מסע ארוך ומורכב לגילוי חלקיק ה"היגס", שהתחיל בצעד אחד לפני כ-25 שנים, הגיע היום כנראה אל קו המטרה. כך מדווחים מדעני מאיץ החלקיקים LHC שבמעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שליד ז'נבה.
ההיגס הוא אבן הבניין האחרונה שהייתה חסרה בתיאוריית "המודל הסטנדרטי", שמתאר את מבנה החומר ביקום. הוא מאפשר לאחד שני כוחות טבע ולהראות שהם, למעשה, היבטים שונים של כוח אחד בסיסי יותר. כמו כן הוא אחראי גם לקיומן של מאסות החלקיקים היסודיים.
מדעני מכון ויצמן למדע מילאו תפקיד מרכזי במסע החקר הזה לאורך כל שנותיו. פרופ' גיורא מיקנברג עמד במשך שנים רבות בראש קבוצת המחקר שחיפשה את ההיגס בניסוי "אופאל" בסר"ן. לאחר מכן עמד בראש קבוצת המחקר שבנתה את גלאי המיואונים בניסוי אטלס – אחד משני הניסויים שבהם התגלה בסופו של דבר החלקיק. פרופ' אהוד דוכובני מוביל את קבוצת המדענים ממכון ויצמן למדע ועומד כיום בראש צוות מחקר שבוחן שאלות מרכזיות אחרות בסר"ן. פרופ' עילם גרוס מרכז כיום את קבוצת הפיסיקה המחפשת אחר חלקיקי היגס בניסוי אטלס. זהו גם סיפור של "סב, אב ובן" מהבחינה המדעית: פרופ' מיקנברג הוא מורהו של פרופ' דוכובני, שהוא המורה של פרופ' גרוס.
פרופ' גרוס: "זה היום הגדול בחיי. מאז שנות ה-80, בהיותי סטודנט, חיפשתי את ההיגס. עדיין קשה להאמין איך 25 שנה של מחקר מתמצות בגילוי שהגיע באופן מפתיע. לא חשוב איך קוראים לזה, מעכשיו אנחנו לא מחפשים יותר היגס, אלא מודדים את תכונותיו. זה היום המאושר בחיי לזה ציפיתי תמיד, ולא פיללתי שזה יקרה כשאהיה בעמדה כה בכירה בצוות החיפוש העולמי".
 
בעיני רבים, העולם המורכב שבו אנו חיים הוא עולם נפלא. אבל הפיסיקאים שבינינו לא מסתפקים במציאות הנראית לעין. הם שואפים לרדת לשורשי המציאות הזאת ולבדוק אם היא באמת מבוססת על הפשטות המוחלטת, האבודה, של היקום הקדום. את שלל חלקיקי החומר הם שואפים לראות כ"פנים שונות" או "הרכבים שונים" של מספר לא גדול של חלקיקים בסיסיים. את ארבעת הכוחות הפועלים בין החלקיקים האלה (הכוח החלש האחראי על תופעת הרדיו-אקטיביות, הכוח האלקטרו-מגנטי, הכוח החזק האחראי על לקיומם של פרוטונים וניטרונים, וכוח הכבידה) הם שואפים לראות כהיבטים שונים של כוח טבע בסיסי אחד ויחיד. וכך, כששני חלקיקי חומר "מתמסרים" ביניהם במעין "כדור", אנחנו אומרים שפועל ביניהם כוח ושה"כדור" הוא חלקיק שנושא את הכוח הזה.
הצעד הראשון במסע לאיחוד הכוחות הושלם עם גילויו הכמעט ודאי של חלקיק ההיגס - שאישש את איחודם של שני כוחות הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש – בתוך כוח בסיסי וקדום יותר הקרוי הכוח האלקטרו-חלש. החלקיק שנושא את הכוח האלקטרומגנטי הוא הפוטון. את הכוח החלש נושאים חלקיקי W ו-Z שהמסה שלהם נמדדה במדויק בניסוי שנערך בהשתתפות מדעני מכון ויצמן למדע. מאסת ה-W וה-Z מוענקת להם על-ידי ההיגס, הקרוי על-שמו של הפיסיקאי הסקוטי פיטר היגס.

המכונה הגדולה בעולם
במאמץ לגלות את ההיגס, לאחד את הכוחות ולהבין את מקור המאסה ביקום, בנו המדענים את המכונה הגדולה בעולם: מאיץ חלקיקים שנבנה במנהרה מעגלית שאורכה 27 קילומטרים, בעומק של כמאה מטר מתחת לפני הקרקע, בגבול צרפת ושווייץ, במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שליד ז'נבה.
המאיץ הזה, הקרוי LHC (ראשי תיבות של Large Hadron Colider), מאיץ אלומות של פרוטונים למהירות קרובה מאוד למהירות האור (99.999998% ממהירות האור) , כך שעל פי תורת היחסות המסה שלהם גדלה עד פי 7,500 ממסתם הרגילה במצב מנוחה. האלומות מכוונות זו לעומת זו בהתנגשויות ביניהן נפלטות כמויות אנרגיה אדירות שמנפצות את החלקיקים ויוצרות, להרף עין, מערכת אנרגטית מאוד הדומה למצב שהתקיים בשברירי השנייה הראשונים שאחרי המפץ הגדול.
כתוצאה מכך הופכים חלקיקי החומר לאנרגיה, לפי הנוסחה המפורסמת של אלברט איינשטיין המתארת את השוויון בין החומר לאנרגיה: E=Mc2. לאחר מכן האנרגיה מתפשטת במרחב והמערכת מתקררת. כתוצאה מכך חוזרת האנרגיה והופכת לחלקיקי חומר, שמשחזרים את אותו תהליך רב-שלבי שהיה במקור, עד שהם יוצרים את החלקיקים המסוגלים להתקיים במציאות המוכרת לנו.
תוצרי ההתנגשויות הם חלקיקים אנרגטיים שחלקם מתקיימים לפרקי זמן קצרים מאוד של שברירי שנייה, כך שהדרך היחידה להבחין בקיומם היא לזהות את העקבות שהם מותירים אחריהם. למטרה זו פותחה תשלובת של גלאי חלקיקים שכל אחד מהם מותאם ללכידת חלקיקים מסוימים.

