Krzysztof Grzesiowski: Witamy zapowiadanego już gościa: pani prof. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Dzień dobry, pani profesor.
Prof. Maria Krawczyk: Dzień dobry.
K.G.: Tak trochę jesteśmy, mówiąc szczerze, w trudnej...
Wiesław Molak: Spróbujemy.
K.G.: ...ale spróbujemy sobie poradzić. No właśnie, mamy rozmawiać o czymś, co podobno istnieje, tak?
M.K.: Właśnie, podobno istnieje.
K.G.: Słowo podobno jest na miejscu. A gdyby dla osoby niezorientowanej, a obawiam się, że taka jest znakomita większość na naszej planecie, zadać takie dosyć proste pytanie: jak duże jest to coś, o czym będziemy rozmawiać?
M.K.: Na pewno bardzo małe.
K.G.: Aha, ale jak bardzo?
M.K.: No, myślę, że mniej więcej jak każdy może sobie jakoś wyobrazić elektron, to mniej więcej to jest tego poziomu rozmiar. Rzeczywiście pan pyta o rozmiar, bo można zawsze też myśleć, że coś jest małe, bo jest lekkie na przykład. No więc to takie jestśredniolekkie, bo mniej więcej wydaje się, że masa jest rzędu stu, może trochę więcej niż stu mas protonów. Tak że jesteśmy w świecie cząstek elementarnych, a nawet bym powiedziała – cząstek fundamentalnych.
W.M.: Jest małe, ale nazywane jest „boskie”.
M.K.: No, jest wyjątkowe, ja bym może pozostała przy tym określeniu. Jest wyjątkowe, bo po pierwsze my naprawdę od lat 60. zeszłego wieku wierzymy, że jest i że jest nam bardzo potrzebne, żeby nasz opis teoretyczny fundamentalnych oddziaływań pomiędzy najmniejszymi składnikami materii, takimi jak są kwarki, które znajdują się wewnątrz protonów, leptony, takimi jak elektron i jego towarzysze, neutrina, foton, to wszystko jest taka kolekcja najbardziej fundamentalnych składników materii. I to jest cząstka, która należy do tego zespołu absolutnie fundamentalnych, najprostszych, a więc już, przynajmniej na dzisiaj zakładamy, że one nie mają wewnętrznych składników.
W.M.: Chodzi o bozon Higgsa.
K.G.: Lub cząstka Higgsa, bo to samo. Można zamiennie używać słowa cząstka i bozon?
M.K.: Najważniejsze jest określenie, że to jest cząstka. To jest cząstka Higgsa, a bozon ją dookreśla. W przyrodzie występują tylko dwa typy cząstek: bozony i fermiony. I one różnią się taką pewną własnością, którą my nazywamy... można powiedzieć, że to jest taki wewnętrzny moment pędu, że coś się kręci, spin, my mówimy spin. Ale rzecz polega na tym, że rzeczywiście charakter tych cząstek jest zupełnie inny. O ile bozony, używając tego określenia, mają spin całkowity, a więc zero, jeden, dwa, a fermion ma spin połówkowy: jedna druga, trzy drugie i tak dalej, proton jest fermionem, foton jest bozonem. I ta cząstka też miała być bozonem, takim najprostszym o spinie zero. Otóż te własności bycia bozonem lub fermionem są bardzo ciekawe, dlatego że bozony lubią być ze sobą, i stąd np. w świetle laserowym bardzo dużo fotonów może być razem ze sobą, bo one im więcej, tym chętniej jeszcze zapraszają cząstkę tego typu, a fermiony unikają siebie, fermiony po prostu w jednym stanie, jak my mówimy, takim kwantowym może być tylko jeden fermion, on nie życzy sobie towarzyszy. I to jest klucz zresztą do budowy atomu, ale to już inna rzecz, po prostu kolejno wypychane są elektrony, które są fermionami, na wyższe poziomy. Krótko mówiąc ta cząstka Higgsa to jest bozon, cząstka o spinie zero.
W.M.: To był szkocki fizyk, który teoretycznie przewidział jej istnienie. Dlaczego ona ma mieć kluczowe znaczenie dla wiedzy o Wszechświecie?
M.K.: Najpierw może małe sprostowanie. Otóż za cząstką Higgsa stoi więcej fizyków i zapewniam, że jak będzie Nagroda Nobla, to nie tylko Higgs ją dostanie, nie mówiąc o doświadczalnikach, mówię na razie tylko i wyłącznie o koncepcji teoretycznej, bo nie tylko on przewidział, było ich więcej, Brout, Englert, Higgs – przynajmniej ten zestaw trzeba by pamiętać. Ale faktycznie tylko w pracy Higgsa pojawiło się jedno zdanie, że w wyniku tego mechanizmu, który tam właśnie był opisywany, może się pojawić cząstka. W pracach innych fizyków tej małej, drobnej konkluzji nie było. A jeszcze dodam, że pracy Higgsa nie chcieli przyjąć do publikacji, uznając, że ona nie ma znaczenia dla badań podstawowych.
K.G.: O, to nie pierwszy przypadek w nauce, to z tym mieliśmy do czynienia.
