בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו
 

טרם ביצעת אימות לכתובת הדוא"ל שלך. לאימות כתובת הדואל שלך  לחצו כאן

לקרוא ללא הגבלה, רק עם מינוי דיגיטלי בהארץ  

רשימת קריאה

רשימת הקריאה מאפשרת לך לשמור כתבות ולקרוא אותן במועד מאוחר יותר באתר,במובייל או באפליקציה.

לחיצה על כפתור "שמור", בתחילת הכתבה תוסיף את הכתבה לרשימת הקריאה שלך.
לחיצה על "הסר" תסיר את הכתבה מרשימת הקריאה.

אחרי גילוי החלקיק האלוהי: החל הקרב על הנובל

כללי הפרס לא מתירים להעניקו ליותר משלושה אנשים. בגילוי החלקיק הדומה בתכונותיו לבוזון-היגס לקחו חלק אלפי מדענים בנוסף לתיאורטיקאים שחזו אותו לפני 40 שנה. בשטוקהולם מנסים כעת לפתור את הבעיה

50תגובות

ב-9 באוקטובר, בוקר יום שלישי, יקבל מדען אחד, אולי שניים או שלושה, בשורה מרגשת. בשיחת טלפון קצרה משטוקהולם ייוודע לחוקרים כי זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2012. ועדת הפרס אמורה לקבל את ההחלטה הרשמית על זהות הזוכים בימים אלה ממש, לאחר סדרה ארוכה של ישיבות בחודשים האחרונים, אבל משיחות עם פיזיקאים המעורים בתהליך, נראה שהפור נפל כבר באמצע אוגוסט.

ייתכן שבדרך להחלטה חלה תפנית חדה ב-4 ביולי. באותו יום הודיעו מדענים העובדים במאיץ החלקיקים הגדול בשווייץ כי גילו חלקיק חדש, שתכונותיו תואמות את חלקיק ההיגס, למעלה מ-40 שנה לאחר שתיאורטיקאים חזו את קיומו.

התגלית ההיסטורית עשויה להיות אחת החתיכות האחרונות החסרות להשלמת הפאזל של המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים - מערך התיאוריות המתארות את כוחות הטבע ואת חלקיקי היסוד שמהם מורכב החומר ביקום. היא גם עשויה להוביל את המדענים אל מעבר למודל הסטנדרטי. אף על פי שזהו המודל המאושש והמוצק ביותר בתולדות המדע, הוא מותיר בעיות מהותיות רבות המעסיקות את המדענים.

ההשלכות התיאורטיות של הגילוי תלויות בתכונותיו של החלקיק הבלתי מוכר, ועדיין מוקדם מעט לדבר עליהן. מרבית החוקרים מעריכים שהחלקיק שדבר גילויו פורסם ב-4 ביולי הוא אכן חלקיק ההיגס או חלקיק אחר המשמש בתפקיד דומה במארג הפיזיקלי בכך שיש לו קשר למנגנון המקנה מסה לשאר החלקיקים. עד שתינתן תשובה סופית לסוגיה הזאת ממתינה לפיזיקאים ב-CERN, המרכז האירופי לחקר הגרעין שבו פועל המאיץ, עבודה רבה לקביעת התכונות המפורטות של החלקיק החדש.

אי-פי

יש מדענים, ובהם הפיזיקאי פרופ' ירון עוז, דיקן הפקולטה למדעים מדויקים באוניברסיטת תל אביב, הטוענים שבשל האי-ודאות בכל הנוגע לזהות החלקיק לא יוענק השנה פרס נובל בפיזיקה בהקשר של ההיגס. "קשה להאמין שזה יקרה, זה כמעט על גבול הבלתי אפשרי", אומר פרופ' עוז. "יודעים שיש שם חלקיק ונראה שיש לו תכונות דומות להיגס, אבל יש עוד שאלות שצריך לענות עליהן. עכשיו עדיין מוקדם מדי".

לעומתו הפיזיקאי פרופ' עילם גרוס ממכון ויצמן למדע, רכז החיפושים אחר ההיגס בקבוצת ATLAS, אחת משתי הקבוצות שגילו את החלקיק, מאמין שההיגס יעמוד במרכז הפרס השנה. "אין לי ספק בכך", הוא אומר.

