Co říkáte středečnímu oznámení z CERN o objevu nové částice?
Je to velká událost, asi největší objev částicové a možná nejen částicové fyziky za posledních 30 až 40 let, ne-li více. Je to asi největší vědecký objev, který jsem kdy přímo sledoval. Ale na druhou stranu se nestalo, že bych vzrušením neusnul, protože jsem Higgsův boson zhruba v této oblasti už od prosince 2011 považoval za jistou věc - otázku průběhu roku 2012 - a v posledním měsíci jsem si navíc byl víceméně jist, že objev bude oznámen opravdu již v tyto dny.
Kdo je Luboš Motl?Český teoretický fyzik (38), dnes žije v Plzni a je jedním z autorů maticové teorie superstrun. Studoval na americké Rutgersově univerzitě, přednášel na Harvardu. Vyučoval teorii strun a kvantovou teorii pole. Přeložil rovněž do češtiny dvě knihy od Briana Greenea Elegantní vesmír a Skrytá realita, která by se měla objevit na pultech koncem léta 2012.  V roce 2007 Harvard opustil, mimo jiné pro nesouhlas s kulturou politické korektnosti. Každý den přispívá na blog "Reference Frame" (najdete zde), který má početné mezinárodní čtenářstvo. Vyjadřuje se na něm jak k teoretické fyzice, tak i politickým tématům. Je známý především svými ostrými výhradami proti zastáncům myšlenky, že globální oteplování představuje pro lidstvo nebezpečí. |
Jestli jste měl takovou jistotu, neměl jste si vsadit?
Ale já to udělal. V okamžiku oznámení o objevu jsem vyhrál 500 dolarů, které jsem na existenci higgse vsadil v roce 2007. Moc jsem s nimi nepočítal, říkal jsem si, že se mi protistrana někam schová a peníze nikdy neuvidím. Ale ještě ve středu dotyčný zavolal, že mi 500 dolarů za higgsovskou sázku zrovna chce poslat. O víkendu jsem je měl na účtu.
I váš blog už dlouho před oznámením objevu žil neoficiálními zvěstmi o objevu. Nehrála ve vašem pevném přesvědčení roli i šeptanda?
Šeptanda tentokrát samozřejmě fungovala dobře - ale já svou jistotu stavěl hlavně na datech a teoretických argumentech, nikoliv šeptandě.
A máme to brát jako poučení pro příště? Dá se fyzikální šeptandě věřit?
Podle mého je téměř nemožné šest tisíc lidí v ATLAS a CMS přesvědčit, aby nic neřekli. Zvlášť když řada z nich o výsledcích věděla už dost dlouho. Přece jen CERN není armáda. Ale obecně řečeno, pravděpodobnost toho, že se šeptanda mýlí, kolísá v závislosti na tom, odkud přichází. V tomto případě, stejně jako v případě chyb v Opeře (v experimentu, který omylem zaznamenal neutrina rychlejší než světlo ve vakuu - více zde), existovala dostatečná jistota, že šeptanda primárně pochází od lidí, kteří jsou přímo v centru těchto experimentů a kteří prostě nedokážou to vzrušení vydržet.
Můžu se trochu zlomyslně zeptat, co je na Higgsově bosonu samotném tak zajímavého?
Je to první detekovaná elementární částice, která nemá žádný spin (to je zhruba kvantová odrůda míry nebo rychlosti otáčení částice kolem osy. Více na Wikipedii, pozn. red.). Ale důležité je hlavně to, že jde o potvrzení předpovědi, kterou teoretičtí fyzikové vyslovili téměř před půl stoletím, už v roce 1964. Lidé jen na základě ryze abstraktních úvah dokázali předpovědět existenci neznámé částice hodně odlišné od těch, které už byly známy. Jen si vezměte, jaký to je ohromný myšlenkový výkon.
Pro teoretiky, kteří se nezabývají překonanými teoriemi, je existence Higgsova bosonu alespoň už 30 let hotová věc. Žádný strunový teoretik (tj. pracující s teorií superstrun, pozn. red.) asi nikdy nepochyboval, že nějaký Higgsův boson existuje. Od prosince 2011 jsme věděli téměř jistě, že jeho hmotnost je blízko 125 gigaelektronvoltů. Což neznamená, že se za ta léta nenašli fyzici, třeba i slavní, kteří by si nevymýšleli polopověrčivé argumenty, že částice bez spinu nemá matka příroda ráda a podobně. Teď jim ukázala, že je na ní, koho má ráda.
Jednoduchá otázka: K čemu je to všechno dobré?
