Cercetătorii Peter Ware Higgs şi François Englert au câştigat premiul Nobel pentru fizică pe 2013

Premiul Nobel pentru fizică pe 2013 a fost acordat teoreticienilor care au prezis acum 50 de ani existenţa unui nou ingredient al naturii (bosonul Higgs şi câmpul Higgs) şi a unei noi interacţii (între particule elementare şi câmpul Higgs) care dă masa particulelor elementare, fără de care noi nu am exista.

Aceştia sunt Francois Englert, de la Universitatea Libera din Bruxelles, Belgia si Peter Higgs, de la Universitatea din Edinburgh, Marea Britanie.

Acum 49 de ani, în 1964, fizicieni teoreticieni Brout, Englert şi Higgs au prezis existenţa în vid a ceva nou ce nu era cunoscut a exista în natură. Este vorba de faptul că în orice punct din spaţiu ar exista un ... număr. Acest număr ar fi diferit de zero, dar în rest nu ar mai avea nicio altă proprietate: nu ar avea sarcină electrică, nu ar avea proprietăţi magnetice. Ar avea aceleaşi proprietăţi ca şi spaţiul gol însuşi. Dar ar fi diferit de zero. Iar particulele elementare, ingredientele de bază din care atomii sunt formaţi, trecând prin vid, ar simţi acest număr ca o frecare, o vâscozitate, care frânează particulele de la viteza lor naturală, aceea maxim posibilă în Univers, anume viteza luminii în vid. Fiind frânate, particulele ar primi masă. A avea masă diferită de zero este tocmai ce permite particulelor să existe în repaus, sau să se mişte la orice viteze, mai puţin cea a luminii. Particulele fără masă, adică particulele cu exact zero kilograme, se pot mişca doar la viteza luminii. Este cazul fotonilor, particulele de lumină.

Ingredientele fundamentale ale materiei deja cunoscute se împart în particule de materie, care au o proprietate magnetică denumită spin la valoarea ½, şi particule de forţe, prin care particulele de materie interacţionează prin forţe unele cu altele, care au spinul de valoarea 1. Particulele din care este format câmpul nou întrodus în 1964 sunt singurele care erau prezise a avea spinul 0, adică a fi formate doar dintr-un singur număr. În limbaj ştiinţific, era pentru prima oară când în istoria umanităţii era prezisă existenţa în Univers a unui câmp scalar. Existenţa acestui câmp şi modul prezis de teorie pentru interacţia particulelor elementare cu el era ceea ce dădea particulele elementare masă. Iar fără masă, particulele elementare ar zbura prin Univers cu viteza luminii şi nu ar sta împreună în structuri de particule complexe, precum protonii şi neutronii, care pot forma apoi atomi. Iar fără atomi, noi nu am exista.

Totul a fost prezis teoretic. Dar în ştiinţă judecătorul suprem al unei teorii este experimentul. Fizicienii experimentatori de la laboratoare de fizica particulelor din întreaga lume au început atunci să testeze experimental toate predicţiile teoriei. Doar dacă toate sunt confirmate putem crede teoria. Numai că această teorie avea o singură predicţie. Pe de o parte era mai uşor, dar pe de alta, aceasta predicţie s-a dovedit greu de confirmat. Predicţia era anume existeţa unei particule elementare noi, un nou ingedient al materiei, anume particula Higgs sau bosonul Higgs.

Abia anul trecut, pe 4 iulie 2012, particula a fost descoperită experimental. Dar a fost descoperită în mod independent de două experimente diferite, ceea ce a dus la credibilitatea rezultatului. Este vorba de experimentele ATLAS şi CMS de la laboratorul de particule CERN de la Geneva. Mai erau atunci două proprietăţi ale particulei de confirmat pentru a fi sigur că particula este chiar mult aşteptatul boson Higgs. Pe 14 martie 2013, cele două experimente au anunţat că şi aceste proprietăţi fuseseră măsurate. Astfel, particula nou descoperită era într-adevar bosonul Higgs.

De ce a luat aproape jumătate de secol pentru a fi observată această particulă elementară nouă? Microscopul prin care cercetătorii privesc în structura materiei nu eră încă suficient de precis. Dar încontinuu, an de an, aceştia au creat microscoape mai performante. În fizica particulelor, microscoapele sunt acceleratoarele de particule, care au energii tot mai mari. Ciocnind particule energetice, ele transformă energia de mişcare în masă pentru noi particule care nu existau acolo la început, precum bosonul Higgs. Bosonul Higgs, deşi o particulă elementară, are o masă la fel de mare precum un atom de cesiu, adica masa aproape a 133 de protoni.

Astfel, cunoaştem acum cu certitudine că până şi în spaţiul gol există ceva nou, un câmp scalar, adică un număr, cu aceeaşi valoare peste tot în Univers, cu o valoare diferită de zero, faţă de care particulele elementare simt o frecare, o vâscozitate, care le reduce viteza faţă de viteza luminii, permitându-le astfel să se adune în structuri complexe precum atomii, astfel permitându-ne nouă să existăm.

Aventura fizicii particulelor însă continuă, căci nu la toate întrebările s-a găsit încă răspuns.

Pentru a afla mai multe informaţii despre laureaţii premiului Nobel de anul acesta, precum şi despre descoperire, vă invităm să vizitaţi pagina de web a fundaţiei Nobel: nobelprize.org/

Adrian Buzatu este cercetător postdoctorand la Universitatea din Glasgow, Marea Britanie. Este asociat experimentului ATLAS de la laboratorul european CERN, unde a lucrat la căutarea experimentală a unui boson Higgs. La doctorat a lucrat la acelaşi subiect la experimentul CDF de la laboratorul american Fermilab. adrianbuzatu.ro

Mai multe detalii despre bosonul Higgs, pe În aşteptarea premiului Nobel pentru fizică. Cartea de identitate a Bosonului Higgs”.