לא מאמין בבוזון

14 01 2010

לאחרונה פירסם אליהו קומאי מאמר מדעי המוכיח שבוזון היגס איננו יכול להיות קיים. אם נכונה טענתו, והבוזון לא יתגלה בניסוי הנוכחי בשווייץ, אמור המודל הסטנדרטי אשר בזכותו זכו מספר מדענים בפרסי נובל, להתמוטט.

הפיסיקה התאורטית עברה תקופת פריחה במאה הקודמת, עם ההתפתחות של תורת היחסות ותורת הקוואנטים, אשר הובילו למסקנות מרחיקות לכת לגבי תפיסת המציאות שלנו. תורות אלו, אשר הוכחו באין ספור ניסיונות, מהוות תשתית כמעט לכל פינה בפיסיקה התאורטית, ומספקות בסיס לפיתוחים הטכנולוגיים המרשימים של תקופתנו.

הישגים אלו נתנו דחיפה לתחומי מחקר נוספים, ובהם חקר המבנה הבסיסי של החומר, נושא שהעסיק את האנושות עוד מאז היוונים הקדמונים. תחום זה, הנקרא "חלקיקים אלמנטריים", עוסק במהות חלקיקי החומר ומהות הכוחות והקשרים ביניהם. התיאוריה המקובלת כיום כמסבירה בצורה הטובה ביותר את הממצאים הניסיוניים מכונה "המודל הסטנדרטי".

מחפשים את היגס
אחת מאבני היסוד עליה נשענת תאוריה זו הוא חלקיק הנושא את השם "בוזון היגס", שבגלל תפקידו הקריטי במודל כונה בספרות הפופולרית בשם "החלקיק האלוהי". עד היום טרם נצפה החלקיק בניסויים שהיו אמורים לגלותו. הפיזיקאים הדוגלים בתאורית המודל הסטנדרטי משערים כי אי גילויו של החלקיק עד כה נובע מכך שהניסויים נערכו באנרגיות שאינן גבוהות מספיק. במטרה להתגבר על מכשול זה (ועל מנת לגלות דברים נוספים) הושלמה לאחרונה הקמת המתקן המדעי המורכב ביותר שנוצר ע"י האדם – מאיץ החלקיקים LHC שבמעבדות המחקר CERN שבשוייץ. המאיץ הוא תוצאה של מאמץ בינלאומי לו שותפות למעלה ממאה מדינות. אי גילויו של החלקיק גם בתנאים אלו יהווה מכה אנושה למודל הסטנדרטי. פרופסור שלומית טרם מהטכניון, העומדת בראש קבוצת המחקר הישראלית ל LHC אומרת: "אם לא נמצא את היגס אז הוא לא קיים, והמודל הסטנדרטי אינו תקף".

האם אפשרות זו הינה מעשית?

רוב הפיזיקאים העוסקים בנושא יענו כמעט אוטומטית בשלילה על השאלה, שכן אפשרות זו מערערת את בסיס התורה עליה התחנך דור שלם של “חלקיקאים”.

ואולם ישנם פיזיקאים מפורסמים יותר ומפורסמים פחות הטוענים כי לא רק שזו אפשרות סבירה, אלא שזוהי האפשרות היחידה. טענתם היא כי בוזון היגס לא קיים, וכי בקרוב תיאלץ הקהיליה המדעית להתמודד עם מצב חדש, שבו תאוריה שזכתה למעמד בלתי מעורער, ובשלה זכו מספר מדענים בפרסי נובל, מתמוטטת בקול תרועה רמה.

אליהו קומאי הוא פיזיקאי תיאורטי ותיק שהוכיח כבר את יכולתו לפתור בעיות מורכבות. לדוגמה, בשנת 1967 הציגו חתן פרס נובל ויליאם שוקלי בשיתוף עם ר.פ. ג'יימס פרדוקס שכונה "המומנטום החבוי". את הפרדוקס ניסו ללא הצלחה לפתור מדענים רבים במשך עשרות שנים, עד שבשנת 1995 הציג קומאי הסבר המציין את אופיו המפורש של מומנטום זה.

קומאי צופה שבניסוי המתקרב יתגלה משהו שונה לחלוטין. הוא משוכנע שיש בידו הוכחה שבוזון היגס לא יכול להיות קיים. מעבר לכך, הוא טוען שבניסוי זה יתקבל אישור נוסף לכך שמבנה החומר שונה מהותית ממה שמשער המודל הסטנדרטי.

