Το καλοκαίρι του 1964, ένας νεαρός θεωρητικός φυσικός πεδίων γράφει ένα σύντομο άρθρο στο έγκυρο ευρωπαϊκό περιοδικό Physics Letters, ο σχετικός επιστημονικός κριτής του οποίου εκείνο τον καιρό έδρευε στο Cern. Το άρθρο είναι συντομότατο (μια σελίδα Α4) και παρουσιάζει το πάντρεμα δυο θεωριών που, την εποχή εκείνη, απασχολούσαν τη φυσική. Το πάντρεμα αυτό καταλήγει στην περιγραφή ενός μηχανισμού που πρόκειται να γίνει διάσημος.
Το άρθρο απορρίπτεται.
Έτσι ξεκινάει μια μακρά περίοδος αλληλεξάρτησης της θεωρίας αυτής (που δεν δημοσιεύτηκε στο Physics Letters) και του Cern. Ο νεαρός φυσικός ακούει στο όνομα Πίτερ Χιγκς (Peter Ηiggs), είναι Εγγλέζος και γίνεται καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. Σαράντα οκτώ χρόνια αργότερα, στις 4 Ιουλίου 2012, σε μια πανηγυρική συνεδρίαση στο Cern, δίνονται τα προκαταρκτικά αποτελέσματα της ανάλυσης των γεγονότων που συγκεντρώθηκαν στον μεγάλο αδρονικό επιταχυντή LHC, τα οποία επιβεβαιώνουν τη θεωρία του Χιγκς. Ο ίδιος ακούει, εμφανώς χαρούμενος, από την τρίτη σειρά, στην άκρη του αμφιθεάτρου. Είναι 83 χρόνων.
Ας γυρίσουμε όμως λίγο στο 1964. Η Θεωρία του Καθιερωμένου Προτύπου βρισκόταν, ας μας επιτραπεί η έκφραση, στα γεννοφάσκια της και πολύ λίγα από τα θεμελιώδη σωματίδια που ξέρουμε σήμερα ήσαν τότε γνωστά. Ακόμα και ο όρος Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) εμφανίστηκε αργότερα, για να αγκαλιάσει όλες τις επί μέρους θεωρίες που απαρτίζουν το σύστημα εξισώσεων το οποίο εξηγεί τον κόσμο όπως τον καταλαβαίνουμε σήμερα. Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες ούτε θα προσπαθήσω να δώσω μια ακριβή ιστορική αναδρομή. Το επάγγελμα του θεωρητικού φυσικού είναι δύσκολο και μοναχικό. Προσπαθεί να υπολογίσει δυνητικά μετρούμενες ποσότητες αλλά χειρότερος αντίπαλός του είναι οι πειρασμοί που παραμονεύουν παντού στις εξισώσεις του, ενίοτε και η πρόβλεψη σωματιδίων με περίεργες ιδιότητες.
Στις αρχές τις δεκαετίας του 1960, ένας άλλος θεωρητικός φυσικός, ο Γιοϊσίρο Νάμπου (Yoichiro Νambu) από την Αμερική, είχε εφεύρει το μηχανισμό της αυθόρμητης ρήξης συμμετρίας που σήμερα αποδεικνύεται ιδιαίτερα χρήσιμος στην κατανόηση της θεωρίας. Ταυτόχρονα, όμως, ο Τζέφρυ Γκολντστόουν (Jeffrey Goldstone) εξέθεσε και απέδειξε ένα θεώρημα που είχε καταστροφικές συνέπειες για αυτή τη θεωρία (:προέβλεπε σωμάτια που θα έπρεπε ήδη να είχαν ανακαλυφθεί). Στις ζυμώσεις που μοιραία ακολούθησαν, ο Πίτερ Χιγκς αντελήφθη ότι τα αξιώματα που χρησιμοποίησε ο Γκολντστόουν για να αποδείξει τη θεωρία του δεν ισχύουν στην περίπτωση της κβαντικής θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού. Ωστόσο, μαζί με άλλους συναδέλφους του, ανεξάρτητα, αντιλαμβάνεται πως μπορεί να παντρέψει το μηχανισμό της αυθόρμητης ρήξης συμμετρίας με την κβαντική ηλεκτροδυναμική (δηλαδή τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού) και έτσι να δώσει λύση στο μυστήριο που περιγράφει η ερώτηση: «γιατί μερικά σωματίδια της θεωρίας είναι βαριά ενώ άλλα δεν έχουν καθόλου μάζα;» – ένα πανταχού παρόν πεδίο, το πεδίο του Χιγκς, μέσα από τον μηχανισμό της αυθόρμητης ρήξης συμμετρίας, δίνει μάζα επιλεκτικά σε ορισμένα σωματίδια.
