פיזיקאים מהארגון האירופי למחקר גרעיני (CERN) הציגו את התוצאות ניסויים על החיפוש אחר "פיסיקה חדשה" במאיץ ההדרונים הגדול (LHC). למרות שעדיין אין לנו עדות לתופעות מעבר למודל הסטנדרטי, הממצאים יסייעו לתכנן ניסויים עתידיים לאחר שדרוג המתקן.
ה-LHC הוא מאיץ חלקיקים טבעת באורך 27 ק"מ הממוקם עד 175 מטרים מתחת לאדמה. בתוך הטבעת, חלקיקים מאיצים עד קרוב למהירות האור ומתנגשים זה בזה בטמפרטורות הגבוהות פי 100,000 מהטמפרטורה במרכז השמש.
המאיץ בז'נבה הוא אחד הפרויקטים המדעיים השאפתניים ביותר בהיסטוריה האנושית. יותר מ-10,000 מדענים ממאות מדינות ברחבי העולם עמלו על יצירתו במשך עשר שנים. העלות הכוללת של הפרויקט עלתה על תשעה מיליארד דולר, אך העלויות הוחזרו בעקבות גילוי הבוזון היגס ב-2012.
ארבעה גלאים ענקיים משמשים לזיהוי חלקיקים שנוצרו במהלך התנגשויות פרוטונים: ATLAS, CMS, ALICE ו-LHCb. גלאי ה-ATLAS, שנתוניו נותחו במחקר החדש, אורכו 46 מטר, גובהו 25 מטר ומשקלו כ-7,000 טון.
בוזון היגס היה זה מכבר האלמנט החסר האחרון במודל הסטנדרטי של הפיזיקה. לפי תפיסות מודרניות, ברגע הולדת היקום, לחלקיקים לא הייתה מסה והם נעו במהירות האור. רק באמצעות אינטראקציה עם שדה היגס הם צברו מסה, מה שאפשר את היווצרותם של כוכבים, כוכבי לכת ומקור החיים.
גילוי בוזון היגס עצמו הצריך ניתוח של נתונים מכ-500 טריליון התנגשויות פרוטונים. מסת החלקיק שהתגלה הייתה כ-125 ג'יגה-אלקטרון-וולט, שהם בערך פי 133 מהמסה של פרוטון. על תגלית זו זכו פיטר היגס ופרנסואה אנגלרט בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2013.
לקהילה המדעית היו תקוות גדולות לגילוי תופעות פיזיקליות חדשות מעבר למודל הסטנדרטי. עם זאת, תצפיות ארוכות טווח טרם חשפו חריגות כלשהן מהתיאוריה הקיימת.
בין התופעות שמקווים הפיזיקאים לגלות חלקיקים סופר-סימטריים, מימדים נוספים של מרחב-זמן וחלקיקי חומר אפל. האחרון מעניין במיוחד את המדענים מכיוון שהוא מהווה כ-27% מהאנרגיה המסה של היקום, אך עדיין לא ניתן לצפות בו ישירות.
חוקרים שעובדים עם גלאי ATLAS הציעו טכניקה חדשה לזיהוי תופעה נדירה ביותר – הופעה בו-זמנית של שני בוזונים של היגס באירוע אחד. על פי המודל הסטנדרטי, זה קורה לעתים רחוקות ביותר, אך מספר מודלים תיאורטיים מודרניים מציעים שאירועים כאלה צריכים להתרחש לעתים קרובות יותר. עם זאת, במהלך כל פעולת המתנגש לא ניתן היה לתעד אף מקרה כזה.
תיאורטיקנים מעריכים כי ההסתברות לייצר זוג בוזונים של היגס מהתנגשות פרוטונים בודדת היא בערך אחד ל-100,000 טריליון התנגשויות. והרישום של אירועים כאלה מסובך עוד יותר בגלל העובדה שהבוזונים הם מאוד לא יציבים ומתפוררים בזמן בסדר גודל של 10^(-22) שניות.