אין הבטחה שדווקא השנה יוענק פרס הקשור בהיגס, בין אם הפרס על גילוי החלקיק יוענק השנה או בשנים הבאות, נראה כי שתי קבוצות מועמדות לקבל פרס נובל על ההישג: התיאורטיקאים שחזו את קיומו של החלקיק והניסיונאים שגילו אותו. בכל הנוגע לניסיונאים, ועדת הפרס ניצבת לפני בעיה לא פשוטה. יותר מ-6,000 מדענים משתתפים בקבוצות המחקר הפועלות בשני גלאי המאיץ, ATLAS ו-CMS, שאחראיות לתגלית. כללי פרס נובל קובעים, עם זאת, שאפשר להעניק אותו רק לשלושה אנשים. אלפרד נובל לא חי בעידן שבו פעלו קבוצות מחקר המונות מאות ואלפי מדענים, ומטבע הדברים צוואתו לא התייחסה לאפשרות כזאת.

לכאורה יש תקדים של הענקת פרס נובל לדמויות בולטות בקבוצות ניסוי גדולות. ב-1984 זכו בפרס נובל בפיזיקה קרלו רוביה וסימון ואן דר מיר. הפרס ניתן להם על תרומתם המכרעת לגילוי שלושה חלקיקים שהם מרכזיים שהם חלק מהמודל הסטנדרטי. גם הם פעלו בצוות של מאות מדענים במאיץ החלקיקים בשווייץ. אבל לדברי הפיזיקאי פרופ' אליעזר רבינוביץ, ראש המכון ללימודים מתקדמים באוניברסיטה העברית, שמשמש איש קשר של ישראל עם CERN, שני חתני הפרס האלה הובילו לבדם לפריצות דרך בקנה מידה שאי אפשר לייחס ליחידים בקבוצות המחקר הפועלות כיום. "קשה מאוד לבודד שמות של אחד, שניים או שלושה אנשים משתי הקבוצות, שראויים לפרס יותר מהאחרים", הוא אומר. גרוס מוסיף, "זה לא יהיה מקובל על אנשים".

שלושה מובילים

יש מי שמקווים שבניגוד לנהוג עד כה, חברי ועדת הפרס בחנו את האפשרות להעניק את הנובל גם לשתי קבוצות המחקר של גלאי המאיץ או ל-CERN. "אני לא מהמר על זה, כי ועדת הפרס שמרנית מאוד", אומר רבינוביץ, "אבל מי יודע, הוועדה גם יודעת להפתיע. זאת אחת האופציות שעומדות בפניה".

"עשיתי חשבון שאם CERN תקבל פרס נובל, חלקי בעסק יהיה מאה דולר", אומר בנימה משועשעת פרופ' אהוד דוכובני, פיזיקאי ממכון ויצמן למדע, שהשתתף בקבוצת הגלאי ATLAS. דוכובני סבור שיש מקום לשני פרסים, אחד לתיאורטיקאים ואחד ל-CERN.

בסופו של דבר, סביר להניח שהתיאורטיקאים הם שיזכו בפרס נובל בהקשר של גילוי ההיגס. אבל לוועדת הפרס צפויה תסבוכת פוליטית קטנה גם בחזית התיאורטית. ב-1964, שישה מדענים שונים שעבדו בשלוש קבוצות שונות פירסמו בזה אחר זה, בנפרד, שלושה מאמרים המניחים את התשתית התיאורטית למנגנון הענקת המסה לחלקיקי היסוד. גם אלו שלא היו הראשונים שפירסמו את פרי עבודתם טוענים כי עבדו באופן בלתי תלוי באחרים. אבל כאמור, רק שלושה יכולים לזכות בפרס.

אי-פי

את המאמר הראשון פירסמו פרנסואה אנגלרט הבלגי ורוברט בראוט האמריקאי-הבלגי. מיד אחריהם פירסם פיטר היגס הבריטי את מאמרו. בשני המאמרים תואר מנגנון המסביר כיצד חלקיקים מקבלים את המסה שלהם במסגרת המודל הסטנדרטי. בשנה שעברה מת בראוט, וכך נותרו אנגלרט והיגס מועמדים מובילים לנובל.

