הרגע שבו מתגלה החלקיק האלוהי

פרופ' אביעד פרידמן מהמחלקה לפיזיקה מספר על היום שבו שחזר במעבדתו הצנועה בבר-אילן את אחת התופעות החשובות ביותר למדע במאה האחרונה - החלקיק האלוהי


עד לפני כשנה וחצי קבוצת המחקר שלי ואני הכרנו את החלקיק האלוהי רק מהתקשורת ומהרצאות העשרה. אנחנו מתמחים במוליכי-על והניסויים שלנו נעשים באנרגיות ובטמפרטורות אולטרה-נמוכות. מה לנו ולמאיצי חלקיקים?


דניאל שרמן, דוקטורנט בקבוצה, ביצע ניסויים על שכבות מוליכי-על דקות ובלתי-מסודרות, יחד עם קבוצות מחקר מהודו ומגרמניה. התוצאות הראו בליעת אור לא מוסברת בתחום לא צפוי. בדקנו אפשרויות שונות, אך לא הצלחנו להבין. לעזרתנו באו עמיתים מהטכניון ומארה"ב, אשר עסקו בתנאים התיאורטיים האפשריים למדידת ה"היגס" במוליכי-על. התברר כי השכבות שחקרנו עומדות בתנאים אלו, וכי בליעת האור שמדדנו מתאימה להתנהגותו של בוזון היגס. וכך, מבלי משים, צפינו ב"אח האובד" של החלקיק בניסוי מעבדתי רגיל, בעזרת ציוד סטנדרטי ובעלות נמוכה יחסית. 

 

פרס נובל לפיזיקה, שהוענק ב-2013 לפיטר היגס ופרנסואה אנגלר, מסמל את פריצת הדרך החשובה בהבנתנו את חוקי הטבע הבסיסיים. משיקולים תיאורטיים בלבד, פיתחו הזוכים תיאוריה המסבירה, בין היתר, את היווצרות המאסה ביקום. החוליה החסרה האחרונה בתיאוריה הייתה בוזון היגס, המכונה גם החלקיק האלוהי, שהתגלה לאחרונה, יותר מחמישים שנה אחרי הניבוי, במאיץ החלקיקים CERN במסגרת הניסוי היקר ביותר בהיסטוריה, ניסוי שזכה לחשיפה תקשורתית עצומה.

 

גילוי חלקיק ה"היגס" בCERN- הוא תגלית מדעית בסדר גודל היסטורי, עם השלכות על הבנתנו את אבני היסוד של היקום. הכינוי "החלקיק האלוהי" כמובן מופרז, אבל הוא מבטא את עומק ההישג שאליו הגיעה האנושות בעלייתה עוד שלב בהכרת מעשה הבריאה האלוהי. בתוך המסגרת הגדולה הזו גם לניסוי שלנו יש ערך, אם כי מזווית אחרת: הוא מלמד על הקשרים הענפים בין תחומים שונים בפיזיקה, אשר נבדלים ביניהם בהרבה סדרי-גודל של אנרגיות. מרתק לראות איך אותו העיקרון המדעי מיושם במערכות שונות כל-כך. הניסוי הזה מדגים את האחידות בחוקי הטבע, אותה האחידות העומדת בבסיס המחקר המדעי. 

 

מה שפחות ידוע הוא, שההשראה לתיאוריה באה מתחום אחר לגמרי – תחום מוליכות-העל. מוליכי-על הן מתכות המאפשרות, בטמפרטורות נמוכות מאוד, זרם חשמלי ללא התנגדות. בזמן שפיזיקאים בתחום החלקיקים האלמנטריים ניסו לפתור את מקור המאסה, פיזיקאים אחרים פיתחו מודל למוליכות-על. מתוך המודל הזה הובן התהליך הפיזיקלי העומד במרכז העבודה של היגס ושותפיו.

 

במהלך פיתוח התיאוריה התברר להיגס שיש צורך בהנחת קיומו של חלקיק חדש, בוזון היגס, שלא היה צפוי. היה זה אמנם רק תוצר לוואי, אבל בלעדיו המודל היה קורס. כל הבנת אבני הבניין של הטבע הייתה תלויה בקיומו של אותו חלקיק מסתורי, וכך הוא קיבל את הכינוי "החלקיק האלוהי", כינוי שהיגס עצמו התנגד לו.

 

באופן אירוני, ה"היגס" לא התגלה תוך כדי ניסיונות במוליכי-על, למרות היותם מקור ההשראה לתיאוריה. הסיבה נעוצה בעובדה, שכמו במאיצים, גם במתכות דרושה אנרגיה כדי לעורר את ה"היגס". האנרגיה הדרושה קטנה פי מיליון-מיליארד מהאנרגיות ב-CERN, אבל בכל זאת מספיקה כדי להרוס את תכונת מוליכות-העל. וכך, למרות הניבוי התיאורטי על קיומו, ה"היגס" לא יכול היה להתגלות שם בניסוי.

 

ועוד מסר אחד עולה מן הסיפור. המחקר המדעי אינו קו ישר וצפוי. רבות מהתגליות החשובות ביותר במדע נתגלו במקרה. פעמים רבות יוצאים לבדוק תופעה מסוימת ומתגלגלים למשהו אחר, לא צפוי, מעניין בהרבה. כמו הבלש, תפקיד המדען הוא לאסוף רמזים מהניסויים, ומתוכם להבין תופעות בלתי מוסברות. הרגעים (המועטים) שבהם מתגלה החוליה החסרה, האסימון נופל והפאזל הופך שלם – הם הרגעים שבהם מתגלים "החלקיקים האלוהיים".

לכתבות נוספות...