Odpovedať na druhú časť otázky z perexu je celkom jednoduché: rozruch je preto, lebo ho CERN vyvolal. A je správne, že ho vyvolal. Hľadanie Higgsovho bozónu zožralo nemalé množstvo peňazí daňových poplatníkov a je preto vecou elementárnej slušnosti podeliť sa s týmito poplatníkmi o vzrušenie z objavu.
Odpovedať na prvú časť otázky je oveľa ťažšie. Presné, stručné a širokej verejnosti zrozumiteľné vysvetlenie úlohy, akú hrá Higgsov bozón v stavbe sveta, asi neexistuje. A tak sa fyzici namiesto zrozumiteľných vysvetlení uchyľujú k nepresným analógiám, čo by až tak nevadilo, a k bombastickým heslám, čo už vadí viac. Výsledkom je, že Higgsov bozón býva označovaný za božskú časticu (marketingová obludnosť), ktorá dáva všetkým ostatným časticiam hmotnosť (nepresná formulácia) a ktorej objav je najväčším fyzikálnym objavom od Newtonových čias (totálna hovadina).
Preháňanie zo strany niektorých fyzikov a novinárov je pritom na škodu veci. Zastiera totiž skutočnú krásu a význam objavu, ktorý je naozaj pekný a naozaj dôležitý. V nasledujúcej sérii piatich článkov sa preto pokúsime ten nepodarený make-up zotrieť – pekne šminku po šminke – a ukázať Higgsov bozón a s ním celú fyziku elementárnych častíc v ich prirodzenej kráse. A začneme tým hlúpym označením „božská častica“.
.neatomárne atómy
Nech už bol tento svet stvorený alebo vznikol len tak sám od seba, jedno sa zdá isté: bol stvorený, respektíve vznikol ako stavebnica. To, že je to tak, vieme asi sto rokov, hoci predstava sveta ako stavebnice – zloženej zo základných, ďalej už nedeliteľných blokov – je oveľa staršia. Svet zložený z atómov vyhútali, ako všetci vieme, už pred dva a pol tisíc rokmi Leukipos s Demokritom.
Lenže to, čomu my dnes hovoríme atómy, rozhodne nie sú atómy v Leukipovom a Demokritovom zmysle. K tomu im chýba tá najdôležitejšia vlastnosť atómov – nedeliteľnosť. Teda, ona to nie je len najdôležitejšia vlastnosť, ona je to priamo definičná vlasnosť. Atómos znamená po grécky nedeliteľný, takže atómy, ktoré sa dajú rozložiť na jadro a elektróny, nie sú vlastne vôbec nijaké atómy, to im len tak hovoríme. V skutočnosti sú aj ony stavebnicou.
V oblasti nedeliteľnosti teda atómy zlyhali na celej čiare, ale v inej dôležitej oblasti obstáli úplne fantasticky. V súlade s pôvodnou predstavou Leukipa a Demokrita dokázali totiž atómy vysvetliť takmer všetko. Pochopenie atómov nám umožnilo porozumieť (aspoň v princípe) celému materiálnemu svetu.
Atómom sme pritom, paradoxne, porozumeli práve preto, že nie sú atomárne. To, čo sme dokázali pochopiť sú totiž prírodné zákony, ktoré diktujú elektrónom a jadrám, ako sa majú usporiadať do atómov. Z týchto zákonov, ktoré sú obsahom takzvanej kvantovej mechaniky, vyplýva aj to, ako sa atómy spájajú do molekúl a ako molekuly interagujú medzi sebou. Inými slovami, z kvantovej mechaniky vyplýva celá chémia. Z chémie potom vyplýva všeličo iné, napríklad aj biochémia a molekulárna biológia, z nich ďalej anatómia a fyziológia, až nakoniec aj psychológia, ekonómia – naozaj v podstate všetko.
.neelementárne elementárne častice
Ak by boli elektróny a jadrá nedeliteľné, bola by kvantová mechanika základnou teóriou úplne celého materiálneho sveta. Lenže jadrá sa ukázali zložené ešte z niečoho menšieho – z protónov a neutrónov. Ak sme teda chceli tvrdiť, že rozumieme (aspoň v princípe) celému materiálnemu svetu, museli sme naše porozumenie rozšíriť o pochopenie toho, akým spôsobom medzi sebou interagujú protóny a neutróny, ako vlastne vytvárajú atómové jadrá.
Mimoriadne úspešnú a plodnú éru atómovej fyziky tak vystriedala podobne úspešná a plodná éra jadrovej fyziky. V niečom bola jadrová fyzika dokonca ešte úspešnejšia – priniesla celkom nové zdroje energie a celkom nové zbrane. Ale v inom za atómovou fyzikou výrazne zaostávala – v skutočnom porozumení jadrovým silám boli fyzici dlhé desaťročia neúspešní.
