Nobel-díjat ért az „isteni részecske”

A brit Peter Higgs és a belga Francois Englert kapta az idei fizikai Nobel-díjat.

A bizottság indoklása szerint a két tudós annak a mechanizmusnak az elméleti megalapozásáért részesül az elismerésben, amely hozzájárult a szubatomi részecskék tömege eredetének a megértéséhez, és amelyet nemrégiben megerősítettek a megjósolt elemi részecske felfedezésével a CERN nagy hadronütköztetőjének ATLAS és CMS kísérleteiben.

A Higgs-mechanizmus úgy egészíti ki a standard modellt, hogy megteremti a tömegeket. Nélküle az elemi részecskéknek nincs tömegük. Peter Higgs úgy vélekedett, hogy a kérdéses részecske betölti a rést a természet alapvető működését leíró standard modellben, amely az elektromágneses, a gyenge és az erős kölcsönhatást együttesen leíró kvantumtérelmélet.

A többi részecske tömegéért felelős bozon létezését 1964-ben több tanulmányban összesen hat tudós jósolta meg, és az 1980-as évektől keresik a kutatók. Francois Englert 2011-ben elhunyt honfitársával, Robert Brout-val együtt jutott arra a következtetésre, amelyet Peter Higgs is levont kutatásai eredményéből, vagyis hogy kell lennie egy olyan részecskének, amely felelős a többi tömegéért. A három elméleti fizikus azonban akkor még csak megjósolni tudta a bozon létezését.

Noha Brout és Englert tanulmánya jelent meg 1964-ben elsőként, a témában másodikként publikáló Higgs volt az, aki egyértelműen megjósolta a részecske létezését. (Hasonló elgondolásait fogalmazta meg nem sokkal később az amerikai Carl Hagen és honfitársa, Gerald Guralnik, illetve a brit Tom Kibble, az ő tanulmányaikat viszont kevesebbet idézték az azóta eltelt évek során.) A részecske a Higgs-bozon nevet kapta, a köznyelvben gyakran csak isteni részecskeként emlegetik, noha ezt Higgs kifejezetten ellenzi.

Peter Higgs neve már felbukkant az esélylatolgatásokban tavaly is, miután a CERN 2012 júliusában bejelentette, hogy nagy bizonyossággal megtalálta a bozont. Az előzetes adatok ugyanakkor megerősítésre szorultak, ez pedig csak idén tavasszal történt meg. A szervezet két független kutatócsoportja, a CMS és az ATLAS kísérlet felelősei idén márciusban hangsúlyozták: valóban egyre inkább úgy tűnik, hogy a 2012-ben azonosított bozon az „isteni részecske”.

Mivel más szubatomi részecskék is produkálhatták a Higgs-bozon létének bizonyítékaként értékelt jelenségeket, a bizonyítottságnak nagyon erősnek kell lennie. 2012 júliusában a CERN fizikusai 5 szigma bizonyosságról beszéltek felfedezésük kapcsán. A szigma a részecskefizikai kísérletek bizonyosságát jelző érték. A skálán az 1-es még véletlenszerű statisztikai ingadozás is lehet az adatokban, a 3 szigma már bizonyítéknak számít, de csak 5 szigmánál mondják ki a felfedezés szót. Ez azt jelenti, hogy kevesebb mint egy a millióhoz a valószínűsége, hogy az eredményeket valamilyen statisztikai fluktuáció váltotta ki.

Az, hogy a fizikai Nobel-díjat tisztán elméleti munkáért ítélték oda, rendkívül szokatlannak számít. A svéd Királyi Tudományos Akadémia a hagyományoktól eltérően egy órával elhalasztotta a döntés bejelentését, vélhetően azért, mert elhúzódott a bizottság szavazása a nyertesekről.

Az elismerést, amellyel összesen 8 millió korona (272,3 millió forint) is jár, hagyományosan december 10-én, Alfred Nobel halálának évfordulóján adják át.

Higgs professzort, aki köztudottan kerüli a reflektorfényt, nem sikerült senkinek sem elérnie a bejelentést követően. Staffan Normark, a Svéd Királyi Tudományos Akadémia főtitkára is azt mondta, hogy egyik telefonját sem vette fel. (A főtitkár arra nem tért ki, hogy emiatt csúszott-e az eredetileg tervezetthez képest egy órát a bejelentés.)