Nedokážu si představit, že by samotný Higgsův boson byl k něčemu praktickému dobrý. Rozpadne se za nepatrný zlomek sekundy. Po pravdě řečeno Higgsův boson v tom není sám. K čemu jsou dobré kvarky a gluony? Sedí uvězněny v každém protonu a neutronu, ale fakt, že se protony a neutrony z něčeho skládají, nepohání žádné restaurace ani motocykly. Fyzika nejméně půlstoletí pracuje na věcech, které ani po padesáti letech nemají praktické aplikace. Ale o to nejde. Teoretická fyzika je ve skutečnosti založená na zvídavosti a nadšení z poznání, vlastnostech, které nás odlišují od mnoha dalších primátů - ačkoliv někteří primáti jsou zvídavější než někteří lidé. Hnací silou tohoto výzkumu je touha přijít věcem na kloub.
Využití je nemožné, nebo si ho jen nedokážeme představit?
Mohou existovat aplikace, které si nedokážu představit já ani možná nikdo jiný, kdo o tom dnes přemýšlí. Ale v minulosti lidé alespoň hrubou představu měli. Faraday věděl, co říká, když skeptickému britskému ministru financí na stejnou otázku údajně odpověděl, že jednou se z elektromagnetických vln budou vybírat daně. A taky že ano. Opravdu ale nevím, jak by se mohly vybírat daně z Higgsových bosonů. Ano, v CERN se podařilo přijít na vynálezy typu World Wide Webu a vyvinout konstrukci silnějších magnetů a tak dále. Ale to se nedá považovat za důsledek objevů podobných tomu dnešnímu. Jde jen o vedlejší důsledky výzkumu, který se snažil o ryze fyzikální objevy. Ovšem fyzici svou práci nedělají kvůli "druhotným produktům", byť to může být důvod, proč jim někdo jiný za jejich práci platí.
Jednu věc objev přinese jistě: slávu objevitelům. Kdo si za něj odnese vědecké vavříny?
Je to samozřejmě velká sláva pro CERN a týmy ATLAS, CMS. Jejich zvolení zástupci Heuer, Incandela, Gianottiová asi z té slávy "slíznou" nejvíce. To bude nejspíše platit, i když za experiment půjde Nobelova cena. Co se týče teoretiků, tam je těch jmen více, ale zase jich není tolik. Za prvé je to samozřejmě Peter Higgs, který se nejvíce zasadil o předpovězení a zdůraznění této částice samotné. Kdyby se měla za objev udělovat Nobelova cena i teoretikům, tak bude v první řadě.
Ale částice je součástí širšího systému myšlenek zvaného Higgsův mechanismus, na jehož popsání se podíleli i další. Například Francois Englert, který s Higgsovým mechanismem - ale nikoliv předpovědí této konkrétní částice - přišel dohromady s Robertem Broutem zesnulým v roce 2011. Dokonce teorii zveřejnili o něco málo před Higgsem (ale ve stejném roce 1964, pozn. red.).
Kromě toho je ve hře trojice, která napsala jeden pozdější, ale nezávislý článek o Higgsově mechanismu: Tim Kibble, ten při oznamování objevu v CERN trochu chyběl, Gerald Guralnik a Carl Hagen. Nezapomeňme ani na Jeffreyho Goldston[e]a, který spolu s Nambu osvětlil, proč při narušení symetrie vznikají higgsi příbuzné Goldstonovy bosony.
Nu, a Higgsův mechanismus má samozřejmě svou prehistorii, přičinili se o něj dříve i Yoichiro Nambu, Phil Anderson a dnes už bohužel zesnulý Lev Landau. Později Steven Weinberg, který ho přidal do standardního modelu. Ovšem všichni tito čtyři pánové Nobelovy ceny už dostali, takže jsou vzhledem k velké konkurenci ze hry.
Nyní konkrétněji. Co jsme se ve středu dozvěděli?
Všechna data jsou zatím víceméně perfektně slučitelná se standardním modelem, tedy modelem, který obsahuje jen jeden typ Higgsova bosonu a jinak opravdu nic nového. Standardní model je z těch "zatím přežívajících" teorií tou nejjednodušší, pokud jde o množství částic a sil, které obsahuje. Ale to nutně neznamená, že je teoreticky nejpravděpodobnější. Podle mého jsou nyní data slučitelná se standardním modelem více, než řada lidí očekávala. To znamená, že hromada modelů, které předpovídaly opravdu "velmi odlišné" chování Higgsovy částice nebo částic, již byla experimentem vyvrácena. Dokonce se stalo, že od posledního oznámení o průběhu pátrání na konci minulého roku se určité odchylky od standardního modelu zeslabily. Platí to zvláště pro výsledky detektoru ATLAS. Teď sedí na standardní model až nečekaně dobře.
Objevilo se něco, co předpovědím standardního modelu naopak nevyhovuje?
Rozpad higgse na dva fotony nastává téměř dvakrát častěji než podle standardního modelu: přebytek existuje u obou detektorů. Tento přebytek se dá vyčíslit jako "2 sigma" tedy "dvě standardní odchylky", což je ne zcela běžná, ale také ne zcela vyloučená fluktuace, která nastane díky šumu při každém dvacátém měření (jinak řečeno: každé dvacáté měření vám vyjde "špatně o dvě sigma". Kolik to bude číselně, záleží na tom, co měříte, pozn. red.).