האופוזיציה ל"מודל הסטנדרטי"
קומאי לא לבד. יש פיזיקאים לא מעטים, ביניהם ידועי שם, המתנגדים לתאוריות שאומצו על ידי הזרם המרכזי. בהרצאה שנשא בשנת 1978, טען אחד מאבות תורת הקוואנטים, חתן פרס נובל, פול דיראק, שאחת המשוואות אשר המודל הסטנדרטי מתבסס על פיתוחים שלה (משוואת קליין-גורדון) איננה נכונה[1], ושעל הפיסיקה התאורטית לבסס עצמה רק על יסודות מתמטיים מוצקים. בכך, וכפי שמצוין גם בביוגרפיה שלו שיצאה לאחרונה לאור, הציב עצמו באופוזיציה למודל. אופוזיציונר אחר הוא סטיבן הוקינג, פיזיקאי העוסק בעיקר בתורת היחסות הכללית ומחבר הספר "קיצור תולדות הזמן". הוקינג הציע לפני תחילתו של ניסוי במאיץ אנרגטי שנערך לפני כעשור להתערב עם כל מי שיחפוץ שבוזון היגס לא ימצא. החלקיק לא נמצא באותו ניסוי, והוקינג חידש את הצעתו גם לפני הניסוי הנוכחי. קיימת אופוזיציה אחרת לממסד הפיזיקלי, השוללת פיתוחים הנמצאים מעבר למודל הסטנדרטי. פיטר וויט, הוציא בשנת 2006 ספר הנושא שם משעשע "Not Even Wrong – the failure of String Theory". ספר זה זכה לתגובות הזדהות של פיזיקאים החשים שהאקדמיה מונעת חופש מחשבה. ספר המציג גישה דומה יצא באותה שנה על ידי פיזיקאי תיאורטי אחר, לי סמולין, ונושא את השם "The Trouble with Physics".

נראה שלאופוזיציה יש על מה להתבסס. לא רק שקיימות לטענתם סתירות מתמטיות במשוואות שעליהן מבוסס המודל. בנוסף, ממצאים נסיוניים רבים סותרים תאוריה זאת או שאינם מוסברים על ידה.

הכל סגור?
על מנת שתאוריה תהיה נכונה מדעית, לא מספיק שתהיינה לה הצלחות ניסיוניות. אסור שיהיה לה אף כישלון מהותי. באופן מפתיע, הבעיות קיימות, אך אינן מטרידות כמעט אף אחד. למעשה הן אינן מופיעות בספרי הלימוד, ובכך נידונות לתהום הנשייה, ונוצרת אשליה שהתאוריה סגורה ומדוייקת. אפילו פיזיקאים מהשורה הראשונה לא מודעים לבעיות אלו. הנה למשל, אומר ג'רארד ט'הופט, חתן פרס נובל, ש"אנו רוצים כבר למצוא את בוזון היגס וכולנו מאמינים שהוא קיים". ואילו חתן פרס נובל אחר – מרטינוס ולטמן – הביע בשנת 2008 דאגה מכך שאחרי שיימצא בוזון היגס בניסוי ב-LHC עלול ענף החלקיקים האלמנטריים להגיע לסוף דרכו, משום שאז נדע הכל על חלקיקי החומר ולא יהיה צורך לחקור יותר. אולם כאשר נשאל ולטמן על ידי קרלו רובייה, אף הוא חתן פרס נובל, האם יהיה מוכן להחזיר את הפרס במקרה שלא ימצא בוזון היגס, התחמק ולטמן בהלצה: "מצטער, כבר ביזבזתי את כולו".

האם בתוככי ליבם יודעים פיזיקאים אלה שהתורה המרכזית בתחומם עומדת על כרעי תרנגולת? לפני כעשר שנים מצאה התרסתו של סטפן הוקינג, אשר הציע להתערב שבוזון היגס "האלוהי" לא ימצא, רק אדם אחד שהסכים להרים את הכפפה. זה מעורר תמיהה. הרי אילו היה בוזון היגס מבוסס על תורה פיזיקלית מסודרת, כמו למשל תורת היחסות הפרטית או תורת הקוואנטים, היו נמצאים לא מעט סטודנטים שהיו עטים על המציאה "ועושים קופה" על חשבונו של תמהוני. יתכן כי ההענות הדלה להתרסתו של הוקינג מעידה על ספקות משמעותיים המקננים בליבם של פיזיקאים לגבי נכונותו של המודל.