„Elutazott és nem vitt magával telefont, hogy elkerülje a médiafelhajtást” – idézte a BBC News Alan Walkert, Higgs egyik kollégáját az Edinburghi Egyetemen, aki hozzátette, hogy Higgs nincs túl jól. Rolf Heuer, a CERN főigazgatója is azt mondta a stockholmi bejelentést követően tartott genfi sajtótájékoztatón, hogy az intézményből senki nem beszélt Higgsszel, aki direkt „elrejtőzött” néhány órára.

Az egyetem által nyilvánosságra hozott közleménye szerint Higgs boldog, hogy megkaphatja a díjat. „Szeretnék gratulálni mindenkinek, aki hozzájárult ennek az új részecskének a felfedezéséhez” – tette hozzá a professzor, aki nem csak az akadémiának mondott köszönetet a díjért, de családjának, barátainak és kollégáinak is támogatásukért. Mint írta, reméli, hogy ez az elismerés segít felhívni a figyelmet a felfedező kutatások értékére.

Francois Englert, akit a bejelentéskor sikerült telefonvégre kapni Stockholmban, szintén nagy örömmel fogadta a hírt. „Elképzelhetik, hogy nem túl kellemetlen érzés. Nagyon-nagyon boldog vagyok, hogy elismertek ezzel a kiemelkedő díjjal” – mondta a belga kutató. „Először azt hittem, nem kaptam meg, miután nem láttam a bejelentést” – árulta el, miután a nyertesek nevének nyilvánosságra hozatala egy órát csúszott.

Arra a kérdésre, hogy el tudta-e volna képzelni 50 évvel ezelőtt, amikor belekezdett a kutatásba, hogy egyszer Nobel-díjat kap érte, nemmel válaszolt. Nem azért dolgozik az ember, hogy megkapja a Nobel-díjat - jegyezte meg Englert, hozzátéve ugyanakkor, hogy már akkor is az volt a benyomásuk, hogy valami fontosat csinálnak, amit később más kutatók is felhasználhatnak.

Felidézte, hogy a Higgsszel csak tavaly nyáron találkozott először, amikor a CERN kutatói ismertették a bozon létezésének bizonyításával kapcsolatos elsődleges eredményeiket az intézet genfi központjában.

A fizikai Nobel-díjat 1901 óta most 107.-szerre osztották ki, s 47 alkalommal kapta egy tudós egyedül, 31-szer ketten, 29 alkalommal hárman megosztva. A díjat 196 tudósnak ítélték oda, de csak 195 kitüntetettje van, mert az amerikai John Bardeen – eddig egyedülálló módon – két alkalommal (1956, 1972) is megkapta. A kitüntetettek közül csak kettő nő, Marie Curie 1903-ban, Maria Goeppert-Mayer 1963-ban volt díjazott. Curie több rekordot is tart: személyében 1903-ban először érdemelte ki nő a díjat, s férjével, Pierre Curie-vel ismerték el – így a ők az első Nobel-díjas házaspár –, 1911-ben pedig a kémiai Nobel-díjat is elnyerte, így a nők között ő az egyedüli kétszeres Nobel-díjas tudós.

A fizikai Nobel-díjasok átlagéletkora 55 év. A díjat legfiatalabban 1915-ben a 25 éves Lawrence Bragg kapta, aki a mindenkori legfiatalabb Nobel-díjazott, legidősebben pedig 2002-ben a 88 éves Raymond Davis Jr. nyerte el. „Családi” díjazásra a Curie-házaspáron kívül több példa is van: Lawrence Bragg édesapjával, Williammel közösen részesült a kitüntetésben 1915-ben, és ha nem is egyszerre, de Niels Bohr (1922) és fia, Aage N. Bohr (1975), Manne Siegbahn (1924) és Kai M. Siegbahn (1981), valamint J. J. Thomson (1906) és George Paget Thomson (1937) személyében szintén apa és fia vehette át a kitüntetést. A ma élő legidősebb fizikai Nobel-díjas – egyben az összes élő Nobel-díjas doyenje – a 98 éves amerikai Charles Hard Townes, aki 1964-ben lett díjazott.

