A protontól a Higgs-bozonig

- A 2013-as év legfontosabb tudományos eseményének a fizikai Nobel-díj kiosztását ítélem, mert egy olyan ember kapta, akinek a felfedezése az alapvető fizikai gondolkodást változtatta meg. Higgs neve egyébként 48 éve forog a szakmabeliek között, mint aki megjósolta egy új elemi részecske létét. Érdekes, de már az egyetemi tanulmányaim alatt hallottunk erről a teóriáról - mondja Lukács Béla, a közérthető előadásairól ismert elméleti fizikus, akit arról kérdeztünk, mi volt a 2013-as év legjelentősebb tudományos eseménye.

A legelső fizikai világképet Arisztotelész alkotta meg az ókorban, aztán jött a 17. században Isaac Newton, aki felállította saját törvényeit, amelyek egészen jól megmagyarázták naprendszerünk működését. Ám később, amikor a fizikusok már a fénysebességgel mozgó részecskékkel foglakoztak, az ilyen esetekben érvényes törvényszerűségek magyarázatára már nem volt alkalmas a newtoni fizika. Albert Einstein relatívitáselmélete ezekre az új kérdésekre adott választ. Az 1920-as évek közepén pedig Werner Heisenberg kvantummechanikai kutatásaival már végképp szakított a klasszikus fizikával. A részecskefizika új tudományággá vált és az új felfedezések hatására leírása egyre bonyolultabb lett.

1905-ben Lénárd Fülöp az atom szerkezetének leírásáért kapott első magyarként (valójában jelentős részben németként) fizikai Nobel-díjat. Később jött Niels Bohr új atommodellje, aztán 1925-26-ban kiderült, hogy az övé is teljesen rossz és kvantummechanikailag kell tárgyalni a dolgot . Mindezek hatására azóta sokkal óvatosabb a Nobel-díj bizottság és elméleti munkáért csak akkor ítélnek oda díjat, ha a feltételezést a kísérletek megerősítik magyarázta a Központi Fizikai Kutatóintézet fizikusa. Így már érthető, miért kellett közel öt évtizedet várnia Higgsnek: A róla elnevezett részecskét, a Higgs-bozont 2012 júliusában, a svájci-francia határon fekvő Nagy Hadronütköztető (LHC) segítségével találták meg, amely építésének az egyik célja éppen eme isteni részecske létezésének bizonyítása volt. Korábban mindenki azt hitte, kisebb részecskegyorsítókkal sikerül majd megtalálni, ám nem így történt. Az egyik eshetőség az volt, hogy a keresett részecske nem létezik, s az elmúlt fél évszázad teljes részecskefizikai elméletét felül kell vizsgálni. Vagy létezik, csak nagyobb gyorsítót kell építeni. Szerencsére ez jött be...

- Harminc évvel ezelőtt azt gondoltuk, van proton, neutron, elektron és foton, valamint, hogy mindegyiknek teljesen megegyezik a tömege egy másik, hasonló típusú részecskével. Higgs viszont azt állítja, hogy az alapvető kölcsönhatások közvetítő részecskéinek a tömegét egy másik, új részecske adja, ez a Higgs-bozon. Ha ez nem volna, akkor nulla lenne a tömege egy normál részecskének. Vagy pedig a jó ég tudja, mi volna - fogalmaz Lukács Béla. A Higgs-bozon tehát nem anyag a szó 19. századi értelmében, de nem is a részecskék közti kölcsönhatásokért felelős, hanem a fő dolga az, hogy tömeget adjon a részecskéknek, azaz ez egy új, harmadik fajta részecsketípus.

Ennek a részecsketípusnak az esetleges létezését másik öt fizikus, Carl Hagen, Gerald Guralnik, Tom Kibble, Robert Brout és Francois Englert is feltételezte. Közülük van, aki már meghalt, ráadásul megosztva legfeljebb hárman kaphatnak Nobel-díjat, így jött össze az, hogy Higgs a már említett Francois Englerttel megosztva, 84 éves korában vehette át az elismerést. Ezzel a Nobel-díj bizottság tehát azt ismerte el, hogy a fizika tényleg úgy néz ki , ahogyan azt Higgs állította.

De miért nem kaptak elismerést azok, akik a Nagy Hadronütköztetőben valóban felfedezték a részecskét? Beszélgetőtársunk szerint ez is felmerült lehetőségként, de mivel Peter Higgs 84 éves, előfordulhat, hogy 2014-ben már nem tudná azt átvenni. Posztumusz viszont nem adható ki Nobel-díj...

Az elemi részecskék viselkedését jelenlegi tudásunk szerint legpontosabban leíró Standard Modellben egyébként huszonnégy különböző Higgs-bozonnak volna hely . Ebből most egyet találtak meg, tehát nem felesleges további bozonokat keresni.

Mennyire fogja megváltoztatni ez a felfedezés a világról alkotott képünket? Mire használhatjuk ezt az új tudást? vetem fel a talán túlontúl földhözragadt kérdést: A távoli jövőre tudok válaszolni, a közeli jövőre viszont nem tudok olyan konkrét dolgot mondani, hogy a japánok mondjuk öt év múlva csinálnak egy új ketyerét e felfedezés segítségével. Ha az egyik részecske a másiktól kap tömeget, akkor ebbe bele tudunk avatkozni, egy erőtérrel képesek leszünk a részecskék tömegét megváltoztatni. Hogy miként, azt egyelőre nem tudjuk. Ezzel a módszerrel viszont már lehetne félvezetőt építeni, vagy atombomba felrobbanását megakadályozni. Amikor Faradayt laboratóriumában meglátogatta a miniszterelnök, megkérdezte, mire lesz jó a rádióhullámok felfedezése. Azt egyelőre nem tudom, miniszterelnök úr jött a válasz , de később esetleg adót vethet ki rá...