M.K.: Tak że on dodał to zdanie i to zostało opublikowane. On nie był pierwszy, bo właśnie Brout i Englert dwa tygodnie wcześniej. Ale dlaczego ona jest taka ważna? Dlaczego my jesteśmy przekonani, że ona powinna istnieć i że będzie odgrywać bardzo ważną... i że odgrywa bardzo ważną rolę? Bo ona wiąże się z takimi dwoma problemami, które do tej pory w inny sposób nie znalazły rozwiązania. Jeden z tych problemów to jest właśnie zagadnienie masy, nazwijmy to, tych cząstek fundamentalnych z tego zespołu podstawowego. Otóż tam nie ma żadnej regularności. Jedne mają masę zero, inne mają masę taką jak 200 protonów, brak regularności, ale przede wszystkim brak było też mechanizmu nadawania im mas. I cząstka Higgsa jest sygnałem pewnego określonego mechanizmu właśnie sformułowanego przez Brouta, Englerta i Higgsa w 60. latach zeszłego wieku, tak że czekamy już długo. Ale to jest jeden aspekt. Drugi aspekt jest taki, że w modelu standardowym, gdyby nie było cząstki Higgsa, to wpierw czy później, a mam na myśli tu większe energie niż te dotychczas sprawdzone, dostawalibyśmy prawdopodobieństwo procesów większe od stu. Kompletny nonsens. Ale jeżeli cząstka Higgsa jest i odpowiednio oddziałuje z cząstkami innymi, to wszystko jest w porządku. Tak że my jej naprawdę potrzebujemy i bardzo na nią czekamy.
K.G.: No właśnie, we wtorek bodaj, prawda...
M.K.: Tak.
K.G.: ...ogłoszono wyniki eksperymentów naukowców pracujących w laboratorium CERN pod Genewą, że ta cząstka Higgsa istnieje, z tym, że zdaje się te badania muszą być potwierdzone, by było sto procent pewności, tak?
M.K.: Doświadczalnicy są bardzo ostrożni w sformułowaniu, on mają kategorie, że widzą pewne wzmocnienie, że jest jakiś sygnał wstępny, dopiero przy pewnej liczbie zdarzeń, który świadczy o pewnym sygnale, mówią: tak, to jest odkrycie. Wobec tego im tych przypadków jeszcze brakuje. Z punktu widzenia takiej statystyki, przyzwoitej statystyki, żeby powiedzieć, że coś istnieje lub nie, to oni jeszcze się nie wypowiadają. Oni się wypowiedzą w 2012 roku, a więc za chwilę. Oni są tego pewni, że będą mieli wystarczająco dużo danych i na tyle opracowane w tej chwili metody, że będą mogli się wypowiedzieć zdecydowanie tak czy nie, ze wskazaniem raczej na tak.
W.M.: 350 trylionów zderzeń cząstek do tej pory i tylko, tak jak pani powiedziała, taka niewielka pewność...
M.K.: Niewielka część.
W.M.: ...niewielka część.
M.K.: Niewielka część.
K.G.: Te badania prowadzone są, jak wspomniałem, w laboratorium CERN, to się nazywa akcelerator cząstek elementarnych, akcelerator, czyli przyspieszacz, bo rozumiem chodzi o nadanie odpowiedniej prędkości, żeby mogło dojść do rozbicia. Wielki zderzacz hadronów, tunel 9-kilometrówy 100 metrów pod ziemią. Tego nigdzie indziej na świecie nie ma...
M.K.: Dlaczego dziewięcio-? 27.
K.G.: Aż 27? A była informacja, że... Widocznie może rozpędzają, że na odcinku 9 km?
M.K.: Sto metrów pod ziemią, tak.
K.G.: Nawet kiedyś mieliśmy przyjemność być w CERNIE. Przyznamy z ręką na sercu, że niewiele zrozumieliśmy z tego, co nam tłumaczono, ale cóż, tak to jest, jak się ma wykształcenie humanistyczne.
M.K.: Ale nawet jak się ma wykształcenie ścisłe i wyższe, tam jest takie bogactwo najróżniejszych zjawisk fizycznych, technologia, która jest tam na froncie, naprawdę to są wyzwania nie tylko dla fizyki teoretycznej, ja się akurat tym zajmuję i ta cząstka Higgsa to jest właśnie taki pomysł teoretyczny, ale to jest poziom doświadczeń i, jak mówię, technologii, inżynierii. To jest naprawdę tak skomplikowane, że nie ma się co dziwić, że człowiek tego nie rozumie.
K.G.: No dobrze, pani profesor, a jeśli ta cząstka Higgsa, tak na zakończenie pytając, jej istnienie zostanie potwierdzone, to z punktu widzenia fizyka teoretyka co powinno być następne? Na co pani czeka, na informacje o czym? Na potwierdzenie jakiej teorii?
M.K.: Nie, nie, ja czekam na tę cząstkę Higgsa, że dowiem się bardzo precyzyjnie, nie tylko ile wynosi jej masa, ale również z jaką siłą oddziałuje z innymi cząstkami, dlatego że chciałam powiedzieć, że cząstka Higgsa, tu cały czas się mówi o modelu standardowym, że to jest dopełnienie tego modelu, że to jest cząstka tak związana z tym modelem, ale prawda jest taka, że również inne modele rozszerzenia w stosunku do modelu standardowego, nawet supersymetryczne, mają też przewidywania takiej bardzo lekkiej cząstki... znaczy bardzo lekkiej, takie bardzo właśnie o stu dwudziestu kilku gigaelektronowoltów, stu dwudziestu mas protonów, jak w modelu standardowym. Czyli my musimy teraz precyzyjnie przyjrzeć się jej i ją przeanalizować, żeby się dowiedzieć, czy to na pewno jest model standardowy. A może to jest pierwsza wskazówka na wyjście z modelu standardowego w kierunku szerszych modeli?
K.G.: Czyli swoją drogą gdyby naukowcy to odkryli właśnie teraz i potwierdzili obecność cząstki Higgsa, to by był bardzo ładny prezent dla fizyków teoretyków pod choinkę.
M.K.: To już jest.
K.G.: Dziękujemy bardzo, pani profesor. Prof. Maria Krawczyk, gość Sygnałów Dnia.
M.K.: Dziękuję bardzo.
(J.M.)