Magyar származású tudósok közül eddig háromnak ítélték oda a fizikai Nobel-díjat. 1905-ben a Németországban dolgozó Lénárd Fülöp (1862–1947) „a katódsugaras vizsgálatokra alapozott atommodelljéért (dinamida)”, 1963-ban az Egyesült Államokban élő Wigner Jenő (1902–1995) „az atommagok és az elemi részek elméletének fejlesztéséért, kivált az alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és alkalmazásáért”, 1971-ben a Nagy-Britanniában élő Gábor Dénes (1900–1979) „a holográfiai módszer felfedezéséért és fejlesztéséhez való hozzájárulásáért”.

2002: az amerikai Raymond Davis és a japán Kosiba Maszatosi a kozmikus neutrinók kutatásáért, valamint az amerikai Riccardo Giacconi a kozmikus röntgensugárzási kutatásokért

2003: az orosz származású amerikai Alexei A. Abrikosov, az amerikai Anthony Leggett és az orosz Vitalij Ginzburg a szupravezetés terén végzett úttörő kutatásokért

2004: az amerikai David J. Gross, David Politzer és Frank Wilczek a kvarkok világában elért komoly felfedezésekért

2005: az amerikai Roy J. Glauber az optikai koherenciával kapcsolatos kvantumelmélet továbbfejlesztéséért, a fényrészecskék viselkedésének elméleti leírásáért, valamint az amerikai John L. Hall és a német Theodor W. Hänsch a lézeralapú precíziós színképelemzés, vagyis az atomok és a molekulák fényének nagy pontosságú színmeghatározása terén elért eredményeiért

2006: az amerikai John C. Mather és George F. Smoot a világegyetem, a naprendszerek és a csillagok keletkezésével kapcsolatos, e folyamatok mélyebb megértését segítő kutatómunkájáért

2007: a francia Albert Fert és a német Peter Grünberg az óriás magnetorezisztencia felfedezéséért, amely lehetővé tette a számítógépes merevlemezek radikális miniatürizálását

2008: a japán számrazású amerikai Yoichiro Nambu a spontán szimmetriasértés a szubatomi részecskék fizikájában elnevezésű mechanizmus felfedezéséért, valamint a japán Kobajasi Makoto és Maszkava Tosihide a szimmetriasértés eredetének felfedezéséért

2009: az amerikai Charles K. Kao az optikai szálakon keresztüli fénytovábbítás területén elért alapvető eredményeiért, valamint a szintén amerikai Willard S. Boyle és George E. Smith egy képalkotó félvezető detektor, a ccd-szenzor feltalálásáért

2010: a Nagy-Britanniában dolgozó orosz Andrej Gejm és az orosz származású Konstantin Novoselov a kétdimenziós grafénra (egyetlen atom vastagságú grafitréteg, kétdimenziós szénatomrács) vonatkozó előremutató kísérleteikért

2011: az amerikai Saul Perlmutter, az ausztrál Brian P. Schmidt és a szintén amerikai Adam G. Riess a világegyetem gyorsuló ütemben tágulásának távoli szupernóvák megfigyelésével végzett felfedezéséért

2012: a francia Serge Haroche és az amerikai David J. Wineland kvantumfizikai kutatásaiért. A két tudós közvetlen módon igazolta a kvantummechanika jóslatait, munkájuk új típusú, szupergyors, kvantumfizikán alapuló számítógép megépítéséhez vezethet el.

Pezsgőt bontottak az Európai Nukleáris Kutatási Szervezetben, a CERN-ben annak hallatán, hogy az általuk igazolt Higgs-bozon létezését megjósoló Peter Higgs és Francois Englert kapta a fizikai Nobel-díjat. A Genf mellett működő intézet főigazgatója a stockholmi bejelentést követően tartott sajtótájékoztatón úgy fogalmazott: nagy nap ez a részecskefizika számára.