Μάζα στα πράγματα
Πριν συνεχίσετε την ανάγνωση, υπάρχει μια γλαφυρή εξήγηση του μηχανισμού που την οφείλουμε στον εγγλέζο φυσικό Ντέιβιντ Μίλλερ (David Miller) τη δεκαετία του 1990. Το 1993, όταν η κυβέρνηση της Βρετανίας έπρεπε να αποφασίσει εάν θα συμμετάσχει ή όχι το Ηνωμένο Βασίλειο στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, ο τότε υπουργός επιστημών Ουίλλιαμ Ουέλντγκρεϊβ προκάλεσε τους φυσικούς σωματιδίων να του εξηγήσουν με απλά λόγια πώς το μποζόνιο Χιγκς δίνει μάζα στα πράγματα. Πολλοί φυσικοί απάντησαν, αλλά η πιο πολυσυζητημένη από τις βραβευμένες συμμετοχές προήλθε από τον καθηγητή Ντέιβιντ Μίλλερ του UCL.
Λέει λοιπόν ο Μίλλερ για τον μηχανισμό του Χιγκς: Φανταστείτε ένα κοκτέιλ πάρτι του κόμματος των Συντηρητικών στη Βρετανία, τα στελέχη του οποίου κατανέμονται ομοιόμορφα σε ένα μεγάλο δωμάτιο όπου όλοι συνομιλούν με τους διπλανούς τους. Η πρώην πρωθυπουργός, η Σιδηρά Κυρία Μάργκαρετ Θάτσερ, μπαίνει στο δωμάτιο και προσπαθεί να το διασχίσει. Οι κομματικοί συνδαιτυμόνες που είναι πιο κοντά της την πλησιάζουν για να της σφίξουν το χέρι, να δηλώσουν την παρουσία τους, να της κάνουν μια φιλοφρόνηση. Καθώς κινείται προσελκύει τους ανθρώπους που βρίσκονται κοντά της, ενώ αυτοί τους οποίους έχει αφήσει πίσω γυρίζουν στην προηγούμενη θέση τους. Λόγω του πλήθους των πάντα συγκεντρωμένων γύρω της, η Θάτσερ φαίνεται να αποκτά μεγαλύτερη μάζα από τη μάζα που η ίδια έχει, με άλλα λόγια έχει μεγαλύτερη ορμή για την ίδια ταχύτητα μέσα στο δωμάτιο σε σχέση με την ορμή που είχε έξω από αυτό. Αν ξεκινήσει, είναι πιο δύσκολο να σταματήσει, και μόλις σταματήσει είναι πιο δύσκολο να αρχίσει να κινείται ξανά. Σε αντιδιαστολή, ένας άγνωστος πολιτικός μπορεί να περάσει το δωμάτιο χωρίς να τον αναγνωρίσει κανένας, άρα φαινομενικά σαν να μην έχει καθόλου μάζα. Σε τρεις διαστάσεις, και με τις επιπλοκές της θεωρίας της σχετικότητας, αυτός είναι ο μηχανισμός του Χιγκς.
