Higs-ov bozon – Da li se potraga za ovom česticom bliži kraju?

Prvo, dopustimo mladom entuzijasti da nas uvede u temu. 🙂

Cenjeni naučnik koji radi u laboratoriji za fiziku čestica pri Cernu je izjavio (za BBC) da on očekuje „prve tragove“ Higgsovog bozona tokom naredne nedelje!

Deluje da je potraga za misterioznom elementarnom česticom ušla u završnu fazu.

Ako je tako (tačnije, ako pokažu postojanje čestice koja ima osobine nagoveštenog Higgsovog bozona),  to će predstavljati značajno dostignuće svih naučnih timova koji rade oko velikog hadronskog sudarača (LHC – Large Hadron Colider)

Unutar ove velike aparature proizvode se direktni (čeoni) sudari fotona, a u ostacima tih kolizija, naučnici se nadaju, naći će potvrdu postojanja Higgsovog bozona.

Tipičan događaj-kandidat unutar LHC-a: dva fotona čije se energije mere uz pomoć CMS elektromagnetnog kalorimetra. (označeni su crvenom bojom). Po njihovom sudaru nastaju nove čestice čiji tragovi su označeni žutom bojom. Svetlo plava boja predstavlja zapreminu CMS kristalnog kalorimetra.

Ovu česticu, o kojoj naučnici već decenijama pričaju, nije uopšte lako definisati, ali njeno postojanje (koje još treba dokazati) nam pomaže da shvatim zašto čestice imaju masu.

Potera za ovom važnom česticom je postala centralni motiv moderne fizike. To je sasvim drugačija priča od neočekivane vesti o kretnju neutrina brzinom većom od brzine svetlosti, koja je bila objavljena septembra meseca ove godine. Ta vest i dalje zbunjuje fizičare širom sveta, i već neko vreme je u fokusu.

Narastajući osećaj uzbuđenja

Sledećeg utorka, dva nezavisna tima naučnika će otkriti rezultat koji će se pokazati iz mnoštva sirovih podataka koji su dobijeni prilikom poslednjih eksperimenata koji su sprovedeni u Velikom Hadronskom Sudaraču. Predstavnik jednog od timova ističe da su samo tokom ove godine izvršili (i istražili) oko 350 triliona sudara, od kojih samo desetak mogu predstavljati pouzdan trag za potvrdu postojanja Higgsove čestice.

Profesor Džon Elis (John Ellis): „Mi živimo sa Higsovom teorijom već gotovo 50 godina… Postala je naša potraga za svetim gralom!“

Sve do određenog dana, timovi svoje rezultate ne objavljuju, ali na različitim blogovima koji se bave fizikom i u kantini u samom Cernu, vode se vrlo žive diskusije o mogućnosti otkrivanja čuvenog bozona, i samim tim u direktniji uvid u pojam mase, sa stanovišta fizike.

Tablica je uskoro popunjena?

Timovi su skoncentrisani na one energetske oblasti gde bi se mogao nalaziti Higsov bozon. Očekuju da ga nađu u intervalu između 120 i 125 GeV (giga-elektro-volti).Treba znati da 1 GeV predstavlja masu protona.

Profesor Džon Elis, bivši vođa tima teoretskih fizičara u Cern-u, je izjavio Suzani Vats (Susan Watts) koja vodi blog Newsnights science, da postoji narastajući osećaj uzbuđenja u samom Cern-u. Sve, zbog tog ključnog sastanka, koji će se desiti sledećeg utorka.

„Mislim da ćemo dobiti prve tragove. Eksperimenti koji su sprovedeni sa LHC-om su imali svoje dobre i loše trenutke, kada je u pitanju potraga za ovom česticom. Može se desiti da ima masu koja je nekoliko stotina puta veća od mase protona, ali to deluje malo verovatno, onda postoji veliki među prostor gde znamo da ne može biti, i na kraju postoji interval malih masa gde, u stvari, očekujemo da je sretnemo. Deluje, da se, baš tu, pojavljuju neki nagoveštaji.. a šta oni predstavljaju – to ćemo saznati u utorak.“

Profesor Elis, koji se sada gostujući profesor u Cern-u, je izjavio za Newsnight science da pronalazak Higgsove čestice predstavlja veliku stvar za modernu fiziku.

„Trenutno važeći model je onaj koji zovemo Standardni Model, koji opisuje fiziku osnovnih (fundamentalnih) čestica. Može te ga zamisliti (Standardni Model) kao jednu ogromnu slagalicu, ali kojoj nedostaje jedna deo, baš u sredini. Tražimo ovo parče slike, aktivno, zadnjih 30 godina, i konačno, možda, sakrivenog ispod “LHC kauča”… mi ga najzad pronalazimo.“

Timovi u Cern-u neće predstaviti rezultate najavljenog sastanka kao zvanično „otkriće“. Razlog tome je manjak eksperimentalnih podataka. Očekuju da će imati više podataka do leta sledeće godine, kada će biti moguće sve te rezultate nazvati otkrićem. Naravno, podrazumeva se da dobijeni podaci potvrđuju postojanje tražene čestice…

Novinarima je rečeno da sačekaju zvaničnu izjavu posle samog naučnog sastanka, ali naučnici sa kojima je pričala Suzan Vats se teško suzdržavaju od osmeha koji očigledno upućuju na određene zaključke.