A CERN munkatársai közül mintegy kétszázan a CMS és az ATLAS kísérletek főhadiszállásán követték nyomon a bejelentést, amely egy órát csúszott – mondta el az MTI-nek telefonon Szillási Zoltán. A Debreceni Egyetem kutatója, a CMS kísérlet résztvevője szerint a késésnek prózai okai is lehettek, elképzelhető, hogy a bizottságnak nem sikerült elérnie a díjazottakat. „Úgy illik, hogy az ember ne a sajtóból tudjon meg egy ilyen hírt” – jegyezte meg a kutató. Szillási hangsúlyozta, hogy a Királyi Tudományos Akadémia bölcs döntést hozott. A mechanizmus, amelyet a néhai Robert Brout, Englert és Higgs annak idején, több mint negyven évvel ezelőtt leírt, nagy horderejű fizikai elmélet. „Ez hivatott választ adni arra, hogy miért van a W- és a Z-bozonnak tömege, méghozzá nem is pici, ellentétben mondjuk a fotonnal, amelynek nincs is tömege. Ezek nélkül egész máshogy nézne ki a világegyetemünk” – mondta. Hozzátette, hogy nagyon sokáig hiányzott ez a részecske, amelynek a megtalálására egy egész gyorsítót építettek – ez a nagy hadronütköztető (LHC) –, több hatalmas kísérlettel, amelyek közül kettő szinte csak a Higgs-bozon kutatásával foglalkozott. A bozon volt a hiányzó láncszem a standard modellben, így Szillási Zoltán szerint várható volt, hogy a Nobel-bizottság honorálni fogja a felfedezést.

Közös munka elismerése

Megjegyezte, a kísérletek elképesztően sok ember együttes munkájával jutnak eredményre, lehetetlen ezeket az embereket egyesével megnevezni, a CERN pedig szervezetként nem kaphatja meg a Nobel-díjat. Ehhez változtatni kellett volna a szabályokon – fogalmazott –, de nem biztos, hogy ennek a hosszú távú következményeit a Nobel-bizottság vállalni akarta. „Ezért gondolom azt, hogy bölcs döntés született, és azok kapták a díjat, akik megalapozták a mechanizmust.” Szillási Zoltán megjegyezte azt is, hogy magukénak is érzik a díjat. „Abban a pillanatban, ahogy az akadémia főtitkára kimondta Englert és Higgs nevét, örömujjongás tört ki a teremben, és rögtön nagy taps kerekedett – írta le a hangulatot. – Személy szerint is jó érzés egy olyan kísérletben dolgozni, amely hozzájárult ehhez a nagyon-nagy eredményhez.”

Kedves gesztus

Rolf Heuer, a CERN főigazgatója velük együtt nézte a közvetítést Stockholmból, és Szillási Zoltán szerint a tőle megszokott közvetlen stílusban viselkedett. „Nagyon boldog volt, gratulált Higgséknek, majd nagyon kedves gesztussal nekünk is. Azt mondta, hogy ez az eredmény rajtunk is múlt, a következő taps szóljon hát nekünk” – részletezte, hozzátéve: néhány üveg pezsgő elfogyott. A főigazgató ezt követően a CERN sajtótájékoztatóján azt mondta, nagy nap ez a részecskefizika számára. Kijelentette, semmilyen formában sem csalódott amiatt, hogy a CERN-t nem ismerhették el közvetlenül. „A döntés a bizottság kezében volt, az indoklásban pedig a kísérleti igazolást is említették” – fejtette ki. Mint mondta, az elméleti megalapozás és a kísérleti igazolás nagyon szorosan együtt járt a Higgs-mechanizmus esetében.

Heuer szerint a CERN már így is a közérdeklődés középpontjában áll, ezt mutatta, hogy a nemrégiben tartott nyílt napokra a világ különböző részeiről érkeztek látogatók. „Ezek a nehezen megérthető, »ezoterikus« kutatások megigézik az embereket, és pontosan ez kell, hiszen több tudósra, kutatóra, mérnökre van szükség. A Nobel-díj pedig segíthet abban, hogy még inkább nőjön az emberek érdeklődése a tudomány iránt” – mutatott rá a CERN főigazgatója.

A hétfőn odaítélt orvosi Nobel-díjról bővebben itt olvashat.