Co je Higgsův boson a co dělá?Higgsův boson je částice, která je projevem tzv. Higgsova pole. Podle obecně uznávaného fyzikálního předpokladu každý druh pole "má" svoji částici a naopak. Pokud tedy objevíme částici, potvrdili jsme i existenci pole. A o něj fyzikům jde spíše. Důležité je pro ně hlavně, jak Higgsovo pole působí na vlastnosti ostatních částic. Nedokonalou analogií by se dalo říci, že Higgsovo pole je jako mlha, která prostupuje vesmír a dává věcem "bílou barvu" (hmotnost). Děje se tak přímo, bez zprostředkování Higgsovými bosony. Jde o jeden ze základních stavebních kamenů našeho vesmíru. Higgsovo pole by mělo dát hmotnost tzv. "intermediálním vektorovým bosonům". Tyto částice sice nikdy v životě nepotkáte, ale fungují jako "nosiče" jedné ze čtyř základních fyzikálních sil, tzv. slabé síly (častěji se používá výraz slabá interakce). Ta působí sice na vzdálenosti relevantní maximálně tak v rozměrech jádra atomů, ale rozhodně existuje a vesmír by bez ní nefungoval tak, jak funguje. Neexistoval by bez ní například beta-rozpad atomových jader. Možná se s ní blíže seznámíme, pokud zvládneme výrobu energie jadernou fúzí. Tomuto procesu vládne slabá síla. |
To je na definitivní závěry málo. Možná, že šum odezní později, ale také to může být náznak signálu, tedy něčeho nového. Hmotnost 125 GeV také znamená, že standardní model asi nemůže být platný až do ohromných energií blízkých Planckově energii, kde začíná hrát roli gravitace. Potenciální energie Higgsova pole se při vyšších energiích destabilizuje. To je tedy - ne zcela nezpochybnitelný - argument pro názor, že existují i další nové jevy. Ale LHC zatím žádné neobjevil.
Tyto nezvyklosti budou asi v dalších týdnech potrava pro teoretické fyziky, že?
Vedoucí částicový fyzik z Princetonského ústavu pro pokročilá studia a můj exkolega z Harvardu Nima Arkani-Hamed mi v chatu vyprávěl o jejich připravovaném článku o senzačních a dalekosáhlých důsledcích tohoto zesíleného rozpadu na dva fotony. Pokud to tak opravdu je, jde o zásadní otázky, ale já vám teď nemohu vyzradit detaily. Ale možná z toho nic nebude. I Nima si myslí, že tento přebytek spíše časem zmizí, že to je tedy šum. Není to ale jisté.
Takže teď budou hrát hlavní roli stále experimentátoři, jestli to dobře chápu. Co se bude dít dále?
LHC samozřejmě bude pracovat na tom, aby zjistilo, zda se interakce této nové částice - můžeme říct Higgsova bosonu - shodují s Higgsovým bosonem v nejjednodušší teorii, tedy ve standardním modelu. Nebo zda se liší. Rolf Heuer (ředitel CERN, pozn.red.) a další zdůrazňují, že další práce - měření vlastností této nové částice - teprve začíná. Asi i proto, aby si někdo nemyslel, že teď už by měli dostat všichni padáka. V tuhle chvíli samozřejmě nevíme, zda LHC bude na tenhle úkol stačit. Připravovaný lineární urychlovač ILC by to mohl měřit všechno přesněji než LHC. Ale do provozu se dostane možná za deset let a v té době už LHC nejspíše bude vědět více, než ví dnes. Možná v podstatě všechno, co o higgsu zjistit jde.
Děkuji za rozhovor, mám jen poslední otázku: Co uděláte s higgsovskou výhrou?
Udělám si z ní rezervu na případnou stodolarovou prohru v jiné sázce. Vsadil jsem se, zda se najde nebo nenajde důkaz pro teorii supersymetrie (tato teorie říká, že elementární částice jsou v přírodě rozděleny do dvou velkých skupin. Ke každé částici v jedné skupině najdete přesný protějšek v druhé skupině, který se od "vzoru" liší hodnotou spinu. Tedy obecně řečeno, ve skutečnosti je teorie dnes mnohem košatější a složitější, pozn. red.). Vsadil jsem se s částicovým teoretikem a odpůrcem téhle teorie Adamem Falkowským. Jestli LHC důkaz nenajde, přijdu o sto dolarů. Ale o hodně zajímavější možnost je, že se něco objeví: Adam si je tak jistý zápornou odpovědí, že nasadil kurs 100:1, a pokud prohraje, prohraje deset tisíc dolarů. To už je zajímavé. Vždycky jsem si říkal, že supersymetrie mě přitahuje svojí krásou - krásou teorie, která přírodě přisuzuje řád. Ale možná pro to nakonec mám i přízemnější důvod.