ישנם כמה חוקרים המקווים להפוך גם הם לחתני הפרס, ביניהם מתבלטים קרל הייגן וג'רלד גורלניק האמריקאים ותום קיבל הבריטי. שלושתם אומרים שהגיעו לממצאים דומים לאלו של היגס, בראוט ואנגלרט באופן בלתי תלוי, אך שלחו את מאמרם באיחור של ימים ספורים; רגע לפני ששלחו את מאמרם בדואר, סיפר גרוס בהרצאה באוניברסיטה העברית, הגיע לידיהם המאמר של היגס. עם זאת, בעולם פרסי המדע יש תקדימים שיכולים לעמוד לזכות השלושה. גרוס מזכיר כי שישה חוקרים זכו בפרס סקוראי לפיזיקה ב-2010: בראוט, אנגלרט והיגס לצד הייגן, גורלניק וקיבל. פרס וולף, שנחשב מבשר של פרס נובל, הוענק רק לשלישייה הראשונה. "אם צריך לתת נובל רק לשלושה חוקרים, אנגלרט והיגס צריכים לקבל אותו, כי קיבל, גורלניק והייגן שלחו באיחור", מסכם גרוס.

בין הטוענים לכתר נמצא גם הפיזיקאי האמריקאי פיליפ אנדרסון, שכבר זכה בפרס נובל. אנדרסון היה אחד המדענים הראשונים שהעלו את אפשרות קיומו של מנגנון שבאמצעותו מקבלים חלקיקים מסה. עם זאת, הוא לא פיתח תיאוריה מלאה המסבירה אפשרות זאת.

למרות התחרות, אנגלרט והיגס הם המועמדים המרכזיים לזכייה בנובל על תיאור מנגנון הענקת המסה הקשור בחלקיק ההיגס. כדי להבין מדוע יש לחזור לשנות ה-50 וה-60 של המאה הקודמת ולבעיות שעמן התמודדו הפיזיקאים באותם עשורים.

שלושה חלקיקים חדשים

לפי התיאוריה הרווחת בפיזיקה, את כוחות היסוד נושאים חלקיקים, שמשמשים שליחים של הכוחות. הכוח האלקטרומגנטי, למשל, נישא על ידי הפוטון, חלקיק האור. הכוח הגרעיני החלש, שהוא הכוח הרלוונטי לענייננו, נישא על ידי שלושה חלקיקים שונים.

הכוח החלש הוא כוח קצר טווח. בניגוד לכוחות ארוכי הטווח - הכוח האלקטרומגנטי וכוח הכבידה - כוח קצר טווח אינו יכול להשפיע על עצמים מרוחקים. הנקודה החשובה לעניין חלקיק ההיגס היא, שכוחות ארוכי טווח נישאים על ידי חלקיקים חסרי מסה, כמו הפוטון, בעוד שנשאי הכוחות קצרי הטווח הם חלקיקים בעלי מסה.

בסוף שנות ה-50 ניסו מדענים לנסח משוואות המתארות את הכוח החלש, אבל הגיעו למבוי סתום. מכיוון שהכוח הגרעיני החלש הוא קצר טווח, החלקיק הנושא אותו חייב להיות בעל מסה. מצד שני, החוקרים גילו שהמשוואות אינן מאפשרות שלחלקיק כזה תהיה מסה. "אפשרות אחת שהעלו הפיזיקאים באותו זמן היתה, שהמשוואות שלהם לתיאור הכוח הגרעיני החלש פשוט אינן נכונות", אומר רבינוביץ. "אבל היה קשה לקבל את זה, כי היו למשוואות האלה הצלחות לא קטנות".

הראשונים שפירסמו מאמר שנגע לבעיה הזאת היו אנגלרט ובראוט. לדברי רבינוביץ, במאמר שפורסם ב-1964 החוקרים לא דנו ישירות בבעיית הכוח החלש, אלא בבעיה היפותטית אחרת, שדמתה להפליא לבעיה הממשית. כך או אחרת, הוא אומר, "הם הצליחו לפתור את הבעיה".