Σε αυτή την αναλογία, όμως, ποιο είναι το σωματίδιο του Χιγκς; Συνεχίζει ο Μίλλερ:
Σκεφτείτε τη διάδοση μιας φήμης μέσα στο δωμάτιο. Εκείνοι που βρίσκονται κοντά στην πόρτα τη μαθαίνουν πρώτοι. Στη συνέχεια, κάνουν «πηγαδάκι» για να αφομοιώσουν τις λεπτομέρειες, γυρίζοντας στους διπλανούς τους για να τους πληροφορήσουν επίσης. Το «πηγαδάκι» αυτό μοιάζει να λειτουργεί όμοια με το «πηγαδάκι» που είχε σχηματιστεί πέριξ της Θάτσερ, μόνο που σε αυτή την περίπτωση το συναποτελούν μόνο οι συνδαιτυμόνες του πάρτι. Το μποζόνιο Χιγκς αναμένεται να είναι ακριβώς μια τέτοια ομαδοποίηση του πεδίου Χιγκς.
Ο Μίλλερ καταλήγει ότι θα το βρούμε πιο εύκολα αν πιστέψουμε ότι το πεδίο υφίσταται – και ότι ο μηχανισμός για την παροχή μάζας σε άλλα σωματίδια είναι ο σωστός, αν παρατηρήσουμε το ίδιο το σωματίδιο Χιγκς.
Αλλά ας επιστρέψομε στο 1964.
Μετά την απόρριψη του άρθρου του, ο Πίτερ Χιγκς δεν μένει αδρανής. Γράφει ακόμα μια παράγραφο στην οποία εξηγεί ότι η θεωρία του πλέον αποκτά μια μετρήσιμη πρόβλεψη: αν είναι σωστή, τότε υπάρχει σωματίδιο με συγκριμένες ιδιότητες, το σωματίδιο Χιγκς, το οποίο αν ανακαλυφθεί επιβεβαιώνει τη θεωρία. Ξαναπροσπαθεί να δημοσιεύσει το άρθρο του, αυτή τη φορά στο αντίστοιχο αμερικανικό περιοδικό Physical Review Letters. Το άρθρο γίνεται αποδεκτό χωρίς προβλήματα και δημοσιεύεται τον Οκτώβριο του 1964. Αργότερα, ο Πίτερ Χιγκς συναντάει τον Γιοϊσίρο Νάμπου, ο οποίος του εκμυστηρεύεται πως ήταν ο επιστημονικός κριτής του Physical Review Letters. Αναρωτιέμαι αν έμαθε ποτέ ποιος ήταν ο κριτής του Physics Letters και τι θα του έλεγε στις 4 Ιουλίου 2012.
Όπως και να ’χει, δεν πρέπει να ξεχνάμε πως, όπως αναφέραμε, ο Πίτερ Χιγκς δεν ήταν μόνος στην επεξεργασία αυτής της θεωρίας. Και άλλοι φυσικοί δούλευαν ανεξάρτητα πάνω στο ίδιο θέμα. Όλοι, μάλιστα, δημοσίευσαν τη δουλειά τους με διαφορά μερικών μηνών μόνο στο Physical Review Letters: οι φυσικοί αυτοί ήταν o Robert Brout με τον François Englert και οi Gerald Guralnik, C. Richard Hagen και Tom Kibble (τον οποίο είχα την τύχη να έχω καθηγητή στο πανεπιστήμιο).
