„Je pravda, že nedokážeme vysvetliť mnoho vecí,“ hovorí fyzik Roger Bailey, ktorý vedie v CERN-e pokročilú školu pre fyzikov. „No náš štandardný model veľmi krásne vysvetľuje, čo robí svet drobných častíc.“
Načo nám je Európska organizácia pre jadrový výskum, teda CERN?
Je to organizácia, ktorá vznikla pred viac ako päťdesiatimi rokmi. A dnes je známa najmä svojimi časticovými urýchľovačmi. Ako ubiehali roky, CERN vybudoval viacero takýchto urýchľovačov a každý bol väčší než ten predchádzajúci.
Prečo tieto veľké stroje potrebujeme?
Ak sa chcete pozrieť do vnútra vecí, potrebujete napríklad elektrónový mikroskop. Využívate elektróny na to, aby ste videli, ako veci fungujú. A toto je podobný princíp – urýchľovač je ako mikroskop. Ak sa chcete dostať hlbšie a hlbšie do štruktúr, potrebujete čoraz viac energie – a len veľkosť časticového urýchľovača a jeho energie určujú, ako hlboko sa viete dostať.
Hovoríte o vnútri vecí. My však v skutočnosti nevidíme, čo sa na tejto úrovni deje.
Nevidíme. Toto sú zväzky častíc, ktoré napríklad vystrelíte na terčík, častice, ktoré sú vo vnútri atómového jadra. A vy len zachytávate v obrovských detektoroch rozpady. A z nich až následne rekonštruujete udalosti, to, čo sa deje v jadre. Takže my najskôr v urýchľovači pripravíme častice a experimenty, teda detektory prinášajú výsledky.
Získavate obrovské množstvo údajov. Vedci však často hovoria o akejsi záhadnej hranici 5-sigma, to je čo?
Je to miera, ako často sa deje nejaká udalosť, vec, po ktorej pátrate, v porovnaní s bežným pozadím. V podstate to je pravdepodobnosť, s akou sa výsledky môžu mýliť.
Teda chyba merania?
Ak chcete merať veci takto, tak máte čosi, čo sa volá 1-sigma. To je istota zhruba na 68 percent, že máte pravdu. Potom 2-sigma je to zhruba 95,45 percenta. V skutočnosti tak platí, že pri 5-sigma sa musí odohrať naozaj veľa udalostí a máte veľmi malú pravdepodobnosť, že ste sa zmýlili.
Ale prečo si vedci vybrali práve hranicu 5-sigma?
Je to taká dohoda. A znamená, že sú si naozaj istí.
Vo Veľkom hadrónovom urýchľovači fyzici zrážajú protóny alebo jadrá olova. Prečo práve tieto prvky?
Urýchľovač funguje tak, že najskôr urýchlite nejaké častice a tie potom buď namierite na terč, alebo ich navzájom zrazíte. To môžete robiť rôzne – v urýchľovači LEP sa proti sebe vystreľovali elektróny s pozitrónmi. Teraz používame protóny, čo sú oveľa ťažšie častice, a navyše protóny sú vlastne skladačkou iných častíc a nie sú také jednoduché ako elektróny. Keď zrazíte elektrón s pozitrónom, máte veľmi čisté následky.
No v prípade protónov máte kvarky a gluóny, ktoré ich držia pokope. Protón je vlastne taký neporiadok. A keď sa to zrazí, s rôznymi energiami sa rôzne veci rôzne rozletia. Vďaka tomu však môžete objaviť čosi nové.
V časticovej fyzike máme čosi, čo nazývame štandardný model. Je to dobré vysvetlenie vesmíru?
Je to len dobré vysvetlenie sveta častíc.
Prečo?
Pretože nie je dokonalé. Sú jednoducho veci, ktoré sa štandardný model ani nepokúša vysvetliť. Ale to, čo vysvetliť dokáže, sú interakcie vo vnútri jadier atómov, medzi silami, ktoré napríklad držia jadrá pokope.
