Mamă, ai grijă!, voi construiţi iar Turnul Babel?! (Anton Andronic)

Two_Electron_Two_MuonCe ne puteti spune despre „particula lui Dumnezeu”?

Mai degraba v-as spune despre „bozonul Higgs” 🙂 – numele stiintific al celebrei particule, a carei descoperire a fost anuntata public la CERN pe data de 4 iulie 2012.

Cu cateva zile in urma, pe 14 martie (2013), CERN a facut public anutul ca acea particula, care la momentul descoperirii era doar un candidat pentru bozonul Higgs, pare sa fie intr-adevar bozonul Higgs.

Doua experimente la CERN, ATLAS si CMS, au participat la masuratorile cu un grad de complexitate nemaintalnit care au dus la descoperire.

A fost nevoie de un an si jumatate de masuratori si analiza a datelor pentru descoperirea particulei, urmata de inca un an si jumatate de masuratori mai precise pentru a determina natura acestei particule si a stabili acum cu certitudine rezonabila (desi inca nu finala) ca este asteptatul bozon Higgs.

Aceste masuratori cu fascicule de protoni din ce in ce mai intense, au fost furnizate folosing cel mai complex instrument construit pana in prezent, Large Hadron Collider (LHC). LHC este un inel de accelerare si stocare a protonilor (si ionilor de plumb folositi in alte studii), cu o circumferinta de 27 de km, aflat la 50-100 m sub pamant la frontiera dintre Elvetia si Franta, langa Geneva. In LHC 2 fascicule de protoni circula in directii opuse, intalnindu-se in 4 puncte in care se afla ansamblele experimentale (pe langa ATLAS si CMS, ALICE si LHCb, experimente pentru studiul materiei nucleare de cuarci si gluoni si, respectiv, a asimetriei materie-antimateri). Calatorind cu o viteza foarte apropiata de cea a luminii (aproximativ 300000 km/s), fiecare proton face turul complet al celor 27 de km de accelerator de 11000 de ori pe secunda. Fiecare fascicul contine peste 1000 de „buchete” de protoni, in fiecare buchet aflandu-se peste 100 de miliarde de protoni. Un astfel de buchet are lungimea de 7 cm si grosimea de numai 30 de microni, adica o treime din grosimea firului de par. La aceste dimensiuni, precizia de ghidare a fascicului pentru a realiza coliziuni trebuie sa fie, evident, pe masura. Energia unui fascicul este egala cu energia unui tren de persoane la viteza de 200 km/h, ceea ce impune deasemenea un control extraordinar al fascicului pentru a evita orice accident. Peste 1 un milion de coliziuni intre 2 protoni au loc in fiecare secunda in fiecare din experimentele ATLAS si CMS. Dintre aceste coliziuni („evenimente”, in limbajul fizicienilor), doar o mica parte sunt interesante. Cam un eveniment intr-un milion este selectat pentru a fi salvat (pe hard-disc-urile calculatoarelor) pentru analiza ulterioara.

Interesant, bozonul Higgs se dezintegreaza, printre alte multe posibilitati, si in 2 particule de lumina (photoni), aceasta fiind metoda cea mai de succes in „reconstruirea” bozonului. Din evenimentele selectate, detectorii masoara cei doi photoni rezultati dintr-o particula Higgs cam o data intr-un milion de evenimente. Bineinteles, bozonul Higgs, pa langa faptul ca este atat de rar, nu este produs izolat ci la un loc cu multe alte particule, ceea ce face detectia lui destul de dificila. In fiecare din cele 2 experimente, ATLAS si CMS, lucreaza aproximativ 3000 de fizicieni, ingineri si informaticieni, un numar similar lucrand la LHC.

Va puteti intreba, pe buna dreptate, la ce bun un asemenea efort?