Ας περάσουμε τώρα λίγο στην πειραματική φυσική. Η δουλειά του πειραματικού φυσικού είναι επίσης δύσκολη. Έχει να αντιμετωπίσει, εκτός από τους διάφορους φορείς χρηματοδότησης, και τους ανελέητους νόμους της στατιστικής: ψάχνει στα δεδομένα του για τη χαρακτηριστική υπογραφή της διεργασίας που μελετά, αλλά ξέρει πολύ καλά ότι υπάρχουν μυριάδες άλλες διεργασίες που μπορούν να μιμηθούν τη χαρακτηριστική αυτή υπογραφή. Πάντως, αναλύσεις στατιστικής μορφής είναι δυνατόν να μειώσουν την πιθανότητα λάθους σε χαμηλά επίπεδα. Απόλυτη σιγουριά δεν υπάρχει πουθενά, πόσο μάλλον στηn ανάλυση της φυσικής, όπου έχει επικρατήσει η εξής σύμβαση: για να θεωρηθεί μια στατιστική ένδειξη ως ανακάλυψη, πρέπει η πιθανότητα λάθους να είναι μικρότερη από μία στο εκατομμύριο (η σε τεχνικούς όρους 5σ, αν αυτό σας λέει κάτι). Όταν αυτό το μαγικό σημείο έχει ξεπεραστεί, τότε μπορεί κάποιος ή, πιο συνηθισμένα, μια ομάδα, να διεκδικήσει μια ανακάλυψη και, ως εκ τούτου, μια θέση στην ιστορία της επιστήμης.
Ψάχνοντας το σωματίδιο Χιγκς
Από το 1964 και μετά, κάθε καινούργιο μηχάνημα που έμπαινε σε λειτουργία έψαχνε για αυτό το σωματίδιο Χιγκς. Βλέπετε, η θεωρία μπορούσε να προβλέψει όλες τις ιδιότητες του σωματιδίου (π.χ., σε τι σωματίδια διασπάται και με ποια πιθανότητα), εκτός από μία: τη μάζα του (ειρωνικό θα λέγαμε για το σωματίδιο το υπεύθυνο για τον μηχανισμό της μάζας σε όλα τα άλλα σωματίδια). Και κάθε καινούργια μηχανή είχε ένα συγκριμένο εύρος μάζας μέσα στο οποίο θα μπορούσε να το ανακαλύψει.
Εδώ ίσως πρέπει να κάνουμε μια παρένθεση και να εξηγήσουμε λίγο τι είναι αυτά τα μηχανήματα, πώς δημιουργούν και πώς ανιχνεύουν αυτά τα σωματίδια. Οι νόμοι της φύσης υπάρχουν σε κάθε σημείο του χώρου, σε αυτό που στη φυσική ονομάζουμε κενό, από τη στιγμή που δημιουργήθηκε ο κόσμος – και είναι αναλλοίωτοι σε σχέση με το Χώρο και το Χρόνο. Η ενέργεια είναι το νόμισμα της φύσης. Και οι νόμοι της φύσης διευθετούν τη συμπεριφορά των διαφόρων σωματιδίων, την οποία συμπεριφορά επηρεάζει σημαντικά η διαθέσιμη ενέργεια. Αν ένα σωματίδιο έχει πολλαπλές δυνατότητες συμπεριφοράς, η φύση καθορίζει τις πιθανότητες να ακολουθηθούν οι διάφοροι εναλλακτικοί δρόμοι – η πιθανότητα αυτή θα αλλάζει ανάλογα με τη διατιθέμενη ενέργεια. Μην ξεχνάμε, βεβαίως, ότι η φύση μπορεί να ανταλλάξει ενέργεια με μάζα, με μια ισοτιμία (καθόλου συμφέρουσα) που έγινε γνωστή από την περίφημη εξίσωση E=mc 2 του Άλμπερτ Αϊνστάιν, από τις αρχές του προηγούμενου αιώνα.