כדי שחלקיק מהסוג שהחוקרים ניסו לתאר יוכל לקבל מסה, בראוט ואנגלרט (ומאוחר יותר היגס) נדרשו להניח את קיומם של שלושה חלקיקים חדשים. כאשר הפתרון ההיפותטי שהציעו החוקרים יושם לבעיה הממשית, פיזיקאים גילו שכל אחד מהחלקיקים האלה יכול "לשרת" באופן דומה גם את שלושת נשאי הכוח הגרעיני החלש ולפתור את הבעיה התיאורטית העיקשת: כאשר שלושת החלקיקים החדשים האלה, המכונים חלקיקי גולדסטון-בוזון, מקיימים אינטראקציה עם נשאי הכוח הגרעיני החלש, נשאי הכוחות האלה מקבלים מסה.

אף אחד משלושת החלקיקים האלה אינו החלקיק שאחריו חיפשו עד לא מזמן מדעני המאיץ בשווייץ. "החידוש בעבודתו של היגס היה שאם מניחים את קיומם של שלושת חלקיקי הגולדסטון-בוזון, חייבים להניח את קיומו של חלקיק נוסף", מסביר רבינוביץ. זהו חלקיק הבוזון היגס.

ומה תפקידו של הבוזון היגס, הבוזון הרביעי? פיזיקאים גילו שבנוסף לשלושת הבוזונים הראשונים, הבוזון-היגס משחק תפקיד מפתח במארג הקוסמי: הוא מעניק מסה לאלקטרון ולחלקיקים המרכיבים את הפרוטון והניוטרון (הקווארקים). באופן זה מעניק לנו ההיגס את החיים כפי שאנו מכירים אותם, אומר רבינוביץ. הגילוי סיפק לפיזיקאים אישוש תיאורטי חזק לכך שהמנגנון שהציעו אנגלרט, בראוט והיגס מתאים לתיאור הכוח החלש.

עד 4 ביולי 2012 היה ידוע על קיומם של שלושת הבוזונים הראשונים מתוך הארבעה. באותו יום נודע לעולם שהתגלה חלקיק הדומה בתכונותיו לבוזון היגס. "מדהים שחלקיק אחד כמו ההיגס יכול לתת מסה לכל כך הרבה חלקיקים שונים. זה חסכוני בצורה מעוררת התפעלות", אומר רבינוביץ. עם זאת, לדבריו ייתכן שיתברר כי קיימים חלקיקים נוספים שימלאו תפקיד דומה לזה שממלא ההיגס. "תגלית כזאת רק תשמח את התיאורטיקאים, שמייחלים בכל לבם שיהיה משהו מעבר למודל הסטנדרטי", אומר רבינוביץ.

הוא מוסיף כי לדעתו שלושת החוקרים היו ראויים לפרס נובל שנים רבות, בלי קשר לגילוי האחרון, מכיוון שמבחינות רבות קיומו של מכניזם היגס, גם אם בגרסה שונה מזו שהם הציעו, כבר אושש באמצעות התאמות לתיאוריות אחרות וגילוים של שלושת חלקיקי הבוזון הראשונים. לדבריו, הפרס לא הוענק עד כה לשלושת החוקרים מפני ש"לפי ניסיון העבר, הוועדה לא אוהבת לחזור ולתת פרסים על אבחנות שקשורות לאותה תופעת טבע". התופעה שבה מדובר במקרה זה היא הכוח הגרעיני החלש. פרסי נובל הקשורים לכוח החלש הוענקו כבר ב-1979, 1984 ו-1999. רבינוביץ מוסיף כי גילוי החלקיק החדש, גם אם לא ברור אם זהו בדיוק החלקיק שאת קיומו חזה פיטר היגס, עשוי להקל על הוועדה להעניק את הפרס לאנגלרט ולהיגס. אחרי שהיגס, בן 83, ואנגלרט, בן 79, נאלצו לחכות זמן רב לנובל, אולי כעת, עם גילוי החלקיק החדש, הגיע זמנם.

פרופ' דוכובני מסכם את הסנטימנט הרווח בקרב המדענים: "זה די מדהים שלפני ארבעים ומשהו שנה ישב אדם ליד שולחן, חישב ואמר - צריך להיות חלקיק, ואחרי ארבעים ומשהו שנה, עשרה מיליארד דולר ועבודה של 10,000 איש אנחנו מוכיחים שהוא קיים".



תגובות

דלג על התגובות

בשליחת תגובה זו הנני מצהיר שאני מסכים/מסכימה עם תנאי השימוש של אתר הארץ

סדר את התגובות
*#
בואו לגלות את עמוד הכתבה החדש שלנו