Sasvim razumljivo, direktor istraživanja u Cern-u, Serđo Bertolući (Sergio Bertolucci), je suzdržaniji nego profesor Elis. Izjavio je, pomalo enigmatski: „Vrlo je rano išta reći… Mislim da imamo indikacije koje nisu konsistentne sa ne postojanjem.“ On očekuje da će rezultati biti manje od „dokaza“, ali sa druge strane, da će njihova statistika biti „vrlo interesantna“.

„Naklonjen sam ka tome da će dobijeni podaci dati dobar uvid u trenutni proces našeg istraživanja i da će nam dati potvrdu da se nalazimo na dobrom tragu.“

Bertolući je izjavio za Newsnight: „Lov na Higgsovu česticu je kao pecanje u stara vremena. Umesto da koristimo moderna oruđa, mi jednostavno izbacujemo vodu iz bare… Ovo može delovati kao vrlo zamoran proces, ali to je jedini način. Na kraju dana, kada izbacite svu vodu, naići će te na najmanju moguću ribu, koju ste mogli zamisliti.“

Ova tema je tek načeta i verujem da neki čitoaci traže više od površinske priče, i za njih imamo specijalni video. To više nije lagana priča nego pokušaj da se objasni značaj Higsovog bozona koristeći prave (naučne) termine. Želim prijatno gledanje. 🙂

Kvantno vezane čestice, mikro talasima umesto laserima

Neke teme vrlo brzo dobijaju na zamahu. Jedna od njih spada u domen fizike, tačnije, kvantne fizike i već duže vreme naučna i šira javnost dobija nove podatke o povezivanju elementarnih čestica.

Na engleskom se ta pojava zove entanglement, i prevesti je direktno sa rečima smetnja, mreža i tome slično, bilo bi pogrešno. Ovo ističem, jer, čak ,ni moj prevod, od malo pre, nije najsrećnije rešenje, ali ja najbolje za koje znam.

Na našem sajtu već postoji tekst koji pominje povezivanje fotona (photon entanglement),  a ovom prilikom sledi novina, koja uvodi pojam povezivanja jona. Joni su slobodni atomi nekog elementa koji u svom elektronskom omotaču imaju manjak ili višak elektrona (najčešće jedan do tri elektrona), i iz električno neutralnog stanja prelaze u pozitivno ili negativno. Sem toga, treba istaći da su joni znatno veći od fotona i imaju značajnu masu – za razliku od fotona, za koje se kaže da nemaju masu. Barem ne uvek…

I dalje velika apratura, ali manja nego pre...

Tvrdi se da smo još mnogo vremena udaljeni od trenutka kada ćemo imati funkcionalne kvantne kompjutere veličine zgrade, a kamoli veličine sadašnjih kompjutera. To implicira da smo i dalje u procesu „minjaturizacije“, a deo tog se dešava unutar NIST instituta (National Institute of Standards and Technology).

Po prvi put, fizičari su povezali dva jona koristeći mikrotalase. Ovo je značajno, jer su se, do sada, u procesima povezivanja koristili laseri, koji krče put ka lakim i malim tehnološkim rešenjima, zbog svoje velike preciznosti.

Kvantni kompjuteri bi se služili posebnim osobinama kvantnog sveta da reše velike računske probleme – one, sa kojima današnji super kompjuteri ne mogu da izađu na kraj. Prvi korak u tome je da, prvo, ovladamo kvantnim česticama, pretvarajući ih u kvantne analogije klasičnih kompjuterskih bitova.

Ti osnovni blokovi memorije kvantnih kompjutera bi bili „qubits“. Mogućnost manipulacije jonima koristeći mikro talase i kvantno povezivanje, predstavlja veliku stvar.

Mikro talasi već pokazuju svoju korisnost omogućavajući bežičnu komunikaciju. Tehnologija koja omogućava njihovo generisanje i kontrolu je podrobno proučena, sveprisutna i, stoga, relativno jeftina. Doduše, i dalje je potreban ultra ljubičasti laser koji hladi i meri jone unutar procesa povezivanja mikro talasima. To je i dalje nisko energetski laser koji bi mogao lako da se svede na nivo onih lasera koji se nalaze u prenosivim muzičkim uređajima, kao što su CD u DVD čitač.

Ostatak neophodne tehnologije je, takođe malog gabarita. Cela „mašinerija“ je opisana u žurnalu Nature i tvrdi se da je velika oko 1/10 klasičnog „laserskog parka“ koje je neophodan da se stvori kontrolisano povezivanje čestica koristeći svetlost. Kako se razvoj na tehnologiji i dalje nastavlja, tim istraživača smatra da bi bili u stanju da postojeći mikro talasni uređaj svedu na veličinu današnjeg kompjutera, a možda jednog dana i na veličinu tableta. Mikro talasi, takođe, pokazuju još neke prednosti kvantnog pristupa kompjuterizaciji. Nestabilnost laserskog snopa generiše određene greške u procesu povezivanja čestica, a takvog problema nema sa mikro talasima.

Uvek postoji neko ali…

Na žalost, ovo ne znači da su laseri izgubili svoje mesto u budućoj tehnologiji koja će pokretati kvantne kompjutere. Tim iz instituta NIST je uspeo da sprovede povezivanje sa mikro talasima u „samo“ 76% pokušaja. Najbolje nameštene laserske aparature omaše u istom zadatku samo u 1% slučajeva.

Koncept povezivanja je relativno nezgodan da se razume, i ako ga je relativno lako objasniti. Umesto da se ja ponavljam, ostavljam vas u sposobnim rukama fizičarskog super deke, da vam objasni o česmu se tačno radi. Video je kratak, a dedica bi mogao da deluje malo manje jezivo… ali šta je – tu je. 🙂