Για να μπορέσουμε λοιπόν να δούμε αυτό που δυνητικά υπάρχει παντού γύρω μας, η πειραματική σωματιδιακή φυσική κάνει το εξής: δίνει ενέργεια στη φύση. Πώς; Επιταχύνει σωματίδια, μάλιστα σε μεγάλες ταχύτητες, δίνοντας τους υψηλές ποσότητες κινητικής ενέργειας, χάρη στην οποία, κατόπιν, τα σωματίδια αυτά θα συγκρουστούν με κάποιον ακίνητο στόχο ή με άλλα σωματίδια που έχουν επιταχυνθεί κατά αντίθετη φορά. Σε κάθε τέτοια σύγκρουση, η φύση κάνει τη δουλειά της – και οι φυσικοί παρατηρούν τα αποτελέσματα. Το πείραμα, λοιπόν, δεν είναι τίποτε άλλο από την παρατήρηση, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Και μη σας φανεί περίεργο ότι, εν γένει, όσο μεγαλύτερη ενέργεια υπάρχει διαθέσιμη, τόσο αυξάνουν οι πιθανότητες η φύση να δημιουργήσει ένα σπάνιο γεγονός. Άρα, τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται στη σωματιδιακή φυσική είναι είτε επιταχυντές που δίνουν μεγάλη κινητική ενέργεια σε σωματίδια τα οποία συγκρούονται είτε ανιχνευτές που παρατηρούν τη χαρακτηριστική υπογραφή την οποία ενδεχομένως έχουν αφήσει τα προϊόντα αυτής της σπονδής στη φύση. Και μια που πρώτα απαντώνται οι εύκολες ερωτήσεις, όσες παραμένουν αναπάντητες αφορούν όλο και πιο σπάνιες διεργασίες της φύσης, που για να διερευνηθούν χρειάζονται όλο και υψηλότερες ενέργειες (στις οποίες αυτές οι σπάνιες διεργασίες γίνονται λιγότερο σπάνιες).
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα: ο Τζ.Τζ. Τόμσον (J. J. Thomson), το 1894, χρειάστηκε έναν επιταχυντή 20 εκατοστών για να ανακαλύψει το ηλεκτρόνιο, ενώ για το σωματίδιο του Χιγκς κατασκευάστηκε ένας επιταχυντής 27 χιλιομέτρων. Η μηχανή του Τόμσον είχε, επίσης, και έναν ανιχνευτή στην ίδια συσκευασία, ενώ οι ανιχνευτές του LHC είναι μηχανήματα ακριβείας τεράστιων διαστάσεων (40 μέτρα μήκος και 25 μέτρα ύψος – σαν μια πολυκατοικία).
Μιλήσαμε λοιπόν για σπάνια γεγονότα. Πόσο σπάνιο είναι, όμως, το γεγονός της δημιουργίας ενός σωματιδίου Χιγκς; Το LHC, η μηχανή στην οποία τελικά το σωματίδιο ανακαλύφθηκε, περιέχει 1.232 τεράστιους μαγνήτες, 35 τόνων βάρους και 15 μέτρων μήκους, η δουλειά των οποίων είναι να κρατάνε τα σωματίδια που χρησιμοποιούνται για τη σύγκρουση (στην προκειμένη περίπτωση, πρωτόνια) σε τροχιά. Για να το καταφέρουν αυτό πρέπει να ψύχονται στους -271 βαθμούς Κελσίου. Τέτοιοι τερατώδεις μαγνήτες είναι απαραίτητοι γιατί η ενέργεια καθενός από τα πρωτόνια είναι πρωτόγνωρη: κάθε πρωτόνιο έχει την ίδια κινητική ενέργεια με ένα κουνούπι σε πλήρη εφόρμηση (παρ’ όλο που το κουνούπι απαρτίζεται όχι από ένα σωματίδιο, αλλά από ένα τρισεκατομμύριο δισεκατομμύρια σωματίδια). Όπως είπαμε, όσο περισσότερη ενέργεια έχουμε στη διάθεσή μας, τόσο πιο πολλά σπάνια σωματίδια σαν τα μποζόνια Χιγκς μπορούμε να δημιουργήσουμε.