סטטיסטיקה
הבעיה המציאת חלקיק ההיגס היא שהסיכוי לקבל אותו בהתנגשות בודדת שקול לסיכוי לשלוף תא חי בודד מתוך עלה מסוים של צמח הגדל על פני כדור הארץ בהושטת יד אקראית. כדי להתמודד עם המשימה הזאת פיתחו מדעני מכון ויצמן למדע, בראשות פרופ' מיקנברג, גלאי חלקיקים ייחודיים שיוצרו במכון, ביפן ובסין. גלאים אלה מותאמים לגילוי חלקיקי מיואון שנוצרים כתוצאה מההתפרקות של חלקיק ההיגס, כך שהגילוי שלהם משמש עדות נסיבתית לקיומם של חלקיקי היגס קודם לכן.
המדענים ניתחו נתונים שעלו מאלף טריליון התנגשויות פרוטונים, שבהן נוצרו חלקיקי היגס בצד חלקיקים דומים רבים נוספים. לשם האיתור של סימנים אפשריים לקיומו של ההיגס נעשה חיפוש אחרי אי-התאמות בנתונים הסטטיסטיים, בהשוואה לנתונים הצפויים להתקבל אם החלקיק אינו קיים. החיפוש התמקד בתחום המסה המשוערת של החלקיק: 126 טריליון אלקטרון-וולט (GeV). גם כשהמדענים כבר מצליחים לאתר אי-התאמות כאלה, עדיין עליהם לשלול את האפשרות שמדובר בסטייה סטטיסטית.
החישובים שביצעו המדענים בשבועות האחרונים, שפרופ' גרוס מילא בהם תפקיד מרכזי, הראו ברמת דיוק  רבה שבדיוק במקום שבו היה צפוי להימצא חלקיק ההיגס נמצא חלקיק חדש, הדומה במסתו למסה הצפויה של ההיגס. הניסוח הזהיר הזה משאיר מקום לאפשרות שבדיוק בטווח המאסות הזה נמצא חלקיק חדש שאינו היגס. הסבירות שזה המצב אינה גבוהה, ככל הנראה. עם זאת, פיסיקאים רבים אומרים שאם יתברר שאלה זה אכן המצב, או אז יהיה כאן "מעניין באמת".
 
CERN
מדעני סר"ן תרמו תרומה מרכזית לפיתוח שפות המחשב והתפיסות הבסיסיות ששימשו לימים בסיס להקמת רשת האינטרנט. למעשה, השרת הראשון של ראשת ה-World Wide Web הופעל בסר"ן במטרה ליצור תקשורת טובה בין מדענים מכל העולם שמשתתפים בניסויים המתבצעים במקום. הארגון גם שימש מודל לכינון האיחוד האירופי, והשפעתו על הטכנולוגיה והכלכלה מזכירה במעט את תוכנית החלל האמריקאית.
מאיץ ה-LHC מבוסס על אלקטרומגנטים מוליכי-על שפועלים בטמפרטורות נמוכות מאוד פחות משתי מעלות מעל האפס המוחלט (מינוס 271 מעלות צלסיוס). הוא מפיק כמיליארד התנגשויות חלקיקים בשנייה. הצורך לחשב ולנתח את המידע המושג מכל ההתנגשויות האלה שקול לניסיון להבין מה אומרים כל תושבי העולם כשכל אחד מהם מנהל בעת ובעונה אחת עשרים שיחות טלפון.
מערכת הניסוי הזאת כוללת את האלקטרומגנטים מוליכי-העל הגדולים בעולם, שנבנו בהשתתפות חברות ישראליות. המבנה כולו כולל 10,000 גלאי קרינה שמוקמו בדיוק של מילימטר אחד בחלל שנפחו 25,000 מ"ק וכוללים 1.5 מיליון ערוצי אלקטרוניקה. רוב גלאי המיואונים במבנה המכני הגדול הזה מורכבים מחלקים שיוצרו בישראל. מערכת לייזרים ייחודית עוקבת אחר מיקומם המדויק של הגלאים בדיוק של 25 מיקרון (חצי מעוביה של שערת אדם).
 
התנגשות חלקיקים אילוסטרציה
 
סרטון (באנגלית) המתאר את המירוץ אחרי חלקיק ההיגס
 
 

0 תגובות