השאלה המלאה: מה הגילוי האחרון ממאיץ החלקיקים סרן שבשוויץ? האם התגלה חלקיק היגס (לא הבנתי אם כן או לא)? מה עוד חוקרים במכון? מה הדברים הבאים שיחקרו? מה עוד צפוי להיחקר שם? (שחר)
שלום שחר,
כפי שבוודאי שמעת, פרס נובל יוענק השנה לפיטר היגס ופרנסואה אנגלרט על התחזית התיאורטית של מנגנון היגס. לפי הכללים של ועדת פרס נובל, הפרס אינו מוענק על עבודה תיאורטית שלא הוכחה בניסוי, ולכן אף על פי שרוב העבודה התיאורטית בתחום נעשתה כבר בשנות ה-60, רק בשנה שעברה הוכרז על גילוי בוזון היגס והתאפשר מתן הפרס על התיאוריה שחזתה אותו.
חוסר הבהירות שאתה חש בנוגע לגילוי הוא מובן. למעשה, התהליך שנקרא "גילוי" הוא בעצם "אי-גילוי". בשני הניסויים המרכזיים שנערכו בסרן – CMS ו-ATLAS (שבו מילאו מדעני מכון ויצמן תפקיד חשוב) נאספו כמויות עצומות של נתונים על התנגשויות חלקיקים שבוצעו במאיץ החלקיקים LHC. כדי למנוע הטיה עבדה כל קבוצה בנפרד והשתמשה בגלאים שונים ובשיטות ניתוח שונות בדרך לתוצאה הסופית, שהתקבלה פחות או יותר באותו זמן.
התקנה של גלאי CMS | התמונה לקוחה מוויקיפדיה; צולמה בידי Harp
בתמצות רב, מה שנעשה היה שהמאיץ האיץ חלקיקים כבדים (פרוטונים) זה מול זה, ובחלק מההתנגשויות ביניהם הם התפרקו לכמה חלקיקים קטנים יותר. ברוב המקרים מדובר בהתפרקויות רב-שלביות, שבהן נוצרים חלקיקים חדשים, שמתפרקים לחלקיקים נוספים וכן הלאה.
את חלקיק היגס אי אפשר לגלות ישירות, כך שכתחליף מדענים התחקו בשני הניסויים אחרי התפרקויות המכילות מופע של חלקיק היגס. הגלאים העצומים שנבנו מסוגלים לגלות פוטונים, אלקטרונים, פוזיטרונים, מיואונים והדרונים, שהם כולם חלקיקים תת-אטומיים מוכרים שיש לנו אמצעים לגלות. בכל התפרקות נמדדים התנע והאנרגיה של כל חלקיק שנתגלה, כשמתאימים את מסלוליהם אפשר לגלות אם יש "אנרגיה חסרה".
הדמיה של אירוע התנגשות | התרשים נעשה ב-CERN בידי Taylor, Lucas
בחלק קטן מההתפרקויות שנצפו חסרה האנרגיה שקיומו של חלקיק היגס בתהליך ההתפרקות של הפרוטון עשוי להסביר. אך כיוון שמדובר בתוצאה סטטיסטית, יכולים להיות עוד הסברים לחריגות אנרגיה כאלה, ואפילו תנודות סטטיסטיות מקריות. לכן היה צורך באיסוף ממושך של הרבה אירועים כאלה, שעל פיהם הצליחות המדענים בשתי קבוצות המחקר להגיע לרמת ודאות המכונה "5-סיגמה". ברמת הוודאות הזו יש סיכוי של 0.00006 אחוז בלבד שההסבר שנותנת התיאוריה של היגס אינו מסביר את ההתפרקויות שנצפו. ודאות כזאת נחשבת בעולם המדע כגילוי ודאי, וודאות ברמה של 3-סיגמה נחשבת "ראייה", אך עדיין לא גילוי.
התפלגות נורמלית עם סימונים לוודאות של 1, 2 ו-3 סיגמה | האיור לקוח מוויקיפדיה; נעשה בידי Mmtoews
לכן, כיוון ששני ניסויים בלתי תלויים שניתחו אירועים שונים בשיטות שונות הגיעו לרמת ודאות כזו, אפשר לומר שחלקיק היגס התגלה! הידד!
