגס. השאלה הזו תוכרע כנראה רק בעוד כמה חודשים חודשים.

ומה הלאה?

המאיץ בשוויץ צפוי לעבוד עוד 10-15 שנים, ועד שנת 2014 הוא יכפיל את רמת האנרגיה שלו - כך שאנחנו יכולים לצפות לתגליות רבות נוספות על מבנה וחוקי היקום שלנו.

לקריאה נוספת:
היום בשוויץ: זוהה חלקיק - אך האם הוא "האלוהי"?
ההכרזה מדצמבר האחרון: "מתקרבים לחלקיק"
השבוע: התרגשות גוברת וספקולציות לקראת ההכרזה