Štandardný model je v tomto dobrý – napokon, pred rokmi bola teória, ktorá opisovala elektrické javy, a teória, ktorá opisovala magnetizmus. Boli to dlho dve rozdielne teórie, a vlastne až neskôr sa zistilo, že sa dajú zjednotiť do jednej: elektromagnetizmu, ktorý opisuje jedinú silu. A ten sa zjednotil so slabou interakciou, pričom ostala ešte silná.
A čo gravitácia?
To je pravda, gravitácia v štandardnom modeli vôbec nie je.
Je to chyba modelu, či je jednoducho vesmír taký čudný?
Nemyslím si, že je to vinou vesmíru. Samozrejme, je to problém modelu. Štandardný model však krásne vysvetľuje, čo robia tie tri zvyšné interakcie. Všetky častice sú nimi poznačené, čo ukázali aj naše experimenty.
Občas sa hovorí, že štandardný model je taký dobrý model pre inžinierov.
Povedal by som to tak. Je totiž pravda, že nedokáže vysvetliť množstvo vecí.
Potrebujeme teda nový?
Buď to, alebo aspoň nejako upraviť ten existujúci.
A to bude čo?
Napríklad by to mohla byť supersymetria.
Keď už sme pri tejto hypotéze – mohol by Veľký hadrónový urýchľovač objaviť aj častice, ktoré predpovedá supersymetria?
Ak jestvujú, verím, že áno. Urýchľovač však bol v skutočnosti postavený na hľadanie inej častice, ktorú už model predpovedal. Teoretici ju predvídali už v 60. rokoch a medzi nimi bol istý profesor Higgs. A priniesli tak možné vysvetlenie, ako častice nadobúdajú hmotnosť.
Higgsov bozón sme zrejme objavili. Niektorí fyzici však hovoria, že táto častica s istými energiami môže hovoriť aj pre supersymetriu.
Môže, to je pravda. Ak štandardný model rozšírite. Takže ak hovoríte o Higgsovom bozóne, tak môžete napríklad hovoriť o Higgsovom bozóne zo štandardného modelu. No ako sme už hovorili, ani jeho objav vám nedopovedá celý príbeh vesmíru.
Čo bude podľa vás po objave Higgsovho bozónu?
Práve teraz by mohol hľadať častice z rozšírenia štandardného modelu. Jedným je aj supersymetria a tá tvrdí, že každá častica má svojho supersymetrického partnera. To nám zásadne rozširuje možnosti.
A je urýchľovač dostatočne výkonný, aby to dokázal?
Záleží od toho, ako veľmi hmotné tie častice budú. V súčasnosti urýchľovač beží len o čosi viac ako na polovičný výkon. No zariadenie zastavíme možno na osemnásť mesiacov a upravíme ho. A potom sa uvidí.
Čo by sa stalo, ak by urýchľovač bežal na plný výkon, a nič by nenašiel?
No ja dúfam, že by sme čosi našli, aj keď nie napríklad tie supersymetrické častice.
Napríklad čo?
Netuším. Toto je jedno z potešení, ktoré prináša veda. Môžete mať teóriu, urobíte experiment a čosi nájdete. A môžete mať teóriu, a nenájdete nič alebo, naopak, nájdete čosi, čo ste vôbec neočakávali. Takto funguje veda. Teraz napríklad predpovedala Higgsov bozón. Iné teórie predpovedajú aj niekoľko ďalších Higgsových bozónov či supersymetrické častice.
Ako sa potom znášajú teoretici s experimentálnymi fyzikmi? Teoretici totiž naformulujú svoje hypotézy a potom príde experiment a ten ukáže, že tam nič nie je.
Myslím, že v tomto máme všetci jasno. Keď jednoducho experimentálny fyzik čosi nevidí, tak to tam jednoducho nie je.
A to ich neštve, že im ničíte ich pekné teórie?
Nuž... Ale príkladom by mohli byť superstruny – to je naozaj pekná teória. No bohužiaľ sa nedá experimentálne testovať, potvrdiť ani vyvrátiť, takže s tým nič nenarobíte.
Takže to už je skôr filozofia ako fyzika.
Dá sa to takto povedať.