Bola to však neúspešnosť zdobená spektakulárnymi úspechmi. Napriek tomu, že teoretickí fyzici nerozumeli jadrovým silám úplne, rozumeli im aspoň čiastočne a toto čiastočné porozumenie im dovoľovalo robiť rôzne prekvapujúce predpovede, ktoré ich kolegovia následne experimentálne potvrdzovali (a jedni aj druhí za to brali Nobelove ceny ako na bežiacom páse).
Na základe čiastočného porozumenia silám, ktoré drži atómové jadrá pokope, predpovedal napríklad japonský fyzik Hideki Yukawa existenciu novej častice – dnes jej hovoríme pión – ktorá bola neskôr naozaj experimentálne objavená. Na základe čiastočného porozumenia silám, ktoré spôsobujú rádioaktívne rozpady jadier, predpovedali Wolfgang Pauli a Enrico Fermi existenciu inej častice – dnes jej hovoríme neutríno – ktorá bola tiež neskôr experimentálne potvrdená.
Lenže pri hľadaní predpovedaných častíc našli experimentátori aj plno nových častíc, o ktorých existencii nikto ani len netušil. Postupne ich boli desiatky až stovky, a čím viac ich bolo, tým horšie sa v nich dalo vyznať. Prelom prišiel až v momente, keď ľudia zistili, že mnohé z častíc, ktoré dovtedy považovali za elementárne (medzi inými aj protón a neutrón) sa v skutočnosti skladajú z čohosi ešte menšieho – z kvarkov.
.elementárne elementárne častice
Objavom kvarkov sa odrazu otvorila možnosť uskutočniť Leukipov a Demokritov sen. Mali sme tu naozaj elementárne častice, ktoré sa už z ničoho ďalšieho neskladajú (dodnes nemáme nijaké experimentálne náznaky, že by mali nejakú vnútornú štruktúru) a z ktorých sa skladá všetko okolo nás. Z dvoch typov kvarkov – nazývaných up a down – sa skladajú protóny a neutróny, z protónov a neutrónov sa skladajú atómové jadrá, z jadier a elektrónov sa skladajú atómy.
Všetky prírodné zákony by mali byť dôsledkom zákonov, ktoré platia pre naozaj elementárne častice – t.j. pre kvarky, elektróny a neutrína (ktoré vstupujú do hry vtedy, keď sa jeden typ kvarku mení na iný typ). Po nemalom úsilí sa fundamentálne zákony fyziky elementárnych častíc podarilo nájsť. Ukázalo sa, že tieto zákony opisujú interakcie spomínaných elementárnych častíc s iným typom elementárnych častíc – s fotónmi, gluónmi, s W a Z bozónmi a s Higgsovým bozónom.
Ako vyzerajú tieto interakcie? Elektróny aj kvarky interagujú s fotónmi a všetky elektromagnetické javy (vrátane väzby elektrónov a jadier v atómoch) sú prejavom tejto interakcie. Kvarky navyše interagujú aj s gluónmi a prejavom tejto interakcie sú sily, ktoré držia pohromade atómové jadrá. Gluóny sa v mnohom veľmi podobajú fotónom a aj ich interakcia s kvarkami sa podobá na to, ako interagujú s kvarkami fotóny.
Nuž a do tretice interagujú kvarky, elektróny aj neutrína ešte so štvoricou ďalších častíc – ktoré sa volajú W plus, W mínus, Z nula a Higgsov bozón – a prejavom tejto interakcie sú niektoré rádioaktívne rozpady atómových jadier. W a Z bozóny sa v niečom podobajú na fotón a gluóny, ale v niečom sa od nich významne líšia. Higgsov bozón úzko súvisí práve s tou odlišnosťou.
Ak si teda niekto zaslúži názov božská častica, potom to nie je špeciálne Higgsov bozón, ale všetky menované v úplne rovnakej miere. Up a down kvark, elektrón, neutríno, fotón, gluóny, W a Z bozóny, a napokon aj Higgsov bozón. Všetky sú základnými tehličkami tohto sveta a ani jedna z nich nie je o nič dôležitejšia než tie ostatné. (Pre úplnosť dodajme, že kvarky, elektróny a neutrína existujú aj v dvoch ťažších vydaniach a tieto ťažšie vydania sú rovnako elementárne. Okrem toho je celkom dobre možné, aj keď to nevieme určite, že existuje aj elementárna častica nazývaná gravitón, ktorá interaguje so všetkými časticami a prejavom tejto interakcie je gravitačná sila. Ani tieto elementárne častice nie sú menej božské než Higgsov bozón.)
No dobre, ale prečo je práve okolo Higssovho bozónu taký rozruch? O tom si skúsime niečo povedať v ďalších článkoch tejto série.