Az ősanyag nyomában

Peter Higgs nyolcvanadik születésnapján. 

Az ókor egyik legjelentősebb politikusáról, az idősebb Cato-ról terjedt el az a történet, amely szerint egyszer megkérdezték tőle, miként lehetséges, hogy még nem állítottak neki szobrot Rómában. Ő a rá jellemző kesernyés humorral válaszolt: Mindig jobb, ha a nép azt kérdezi, miért nincs Cato-nak szobra, mintha azt kérdezné, miért van? Korunk egyik legnagyobb tudósa, a nyolcvanadik születésnapját ünneplő Peter Higgs egészen hasonló választ adhat, ha felvetik neki, ez idáig miért nem kapta meg a fizikai Nobel-díjat. Mert hogy megérdemli, ahhoz kétség se fér, hiszen –  Albert Einsteint leszámítva –  senkit sem idéztek-idéznek oly gyakran a szakirodalomban,  mint épp őt. De vajon mitől ilyen népszerű és mi az oka a díjkiosztó bizottság tamáskodásának? Legfőképp az, hogy bár elméletét mindenki hibátlannak találja, az általa megjósolt részecskét a fizikusok a mai napig nem találták meg. Vagy ha ráakadtak, nem vették észre, hogy felbukkant a szemük előtt. Pedig e skót tudós a világon egyedülálló rekorddal büszkélkedhet: soha senki elméletének igazolásába annyi pénzt nem fektettek, mint az általa megjósolt Higgs-bozon ? a fizikusok egy része isten-részecskének is nevezi ? megtalálásába, hiszen a szó szoros értelmében milliárdokba került a bataviai Fermilab gyorsítójának szupravezető mágnesekkel való felszerelése és a genfi CERN nagy hadron-gyorsítójának modernizálása. Mindkét kutatóintézet fő céljának tekinti e rejtőző részecske megtalálását. Mindkettőnek esélye is van rá, mivel ütközési teljesítménye jóval meghaladja a Higgs által megjósolt tartományt. Bár pillanatnyilag az amerikaiak helyzeti előnyben vannak, hiszen ? úgy tűnik ? a CERN gyorsítója csak jövőre kerül üzemképes állapotba.

Peter Higgs 1929. május 29.-én született a skóciai Newcastle-ban. Mivel gyermekkorától súlyos asztma kínozta, magántanuló volt, így édesapjától, a BBC hangmérnökétől sajátította el az alapismereteket és a matematika, valamint a fizika szeretetét. Tizenhét évesen lesz a londoni Kings College tanulója, majd a londoni egyetemen végez matematikai fizika szakon.  1960-ban visszatér szülőföldjére, az edinburgh-i egyetem tanára lesz. Ettől az időtől kezdve folyamatosan a világ keletkezésének és felépítésének alapvető kérdéseivel foglalkozik.

Az alapproblémát voltaképpen George Gamow 1948-ban létrehozott ősrobbanás elmélete jelenti, ami Big Bang néven vált híressé. E szerint világunk eredetileg egy ősmassza volt, amely nagyon kicsi ? gombostűnyinél is kisebb – térben foglalt helyet és a robbanás pillanatában keletkezett. Ekkor a pillanat tört része alatt hihetetlen folyamatok játszódtak le, például az anyag és az antianyag kölcsönösen megsemmisítette egymást, viszont mivel az előbbiből nagyjából egytized százalékkal több volt, ez alkotja ma azt, amit világegyetemnek hívunk. Az elméletben Higgs találta meg a fő hiányosságot: matematikailag nem igazolható, hogy az ősrobbanás előtti állapotban már volt tömeg, sőt szerinte a Big Bang utáni töredék másodpercben egy mező alakította ki. Ezt azóta Higgs-mezőként taglalja a szakirodalom. Lett is volna e merész elméletből nagy botrány, ha éppen nem adott volna magyarázatot arra a kérdésre is, hogy amikor a részecskegyorsítókban az atomot aprítják, egy bizonyos határon túl miért nem tűnik el a szétrombolt részecske tömege. Higgs elméletét mindössze harmincöt évesen, 1964-ben hozta nyilvánosságra, megjósolva, hogy a világegyetemet néhány apró kis részecske alkotja, ezek közül a legkisebb, róla elnevezett Higgs-bozon tömegét is megadta: 117 GeV (gigaelektronvolt, milliárd elektronvolt) és 251 GeV ütközési energia között kell keresni.

A Higgs-bozon energiaszintjei

A fizikusok egy része persze nem fogadta el az elméletet, csakhogy időközben felfedezték a W és a Z bozont, mindkettőjük esetében csak úgy magyarázható, hogy tömegük van, ha elfogadjuk, azt a Higgs-mezőtől kapják. Ezzel párhuzamosan sorban találták meg az eleminek nevezett részecskéket.