רגע ההכרעה מתקרב
ליד העיר השוויצרית ז'נבה, הקימה CERN מאיץ חלקיקים בהיקף של כ-27 קילומטר ובעומק של 50-175 מטרים מתחת פני הקרקע. חלקים ממסלול המאיץ מקוררים לטמפרטורה של 1.9 מעלות מעל האפס המוחלט. טמפרטורה זו הופכת הליום לסופר נוזל. הטמפרטורה הנמוכה מאפשרת סופר-מוליכות חשמלית ובאמצעותה את יצירתם של שדות מגנטיים חזקים מאד. שדות אלה מאלצים פרוטונים אנרגטיים מאד לנוע במסלול מעגלי סגור. כל זאת במטרה לצפות בהתנגשות פרוטונים בעלי אנרגיות שהן גדולות כמעט פי 10 מכל ניסוי שנערך בעבר במאיצי חלקיקים. מיליארדים הושקעו בפרוייקט. בסוף 2008 החל הניסוי אולם אחד המכשירים קרס והניסוי הופסק כבר בתחילתו. מאז הוכנסו למתקן שיפורים טכנולוגים ובימים אלו הוא מתחיל שוב בפעולה. מצדדי המודל הסטנדרטי בטוחים כי בניסוי זה יתגלה בוזון היגס, אשר בלעדיו עתיד המודל ללכת לעולמו.

לקומאי יש שתי תחזיות הקשורות לניסוי, שתיהן עומדות בניגוד גמור למודל הסטנדרטי. האחת, כמובן, שבוזון היגס אמיתי לא יתגלה. התחזית השנייה קשורה לתיאוריה החלופית שפיתח. מבחינתו של קומאי, התוצאות שהוא חוזה תהוונה סתירות חדשות למודלים הקיימים, שאמורים היו, לדעתו, להיזנח מזמן. הפעם הרבה עיניים נשואות למאיץ הפרוטונים הגדול בעולם, ואת התוצאות יהיה קשה לטאטא מתחת לשטיח. בקרוב נדע, האם נמצא בוזון היגס החמקמק, ואנו יודעים הכל על מבנה החומר כפי שהתבטא מרטינוס ולטמן, או שיסתבר שהמסע להבנת החומר דורש כווני חשיבה חדשים.

ועוד סיפור קטן
לפני כשנתיים, מעט לפני הפתיחה הקודמת של הניסוי במאיץ החלקיקים, אמר קומאי לקולגה שלו, שאם יימצא בוזון היגס אמיתי, הוא מתחייב לפרוש מעיסוק בפיזיקה לצמיתות. לאחר מכן שאלתי אותו מה הסיכוי שהוא טועה, שכולם בכל זאת צודקים, ואכן החלקיק קיים. מייד אמר: אחד לעשרת אלפים. ולאחר הרהור הוסיף – לא עניתי שהסיכוי הוא אפס, פשוט כדי לא להישמע שחצן.

[1] Dirac P A M 1978 Mathematical Foundations of Quantum Theory Ed Marlow A R (New York: Academic). See pages 3 and 4.

מודעות פרסומת

פעולות

Information

7 responses

18 01 2010
יורם

אינפורמטיבי, ברור, מעורר מחשבה – כתוב מצוין. הערה אחת: אני חושב שלא כל מסלול החלקיקים בצרן מקורר אלא רק המגנטים העל-מוליכים.

30 01 2010
עפר קומאי

תודה. אי הדיוק תוקן.

20 01 2010
עודד

האם יש דרך להסביר את טענותיו של קומאי להדיוטות כמוני?
זה מסקרן מאד.

20 01 2010
עפר קומאי

אני עובד עכשיו על כתבה אחת (או שתיים, אם ייצא ארוך מידי) שאמורה להסביר להדיוטות כמונו מה אומר המודל הסטנדרטי ולמה אנשים אומרים שהוא "מוכח". מקווה שבשבוע הבא לפחות חצי יהיה מוכן.

24 01 2010
אנטילופה

מחכה למאמר שיסביר את המודל של אביך.

25 01 2010
עפר קומאי

באמצע השבוע יצא החלק הראשון ומקווה שבשבוע הבא המודל עצמו.

13 10 2010
אור

אני תלמיד פיזיקה ובלי קשר למאמר הזה אמרתי למורה לפיזיקה שלי שאין בוזון היגס- כי לי יש תיאורייה משלי תיאוריה אמיתי. ואפילו לא ידעתי שיש כאלו שחושבים שלא באמת נמצא אותו.
אני שמח שכיוונתי לדעות גדולים ממני- ומקווה אם כל הצער שבדבר שאני צודק.

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s




%d בלוגרים אהבו את זה: