Żeby materia wydała jęk

Dlaczego małe cząstki trzeba badać za pomocą wielkich urządzeń? Rozmowa z prof. Janem Nassalskim z Instytutu Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana w Świerku i dr. hab. Leszkiem Zawiejskim z Instytutu Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego PAN w Krakowie.

Klocki lego mają dzieci, a fizycy – Model Standardowy, największe osiągnięcie nauk przyrodniczych XX w. Ta powszechnie akceptowana teoria opisuje świat za pomocą dwóch rodzajów fundamentalnych cząstek elementarnych: leptonów i kwarków (z których zbudowane są bardziej złożone obiekty materii). Cząstki te podlegają czterem oddziaływaniom, z których dwa (elektromagnetyzm i grawitację) poznaliśmy dość dobrze, a pozostałe dwa gorzej (wiążące jądra atomów w całość oddziaływanie silne oraz oddziaływanie słabe – warunkujące przebieg reakcji jądrowych w gwiazdach).

Niestety, jak każde dzieło człowieka, Model Standardowy jest ułomny. Zawiera wiele parametrów o zagadkowych wartościach. Nie wyjaśnia własności ciemnej materii i ciemnej energii, które stanowią aż 96 proc. Wszechświata. Nie opisuje pierwszego ułamka sekundy, w którym, w niewyobrażalnym wybuchu, z czegoś, czego nawet nie można nazwać niczym (bo żeby było nic, musi być coś), powstały przestrzeń i czas. Nie odpowiada też na ważkie pytania o masę. Bo czym właściwie jest masa? I skąd się wzięła? Model Standardowy sugeruje tylko, że jedna odpowiedź na te pytania jest bardziej prawdopodobna niż inne, a jest nią bozon Higgsa, higgs.

Istnienie pewnej fundamentalnej cząstki elementarnej, która nadaje masę (niektórym) innym cząstkom, zasugerował Peter Higgs (ur. 1929). Ten brytyjski fizyk wysunął hipotezę, że Wszechświat wypełnia pewne pole. Niektóre cząstki są niejako odporne na jego działanie. Inne zaś grzęzną w polu Higgsa jak muchy w smole, przez co nabierają masy (która jest miarą siły ich oddziaływania z tymże polem). Tylko dlaczego higgs jest taki ważny? Czyż żyć bez masy nie byłoby lżej? Ano, gdyby nie cząstka Higgsa, nie powstałyby żadne złożone struktury. Nie byłoby cieczy i ciał stałych.