Με την παρούσα τεχνολογία και με το τούνελ που διαθέτουμε, λίγα πράγματα μπορούμε να κάνουμε για περισσότερη ενέργεια. Yπάρχει όμως και κάτι άλλο που μπορούμε να κάνουμε για να μελετήσουμε μια σπάνια διεργασία: μπορούμε να αυξήσουμε τον αριθμό των συγκρούσεων, ούτως ώστε να αυξήσουμε τον αριθμό των γεγονότων. Στο LHC έχουμε περίπου ένα δισεκατομμύριο συγκρούσεις το δευτερόλεπτο αυτών των πολύ ενεργητικών πρωτονίων (που αντιπροσωπεύει τις δυνατότητες της παρούσης τεχνολογίας επιταχυντών). Πόσα σωματίδια Χιγκς περιμένουμε να καταγράψουμε από τις συγκρούσεις αυτές; Ένα δυο γεγονότα την ημέρα – μόλις. Ψάχνοντας για το σωματίδιο Χιγκς μέσα στις συγκρούσεις πρωτονίων του LHC δεν είναι σαν να ψάχνουμε για ψύλλο στα άχυρα, είναι σαν να ψάχνουμε για ψύλλο σε σιτοβολώνα γεμάτο θημωνιές. Το τελευταίο στάδιο για την ανακάλυψη του σωματιδίου Χιγκς είναι η ανίχνευσή του. Δυστυχώς, από τη στιγμή που θα δημιουργηθεί ως σπάνιο προϊόν μιας σύγκρουσης πρωτονίων, το Χιγκς ζει απειροελάχιστα, άρα εκ των πραγμάτων δεν μπορεί να ανιχνευθεί το ίδιο (για να ανιχνευθεί ένα σωματίδιο στον ανιχνευτή μας πρέπει να ζει αρκετά ώστε, τουλάχιστον, να εισέλθει στον ανιχνευτή – το πιο κοντινό μέρος του ανιχνευτή στο σημείο σύγκρουσης είναι μερικά εκατοστά). Όμως διασπάται, και τα προϊόντα αυτής της διάσπασης (ή τα προϊόντα των προϊόντων της διάσπασης) είναι ανιχνεύσιμα. Η τροχιά ή η ενέργεια (ή και τα δυο) αυτών των σωματιδίων μετριούνται στους τεράστιους ανιχνευτές του LHC (οι δύο μεγαλύτεροι που συναγωνίζονται για την ανακάλυψη είναι ο Atlas και το CMS). Όλα, όπως καταλαβαίνει κανείς, είναι θέμα ακρίβειας της μέτρησης και δυνατότητας αναπαράστασης του αρχικού σωματιδίου. Η υπογραφή του Χιγκς είναι χαρακτηριστική, αλλά χρειάζεται προσοχή, μια και λιγότερο εξωτικά γεγονότα (που είναι πολύ περισσότερα) σε σπάνιες περιπτώσεις αφήνουν παρόμοια υπογραφή. Oι πειραματικοί φυσικοί έχουν μάθει να ξεχωρίζουν όσο καλύτερα γίνεται το σήμα από το υπόβαθρο, χρησιμοποιώντας εκατομμύρια προσομοιωμένα γεγονότα, και να ορίζουν την πιθανότητα λάθους που, όπως αναφέραμε, παίζει καθοριστικό ρόλο σε μια ανακάλυψη.
Το επίτευγμα του Cern
Ας επιστρέψουμε, για μια τελευταία φορά, στη δεκαετία του 1960. Παρ’ όλο που είχε ιδρυθεί από το 1954, το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών, το Cern, στις αρχές της δεκαετίας του 1960 είχε μόλις αρχίσει να εδραιώνεται. Η ίδρυσή του ήταν αποτέλεσμα του οράματος φωτισμένων ευρωπαίων πολιτικών. Αφ’ ενός, αποζητούσαν τη σύσφιξη των σχέσεων των λαών μέσω της επιστήμης σε μια περίοδο που οι μνήμες του Πολέμου, κατά τον οποίο οι σχέσεις των ευρωπαϊκών χωρών είχαν δοκιμαστεί χωρίς προηγούμενο, ήταν ακόμα νωπές. Αφ’ ετέρου, θεωρούσαν ότι έπρεπε να σταματήσει η κυρίαρχη τότε τάση, τα καλύτερα ευρωπαϊκά μυαλά να φεύγουν στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού, εξαιτίας του γεγονότος ότι η Ευρώπη δεν διέθετε τα κατάλληλα εργαστήρια για να εργαστούν οι ερευνητές της.