Cunoasterea structurii sub-atomice a materiei si a fortelor ce determina Universul s-a asamblat in cursul ultimilor 100 de ani prin descoperiri din ce in ce mai sofisticate. Asa s-a stabilit ca protonii sunt formati din cuarci, care par sa fie constituentii elementari ai materiei, alaturi de electron. Mai mult, nu e suficient o familie de cuarci si un electron, ci exista 3 astfel de familii, caracterizate de proprietati identice, cu exceptia maselor, care sunt din ce in ce mai mari. Trei forte actioneaza la nivel sub-atomic: electromagnetismul (care-si face simtita prezenta si in lumea macroscopica), forta tare (care tine cuarcii in protoni sau neutroni si pe acestia in nucleele atomice) si forta slaba, care face ca majoritatea particulelor elementare sa se dezintegreze. Fortele sunt mediate de asa-numitii „purtatori”, particule elementare cu un caracter special: electromagnetismul de photon (lumina), forta tare de gluoni (16 la numar), iar forta slaba de 3 bozoni, acesti din urma cu o masa foarte mare, cam de 90 de ori mai mare ca masa unui proton. Cum se face ca cei 3 bozoni ai fortei slabe sunt asa de grei, in timp ce photonul si gluonii nu au masa? Aceasta dilema, precum si aceea a masei crescande a celor 3 familii de cuarci si electroni sus-pomenite, este rezolvata de „mecanismul Higgs” – o rupere de simetrie ce a avut loc in primele clipe ale Universului primordial. Cu alte cuvinte, toate particulele elementare, atat constituentii materiei cat si purtatorii fortelor fundamentale, ar fi fost la inceput ca lumina, fara masa. Ruperea de simetrie prin mecanismul Higgs a dus, imediat dupa creatie (ceea ce fizicienii numesc Big Bang, modelul dinamic, „evolutiv”, al Universului in expansiune), la situatia actuala. De aici si apelatiunea de „particula lui Dumnezeu”, sintagma adoptata mai mult pentru lustrul sau mediatic si nu atat pentru aspectul teologic. Dealtfel, putini dintre fizicieni sunt preocupati de partea teologica a bozonului Higgs, si, la urma urmei, toate particulele elementare sunt ale lui Dumnezeu, nu numai bozonul Higgs.

Cunoastem pe Dumnezeu prin totalitatea, plenitudinea Creatiei, nu numai printr-o particula anume. In Sinaxarul izgonirii lui Adam din Rai (din duminica lasatului de sec de branza) ni se aminteste ca nu putem cunoaste esenta lui Dumnezeu ci numai energiile sale, o distinctie importanta pe care fizicienii sunt tentati adesea sa o uite. Cand mama mea, in satul nostru din Bucovina, a aflat acu vreun an de „particula lui Dumnezeu” si a realizat ca studiul ei se face la LHC, unde eu insumi sunt parte intr-unul din cele 4 experimente (ALICE), m-a sunat imediat sa ma intrebe daca eu am de-a face cu aceasta particula. Nu am, dar mama m-a avertizat oricum ca orice tentatie de a „investiga” pe Dumnezeu va avea aceeasi soarta ca si a turnului Babel.

Trufia fizicienilor este adesea suficient de mare pentru a pretinde ca o cunoastere completa a Universului si a cauzei sale esentiale este posibila, chiar daca deocamdata suntem destul de departe de asta – in primul rand fiindca nu cunoastem forma energetica a 95% din Univers, doar 5% fiind materie obisnuita. Iar materia obisnuita, stabila, formata din atomi a caror nuclee contin protoni si neutroni, se stie ca nu-si primeste masa de la bozonul Higgs. Masa cuarcilor (numiti „up” si „down”) din protoni si neutroni (atat a celor 3 cuarci reali cat si a celor virtuali care sunt produsi continuu in perechi cuark-anticuark si anihilati la scurt timp) este foarte mica, cam de 100 de ori mai mica decat masa protonului sau neutronului. Restul masei protonului sau neutronului este data de energia gluonilor ce tin cuarcii la un loc pentru a forma protoni sau neutroni. Asa mica cum e, masa cuarcilor „up” si „down” nu esta data de bozonul Higgs ci de o alta subtila rupere de simetrie (similara oarecum cu cea a mecanismului Higgs) care nu este prea bine inteleasa. Vedem deci ca, desi bozonul Higgs este celebru, fiind pana de curand singura particula lipsa a asa-numitului „model standard” al constituentilor fundamentali ai materiei si al fortelor dintre ei, nu este sfarsitul cunoasterii Universului. O enigma a fost dezlegata, dar multe inca raman sa fie dezlegate.

Articol anterior:

Universul şi legile lui par să fie reglate cu o precizie uimitoare şi misterioasă – ştiinţa constatând asta fără să poată explica.

Anunțuri
Acest articol a fost publicat în Stiinta. Pune un semn de carte cu legătura permanentă.

Un răspuns la Mamă, ai grijă!, voi construiţi iar Turnul Babel?! (Anton Andronic)

  1. Andrei Rinea zice:

    De aici si apelatiunea de “particula lui Dumnezeu”, sintagma adoptata mai mult pentru lustrul sau mediatic si nu atat pentru aspectul teologic

    Foarte bine punctat. Chiar pe wikipedia se spune ca :

    … the publisher wouldn’t let us call it the Goddamn Particle …

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s