Eredetileg az abdérai zseni, Démokritosz úgy gondolta, hogy az anyag darabolása (tomosz) közben el kell jutni egy olyan állapothoz, amikor már további osztás nem lehet (a-tomosz), ebből alakult ki az atomelmélet. A tizenkilencedik század folyamán a fizikusok a vegyi elemekben vélték megtalálni az atomokat, az ő megnevezésük nyomán használjuk ma is az atomfizika kifejezést. Csakhogy még a század vége előtt kiderült, hogy az atomok kisebb részecskékből állnak, így aztán egyrészt elkezdtek magfizikáról beszélni, másrészt pedig elemi részecskéknek keresztelték el a démokritoszi a-tomoszokat. Rögtön az első körben találtak is kettőt: a fényt szállító fotont és az elektromosság jelenségéért ludas elektront. Ezt követően viszont kiderült, hogy a többi részecske tovább darabolható, olyannyira, hogy ma már családokba rendezik őket, összesen kétszáznál is többet találtak belőlük. Így aztán felvetődött a logikus kérdés: ezek nagy része nem darabolható tovább? Vagyis a világot esetleg csak néhány, sőt talán egyetlen részecske ? az isten-részecske ? alkotja, minden többi ? az atomok, molekulák, látható tárgyak, bolygónk és az egész világegyetem ? ebből épül fel.  Mivel egyre több bizonyíték halmozódott fel Higgs elméletének helyességére, még egy évtized sem telt el, hogy a bevonult a magukra valamit adó egyetemek falai közé. E sorok írója sem sejtette, hogy csaknem negyven éve egy fiatalember elméletével ismerkedik meg. Azt meg még kevésbé, hogy milyen hosszú időn keresztül nem méltatják hivatalos elismerésre a szerzőt.  A jég a nyolcvanas években tört meg, amikor a Fermilab akkori igazgatója, Leon Lederman (1988-as fizikai Nobel-díjas) meggyőzte Ronald Reagan amerikai elnököt, hogy építsék fel az általa szupercsűrlőnek elkeresztelt, száz kilométeres gyűrűjű gyorsítót a mexikói sivatagban. A munkálatok el is kezdődtek, csakhogy a következő elnök feleslegesnek tartotta ezt a kérdést, így a szupergyorsító soha sem készült el.  Óriási szerencsére viszont a szupravezető mágnesek technikája oly mértékű fejlődésen ment át, hogy ezzel annyira meg tudták növelni a Fermilab Tevatron nevű gyorsítójának a teljesítményét – 1,96 TeV-ra (billió elektronvolt, milliószor-millió elektronvolt), amellyel már eredményesen vadászhattak a Higgs-bozonra. Több olyan ütközést is észleltek, ami a Higgs-bozon jelenlétére utal, nagy csinnadrattával be is jelentették, csakhogy az ellenkísérletek mindig bebizonyították tévedésüket. A tudományos eredmény oly csábítónak látszott, hogy az ezredforduló táján elhatározták, a genfi CERN nagy gyorsítójának kibővítését, ami a keresztségben a Nagy Hadronütküztető (LHC ? Large Hadron Collider) nevet kapta. Szinte alig akad tévénéző, aki nem látta, hogy a múlt év őszén milyen látványos körülmények között adták át az európai szupergyorsítót. Amely mellékesen utcahossznyi előnnyel indult, hiszen a bataviai berendezéshez hasonlóan proton és antiproton nyalábokkal működik, ezek egymással ellentétes irányban keringenek, majd a csaknem fénysebességen haladó részecskék az ősrobbanást szimuláló ütközésben semmisülnek meg illetve néhány részecsketörmeléket produkálnak, csakhogy míg a Fermilab körgyűrűje  alig hat kilométer, addig a CERN-é huszonnégy. Ez a teljesítményükben is megnyilvánul: az amerikaiak 1,96 TeV-jával szemben az LHC 14,0 TeV ütközési energiát produkál. Emiatt is meglehetősen kínos, hogy pillanatnyilag nem működik, annál is inkább, mivel 2009 nyarára igérték a Higgs-bozon megtalálását. A határidő nem véletlen: ha ezzel a meglepetéssel tudnának kedveskedni a skót zseninek, akkor Higgstől még a jóisten sem venné el a rég megszolgált Nobel-díjat. Ráadásul az üzemzavarral újabb esélyt adtak amerikai konkurenseiknek, hogy ráakadjanak a kis hamisra.

A tudomány szempontjából nem csak arról van szó, hogy megtalálják a talán legkisebb részecskét, egyáltalán nem mindegy, hogy milyen energiatartományban bukkan fel: ha ugyanis nem nagyobb a tömege 117 GeV-nál, Higgs elmélete tökéletes. Ha viszont meghaladja 251 GeV-ot, akkor alapos korrekcióra szorul. Hogy mekkorára, az ma még nem tudható.  Mindenesetre a tudományos világ lélegzetvisszafojtva várja a híreket.

Közben azért Peter Higgs sem maradt hoppon: egymás után kapja a tudományos kitüntetéseket. Az elsőt, a Dirac-érmet 1997-ben ítélték neki, ezt követte az Európai Fizikai Társaság díja, majd 2004-ben az alternatív Nobel-díjként számon tartott Wolf-díj.

Magánéletében is rendkívül sikeres: Chris fia nemzetközileg elismert számítógépes szakember, Johnny pedig híres jazz-zenész.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>