Δεν χρειάστηκε να περάσουν πολλά χρόνια ώστε το όραμα να αρχίσει να αποδίδει καρπούς. Το σημείο καμπής για το Cern ήταν το καλοκαίρι του 1962, όταν φιλοξένησε για πρώτη φορά το διεθνές συνέδριο Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, το οποίο προσέλκυσε πλήθη ειδικών επιστημόνων, που διαπίστωσαν ιδίοις όμμασι την πρόοδο του εργαστηρίου. Τα επόμενα 50 χρόνια το εργαστήριο είχε πολλές επιτυχίες, με κατά τεκμήριον ενδοξότερη στιγμή την ανακάλυψη των σωματιδίων W και Z στον επιταχυντή SPS το 1983, χάρη στις προσπάθειες ενός εξέχοντος φυσικού, του Κάρλο Ρουμπία (Carlo Rubbia).
Το σωματίδιο του Χιγκς αναζητούνταν απεγνωσμένα και στον SPS, όπως και σε όλους τους επιταχυντές, πριν και μετά από αυτόν. Το 1989 άρχισε να λειτουργεί στο Cern ο επιταχυντής LEP, ο οποίος στεγάστηκε σε ένα καινούργιο μεγάλο τούνελ 27 χιλιομέτρων, το οποίο τελικά θα στέγαζε και τον επιταχυντή LHC, η λειτουργία του οποίου άρχισε το 2010. Το LEP είναι το μηχάνημα που έβαλε στη θεωρία (στο επονομαζόμενο Καθιερωμένο Πρότυπο όπως ήδη αναφέραμε), όλες ακριβώς τις μετρήσεις ακριβείας όπως τις προέβλεπε η θεωρία, σε ισχυρότατη πειραματική βάση. Τα πειραματικά δεδομένα είναι τόσο ακριβή, ώστε να αποκλείεται η ύπαρξη του σωματιδίου του Χιγκς σε μια ευρεία περιοχή, επειδή η παρουσία ενός τέτοιου σωματιδίου, η «ανάσα» του, αρχίζει να γίνεται αισθητή σε τελείως διαφορετικές μετρήσεις. Ωστόσο, λίγο πριν κλείσει ο κύκλος του LEP, ως κύκνειο άσμα θα έλεγε κανείς, εμφανίζονται ορισμένες ενδείξεις ότι το σωματίδιο έχει τελικά ανιχνευθεί. Η πιθανότητα λάθους αυτών των ενδείξεων είναι της τάξεως του 1% (γύρω στα 3σ), απέχει δηλαδή παρασάγγας από την πιθανότητα ένα στο εκατομμύριο, ξεσηκώνει όμως τους φυσικούς, μερικοί από αυτούς μάλιστα ζητούν επιτακτικά να μην κλείσει ο επιταχυντής ώσπου να μαζευτούν αρκετά δεδομένα για να δοθεί μια σίγουρη απάντηση στο ερώτημα. O γενικός διευθυντής τελικά παίρνει την απόφαση να σταματήσει το LEP – και το ερώτημα αν το σήμα ήταν πραγματικό η όχι συνέχισε να πλανάται ως τις αρχές του Ιουλίου 2012.
