Objev Higgsova bosonu v Evropě je zásadní událost

Částicová fyzika zkoumá stavební kameny, z nichž se skládá hmota ve vesmíru, a síly, jimiž na sebe tyto kameny působí. Naposledy byla nová elementární částice, tzv. kvark top, objevena v USA v roce 1995. Existuje ovšem šest odrůd kvarků, a tak objev posledního nebyl revoluční událostí.

Minulou středu oznámilo Evropské centrum jaderného výzkumu (CERN), že jejich a částečně i náš obří urychlovač LHC, kruhový prstenec 100 metrů pod zemí, který má po obvodu 27 kilometrů a je vyplněn supravodivými magnety, objevil novou částici, tzv. Higgsův boson. Zábavné je, že se tímto objevem potvrdilo pořekadlo, že všechny důležité bosony jsou objeveny v Evropě, zatímco fermiony jsou objeveny v USA; bosony a fermiony jsou dvě hlavní skupiny částic. K poslednímu objevu nové částice, který se svou důležitostí vyrovnal novému Higgsově bosonu, došlo v roce 1983 v Evropě; šlo o takzvané vektorové W- a Z-bosony.

Srážky párů protonů na urychlovači přinesly fyzikům důkazy, že pravděpodobnost, že by příroda dokázala napodobit Higgsův boson stejně přesně i bez nové částice, je jedna ku třem milionům. Takto vysoká míra jistoty (často popisovaná slovy "síla signálu je 5 sigma") je fyziky považována za kritérium pro nový objev. Oba hlavní týmy na LHC, ATLAS a CMS navíc dosáhly stejné jistoty nezávisle, takže reálné riziko, že jde jen o šum, je asi jen 1 ku 10 bilionům. Cena pro "volené úředníky" Fyzici vědí, že nově objevená částice má vlastnosti, které se zatím velmi dobře shodují s vlastnostmi tzv. Higgsova bosonu, teoreticky předpovězeného v 60. letech fyziky Peterem Higgsem, Francoisem Englertem, Robertem Broutem, Jeffrey Goldstonem, Geraldem Guralnikem, Carlem Hagenem, Timem Kibble, Yoichiro Nambu, Lvem Landauem, Philem Andersonem a Stephenem Weinbergem. Landau zesnul v roce 1968 a Brout v roce 2011; Landau, Nambu, Weinberg, Anderson a Weinberg už Nobelovu cenu získali. Z toho plyne šestice kandidátů na Nobelovu cenu, ze které má Peter Higgs (a po něm Francois Englert a Jeffrey Goldstone) šanci největší.

Nová částice "váží" asi 125 gigaelektronvoltů, jak čtenáři LN vědí již od 27. února. Chová se trochu odlišně od teoretických předpovědí, ale odchylka zatím příliš nepřevyšuje "chybu měření", takže bude třeba dalších testů, abychom zjistili, se kterou teorií se částice shoduje nejlépe. Vedoucí pracovníci experimentálních týmů, Rolf-Dieter Heuer, Fabiola Gianottiová a Tom Incandela, rádi zdůrazňují, že bude třeba ještě mnoho práce, aby si snad daňoví poplatníci nemysleli, že nyní už lze urychlovač LHC zavřít. Tito představitelé vědeckých týmů čítajících celkem šest tisíc členů mají největší naději na Nobelovu cenu za experiment. Cena pro "volené úředníky" vypadá poněkud nešťastně, ale tak už moderní "velká věda" funguje.

Nejjednodušším modelem, z něhož fyzici vyvozují, co mají od nové částice (i od těch starých) očekávat, je takzvaný standardní model částicové fyziky, považovaný za "zlatý standard" už asi 40 let. Nalezne-li LHC odchylky od standardního modelu, bude to velmi vzrušující. Je ovšem na přírodě, zda se tak stane: následujících 10 let může také LHC potvrzovat standardní model, což se nakonec doposud dělo.

Higgsově bosonu se také někdy přezdívá "boží částice", protože tak nakonec nazvali redaktoři knihu o této částici od slavného experimentálního fyzika Leona Ledermana, kterou původně chtěl nazvat "Goddamn particle" ("Zatracená částice", protože tehdy – v roce 1993 – bylo tak těžké ji naleznout). Podle redaktorů bylo slovo "Goddamn" příliš dlouhé, a tak ho zkrátili na "God", tedy "Bůh". Lederman souhlasil a chytlavý slogan, který novináři zbožňují stejně, jako jím fyzici opovrhují, byl na světě.

Co to ale ta "boží částice" je? Jde o částici vlny na Higgsově poli. Ale co je Higgsovo pole? Jde o substanci analogickou elektromagnetickému poli, která vyplňuje prostor, a to i vakuum. Na rozdíl od elektromagnetického pole je jeho "přirozená velikost" ve vakuu nenulová. Příroda se snaží zmenšit energii, a protože graf energie jako funkce Higgsova pole připomíná kuličku v mexickém klobouku, stejně jako kulička sklouzne na dno klobouku v náhodném směru. Tím se naruší původní symetrie mezi všemi směry. V důsledku toho téměř všechny ostatní elementární částice získají nenulovou klidovou hmotnost ("Bůh nám dal tělo"). Kdyby neexistovalo Higgsovo pole, všechny částice by byly stejně nehmotné jako fotony a pohybovaly by se rychlostí světla.

Můžeme z CERN utéct a ušetřit peníze?

Fyzici již velký objev oslavili. Já měl radost i z deseti tisíc korun, které jsem již obdržel za pět let starou sázku o existenci této částice. (Můj známý prof. Gordon Kane z Michiganu vyhrál podobnou sázku pouze o dva tisíce korun proti Stephenu Hawkingovi.)

Čtenářům, kteří nejsou nadšeni a kteří chtějí ušetřit pár českých milionů za příspěvky do CERN, bych rád vzkázal, že Rakousko plánovalo odchod z CERN v roce 2009. Mnoho Rakušanů ovšem nechtělo svou vědu vidět na úrovni Albánie, a tak plány na odchod byly o rok později zavrženy.

Autor je fyzik a publicista

LN, 10.7.2012