Davor Horvatić

Higgs, Peter Higgs, ali nikako Božja čestica

26. veljača 2012. @ 1:27
Nedavno sam pisao o neutrinima koji se kreću brže od svjetlosti i zaključio sam kolumnu izjavom da se u zajednici fizičara ne uzbuđujemo previše dok se fenomen ne pokaže točnim. Sve je išlo utabanim putovima, pojavio se određeni broj radova, neki su bili više neki manje ozbiljni, predlagale su se moguće greške u obradi podataka, te je sve završilo zadnjom jednostavnom hipotezom: vjerojatno optički kabel koji nosi GPS signal nije dobro pričvršćen za računalo. Više o tome na ovom linku:



http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/02/official-word-on-superluminal-ne.html?ref=hp



Gornji primjer pokazuje kako zbilja ne treba brzati s zaključcima, te treba pustiti znanstvenu metodu da odradi svoj posao. Prije nego se pozabavim Higgsovim bozonom i detaljima što znači nešto otkriti pogledajmo kako možemo izgraditi i testirati hipotezu na jednostavnom primjeru Hira Ratan Maneka. On tvrdi da može živjeti samo od gledanja u Sunce. Ne moram vam govoriti da je to opasno, te da se gledati su Sunce može samo kratko nakog izlaska i prije zalaska. Mogu povjerovati da kratko gledanje u Sunce u ta dva perioda ima efekta na duhovni razvoj, no nikako ne mogu vjerovati da na taj način dobivamo išta nutrijenata. Nismo biljke i ne možemo fotonsitezom dobivati hranu. OK tu bi sva rasprava trebala stati, ali možemo dati hipotezu: nekim nepoznatim procesom ipak dobivamo energiju potrebnu za život. Kako ćemo testirati hipotezu ? Krenimo do činjenica: energija koja dolazi od sunca iznosi 1360 W/m^2, tijelu u prosjeku treba 10 milijuna Joulea energije dnevno, kako se po njemu mora gledati u Sunce, površina koju trebamo za račun je dva puta površina zjenice, a vrijeme gledanja iznosi maksimalno cca 30 minuta. Idemo toliko daleko da ćemo i pretpostaviti efikasnost od 100% za nepoznati proces, iako znamo da je najveća efikasnost fotosinteze u biljaka 8%. Broj koji bi dobili računom van je smiješno malen, reda veličine par stotina Joulea i jako daleko od potrebnih 10 milijuna Joulea. Hira Ratan Manek je za vrijeme jednog posta koji je trajao 211 dana izgubio 41 kilu, iako je unosio tekućinu ali ne čvrstu hranu. Mirno možemo zaključiti da zakon sačuvanja energije i dalje vrijedi te da ništa od prehrane gledanjem u Sunce. Ako želimo nešto znanstveno zaključiti moramo govoriti o konkretnim brojevima, zakonitostima, reproduciblinosti i koristiti statistiku za obradu podataka.







Slika 1



To nas vodi na temu ove kolumne koja govori o uzbudljivoj konferenciju u CERN-u pored Geneve gdje su dva tima fizičara prezentirali svoje rezultate koji pokazuju da smo možda nanjušili famozni Higgsov bozon. O Higgsovom famoznom bozonu govorili smo u ranijim kolumnama. On je zadnja neotkrivena čestica iz standardnog modela koji opisuje tri od četiri elementarne sile u prirodi. Uveo ga je među prvima fizičar Peter Higgs, a uloga Higgsovog bozona je generiranje mase kvarkova, elektrona i W,Z bozona koji nose slabu silu (slika 2). Ukratko ne opazi li se on u eskperimentu u velikim smo problemima s našim Standardnim modelom.







Slika 2



Zašto otkriti nešto nije lak posao u fizici elementarnih čestica ? Trebamo se uvjeriti da je nešto što je opaženo nije slučajnost, nego da je taj efekt stvaran i da se može ponoviti u nekom drugom laboratoriju. Naša osjetila, naš mozak i naš misaoni proces sklon je vidjeti nešto gdje nema ničega. Prirodno vidimo i tražimo uzorke  i zakonitosti u prirodi. Da bi izbjegli pristranost i prevladali mane našeg mozga nužna nam je statistika i takozvani slijepi pokusi. Kada nema toga ili kada želite muljati ljude prezentirati ćete svakako krive zaključke, u prvom slučaju nesvjesno, a u drugom svjesno. Puno se buke diglo oko spomenute konferencije, puno ju je novinara pratilo i dosta se ljudi uključilo u direktni stream s CERN-ovog weba. No, ono što su vidjeli bilo je puno slide-ova statističkih podataka tipa: u ovom području energija možemo isključiti da se nalazi Higgsov bozon, u ovom području vidimo signal ali s nedovoljnim stupnjem pouzdanosti itd ... Problem je u tome što ako želimo dokazati postojanje čestice moramo imati dovoljno podataka da možemo reći da je vjerojatnost pogreške 0.00006 %. Za usporedbu u doborom dijelu znanosti koje nisu toliko fundamentale prihvaćena vjerojatnost pogreške je 5%. Neko vrijeme su bili zadovoljni u fizici i s manje, sa samo desetinkom postotka ali se pokazalo da neke tako otkrivene zapravo ne postoje nego su plod statističke slučajnosti:



http://en.wikipedia.org/wiki/Oops-Leon



Nakon više od jednog sata prezentacija timovi fizičara zaključili su ovo: vidimo puno statistički ne značajnih signala (slika 3)  ali vidimo ih nezavisno i na istim energijama u raznim pokusima. Vjerujemo da sve to nije samo slučajnosti i nadamo se da smo nanjušili Higgsa no kao i u svemu do sada moramo biti strpljivi i čekati još kojih desetak mjeseci da skupimo dovoljno podataka. Čekali smo više od dvadeset godina da izradimo najjači sudarivač do sada, imamo jedva dovoljno jaka računala da obradimo svu silinu podataka koju skupljamo, koji mjesec više manje, bolje biti siguran da ono što vidimo sigurno postoji. Isto kao i s neutrinima.







Slika 3



Sada imate osjećaj kako proces otkrića funkcionira u fizici, ali sigurno se pitati što je to Božjeg u Higgsu ? Eh, za taj dio fizičari nisu odgovorni, zapravo jesu malo. Bolje rečeno odgovoran je spomenuti Oops-Leon :) ili ti Nobelovac Leon Lederman (slika 4) i naslovom svoje knjige God Particle, u kojoj je Higgsov bozon centralni motiv. On je to opisao ovako: "the publisher wouldn't let us call it the Goddamn Particle, though that might be a more appropriate title, given its villainous nature and the expense it is causing." Dakle kriv je urednik :)







Slika 4