Το Cern έκτισε, όπως ήδη είπαμε, τον μεγάλο αδρονικό επιταχυντή LHC – Large Hadron Collider στο τούνελ του LEP, από τη στιγμή που ελήφθη η απόφαση να σταματήσει οριστικά το LEP το 2000. Το LHC σχεδιάστηκε να είναι η μεγαλύτερη και πολυπλοκότερη μηχανή που έχει κατασκευάσει ποτέ ο άνθρωπος και άρχισε να λειτουργεί με αξιώσεις το 2010. Το LHC φτιάχτηκε με δυνατότητες πολλών ανακαλύψεων, εκ των οποίων μία θεωρήθηκε από την αρχή σίγουρη: θα μπορούσε να απαντήσει με σιγουριά αν το σωματίδιο Χιγκς υπάρχει – ή δεν υπάρχει. Αν υπήρχε, σε ένα, δύο ή τρία χρόνια θα ανακαλυπτόταν, το πότε είχε σχέση με τη μάζα που τελικά θα μετριόταν ότι θα είχε. Αν δεν υπήρχε, μέσα σε τρία χρόνια θα ήμασταν σίγουροι για την ανυπαρξία του. Στις 13 Δεκεμβρίου 2011 παρουσιάστηκαν οι πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξη του σωματιδίου Χιγκς (σε επίπεδο παρόμοιο με το σήμα του LEP πριν από 11 χρόνια, αλλά σε διαφορετική μάζα). Η τελική απάντηση δόθηκε στις 4 Ιουλίου 2012, υπό την πίεση του χρόνου μάλιστα, αφού άρχιζαν οι εργασίες του μεγάλου συνεδρίου της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών στη Μελβούρνη και τα πειράματα θα έπρεπε να έχουν «μιλήσει» με σαφήνεια για τη σημασία του σήματος του Δεκεμβρίου 2011. Τα δύο πειράματα που έγιναν έδειξαν, το καθένα ξεχωριστά, πειστικά σήματα για το σωματίδιο Χιγκς με πιθανότητα λάθους περίπου μια στο εκατομμύριο το καθένα. Αυτό που παρουσιάστηκε δεν είναι βέβαια η τελική ανάλυση, αλλά το σήμα δεν πρόκειται να εξαφανιστεί όσο η ανάλυση ωριμάζει.
Κάπως έτσι κλείνει ένας κύκλος στη φυσική, με τη μεγαλύτερη επιβεβαίωση για τον θρίαμβο της ανθρώπινης νόησης. Η ύπαρξη ενός σωματιδίου που ξεκίνησε ως θεωρητικό αποκύημα εξισώσεων επιβεβαιώθηκε 50 χρόνια αργότερα από μια μηχανή, το εύρος, το μέγεθος και της δυνατότητες της οποίας ο δημιουργός της θεωρίας δεν μπορούσε ούτε καν να τα φανταστεί.
Και τώρα; Το σωματίδιο Χιγκς είναι το τελευταίο κομμάτι που έλειπε από το καθιερωμένο πρότυπο. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν ακόμα πολλά αναπάντητα ερωτήματα, που μάλλον θα ζητηθεί να απαντήσει μια νέα θεωρία, πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο.
Ώς τότε, ξέρουμε ότι η οικογένεια των θεμελιωδών σωματιδίων έχει ένα καινούργιο μωρό. Ξέρουμε πλέον την ύπαρξή του, αλλά πρέπει να μετρήσουμε και τις ιδιότητές του. Γι’ αυτό το λόγο, την επομένη κιόλας της ανακοίνωσης της ανακάλυψης, με μια μικρή ομάδα συναδέλφων, προτείναμε τη δική μας ιδέα, για την κατασκευή μιας καινούργιας μηχανής: κατά βάσιν, ενός εργοστασίου παραγωγής σωματιδίων Χιγκς. Άλλοι συνάδελφοι έχουν αντίστοιχες ιδέες. Μια καινούρια μηχανή δεν είναι ποτέ μια εύκολη υπόθεση και η πρότασή μας δεν αποτελεί εξαίρεση. Δεν είναι κάτι που μπορεί να φτιαχτεί από τη μια μέρα στην άλλη, πολύ λίγα από τα μέρη ενός τέτοιου επιταχυντή είναι σήμερα διαθέσιμα στην αγορά, άρα χρειάζεται έρευνα και εξέλιξη σε πολλούς τομείς, και το κόστος δεν είναι ευκαταφρόνητο. Όμως με σκληρή δουλειά, φαντασία στην εξεύρεση τεχνικών λύσεων και με το πράσινο φως της επιστημονικής κοινότητας, το 2025 μπορεί να ξημερώσει με ένα εργοστάσιο παραγωγής σωματιδίων Χιγκς έτοιμο να βάλει μπροστά.