ומה הלאה?
מכאן נמשיך לחלק השני של שאלתך – אם כך, מה עושים היום בסרן?
ובכן, סרן הוקם בשנת 1954 כמוסד שנקרא "וועדה האירופית למחקר גרעיני" ("Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire") והפך מאז אבן שואבת למדענים העוסקים בפיסיקה גרעינית ופיסיקת חלקיקים. במהלך השנים נבנו במכון כמה מאיצים, שהאחרון שבהם, ה-LHC, אפשר את גילוי חלקיק היגס. גם המאיץ הנוכחי נמצא בתהליך בלתי פוסק של שדרוג, ובשנת 2015 הוא אמור להיפתח מחדש בהספק אנרגיה גבוה מאי פעם, שיאפשר לנו לחזות בהתפרקויות חדשות שטרם נצפו ולהגדיל משמעותית את כמות הנתונים שנקלוט בו.
כבר עתה, בשנים שבהן פעל המאיץ במתכונת הנוכחית, נאספו בו כמויות אדירות של נתונים, כך שחלק מרכזי בעבודה של סרן הוא פיתוח של שיטות לעיבוד מידע וניהול כמויות עתק של מידע (תחום המכונה "ביג דאטה"), שהוא אחד התחומים החמים ביותר כיום בעולם הטכנולוגי. תוצרי לוואי כאלה של המחקר הגרעיני והחלקיקי משמשים אותנו בדרכים שונות ומשונות, ויש מי שמייחסים אפילו את פיתוח האינטרנט למדעני סרן.
השאלות שאפשר לענות עליהן על פי הנתונים הקיימים נוגעות לאפיון תכונותיו של חלקיק היגס שנמצא, כגון מידת הסחרור (ספין) שלו, זוגיות וכו'. כמו כן אפשר להיעזר בהם לאישוש ולהפרכה של תיאוריות נוספות, כגון תיאוריות של "סופר סימטריות" החוזות חמישה חלקיקי היגס (ארבעה נוסף על זה שנמצא), ועוד.
נוסף על חלקיק ההיגס יש עוד הרבה נושאים בפיסיקה שאפשר ללמוד עליהם בעזרת תוצרי ההתנגשויות במאיץ החלקיקים. עוד ניסויים רבים אחרים נעשו וממשיכים להיעשות גם כיום באותו מאיץ אך אינם זוכים ולו לשבריר מנפח הפרסום שקיבל ההיגס.
בניסוי LHCb, למשל, מנסים המדענים לפתור שאלות הקשורות בשבירת סימטריה מסוג CP (כלומר קשורה לקשר שבין חומר ואנטי חומר); בניסוי LHCf משווים את תוצרי המאיץ עם הקרינה הקוסמית עתירת האנרגיה במטרה להבין מה גורם לה; ניסוי ALICE בוחן מצב בשם פלזמת-קווארק-גלואון, שאפשר להשיג אותו רק באנרגיות גבוהות מאוד והוא יכול ללמד אותנו דברים חדשים על הפיסיקה של קווארקים וגלואונים; בניסוי MoEDAL, מחפשים אחרי עקבות של מונופולים מגנטיים, שהם חלקיקים שקיומם מוטל עדיין בספק.
בנוסף, בסרן מתקיימים ניסויים אחרים שאינם קשורים למאיץ LHC, למשל במאט אנטי-פרוטונים, ניסויים באנטי-חומר או חיפוש אחרי חלקיקים לא מוכרים הנפלטים מהשמש.
ושוב, חלק גדול מהמאמץ המשותף שנעשה בסרן מוקדש לעיבוד מידע ולניתוח הנתונים הרבים שנאספים במקום. אם נשתמש במטפורה מקובלת בתחום, לנפץ שעון אחד יכול להיות קשה (תלוי בשעון), לנפץ טריליון שעונים קשה עוד יותר, אבל גם אם הצלחת, הרבה יותר קשה למיין לאחר מכן את כל הרסיסים ולהבין איך מרכיבים את השעון בחזרה.
איור: CERN
יש גם מי שמשתמש בנתוני המאיץ כדי להלחין מוזיקה, שלכאורה מולחנת על-ידי החלקיק האלוהי.
כרמל שור
המחלקה לכימיה פיסיקלית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