כדי לפתור את הבעיה פותחה תוכנה מיוחדת המדמה את תהליך יצירת החלקיקים. ההדמיות כללו גם בוזונים בודדים של היגס וגם זוגות של בוזונים של היגס. האותות מהאירועים המדומים נורמלו לקריאות הגלאי הצפויות.
לאחר השלמת הדמיית המחשב, החוקרים החלו להשוות את התוצאות שלהם עם נתוני LHC בפועל. לאור כמות המידע העצומה והנדירות של האירועים המבוקשים, נעשה שימוש באלגוריתמים של למידת מכונה עם עצי החלטה מותאמים אישית.
מערכת עיבוד הנתונים LHC היא רשת מחשבים מבוזרת המאגדת יותר מ-170 מרכזי מחשוב ב-42 מדינות. בכל שנה, גלאי המתנגש מייצרים כ-90 פטה-בייט של נתונים, שווה ערך ל-90 מיליון ג'יגה-בייט.
בינה מלאכותית עיבדה מיליוני נקודות מידע, משימה שתדרוש שנים של עבודה קפדנית מאדם. עם זאת, אפילו ניתוח יסודי כזה לא גילה אותות התואמים את התחזיות התיאורטיות.
לדברי ד"ר זבינסקי, גלאי ה-LHC טרם זיהו חריגה אחת מהמודל הסטנדרטי. עם זאת, העבודה שנעשתה אפשרה לקבוע מגבלות חשובות לניסויים נוספים.
היעדר ראיות ל"פיזיקה חדשה" אינו אומר הפרכה סופית של התיאוריות. ייתכן שהשפעתן של תופעות לא ידועות על היווצרות זוגות בוזונים של היגס היא כה חלשה עד שלא ניתן לזהות אותה ברגישות הנוכחית של המכשירים.
בשנים הקרובות, ה-LHC יעבור מודרניזציה רצינית. מתוכנן להגביר משמעותית את עוצמת קרני הפרוטונים, מה שיוביל לעלייה במספר ההתנגשויות בכל ניסוי. כאשר מחפשים אירועים נדירים כמו הפקת זוג בוזונים של היגס, מספר ההתנגשויות משחק תפקיד מכריע.
שדרוג המאיץ, הנקרא High-Luminosity LHC, יגדיל את עוצמת הבהירות של המתקן פי 5-7. בעזרתו ניתן יהיה לתעד עד 4 מיליארד התנגשויות פרוטונים בשנייה. הפרויקט מוערך בעלות של 950 מיליון פרנק שוויצרי ואמור להסתיים עד 2029.
במקביל, מדעני CERN ממשיכים לחקור את תכונותיהם של חלקיקים בודדים. מעניין במיוחד אופי האינטראקציה של בוזון היגס עם קווארקים ולפטונים כבדים.
ב-6 בנובמבר, המונח " ציר הזמן האפל ביותר ", עורר התעניינות קצרה של משתמשים ודיון בחוגים מדעיים. פיזיקאים החלו לשער אם באמת נכנסנו ל"מציאות חלופית". בהקשר של משברים חברתיים, כלכליים ופוליטיים מודרניים, נושא זה מהדהד בקרב רבים. יש תחושה של פילוג בחברה, ויש הרואים בכך סימן לכך שהעולם הולך בדרך בלתי צפויה ואפלה.
עם זאת, פיזיקת הקוונטים והפרדוקסים שלה חקרו זה מכבר את הרעיון של תוצאות אפשריות מרובות עבור כל מערכת. לפי תיאוריה זו, כל בחירה או אירוע, בין אם בטבע ובין אם בחברה, מובילים להסתעפות של המציאות, שבעקבותיה יכולים להתקיים אינסוף עולמות מקבילים, לכל אחד היסטוריה משלו ואירועים משלו. פיזיקאים מכנים קווי זמן חלופיים אלו סופרפוזיציות, שבהן לחלקיק, כמו פוטון, יכולים להיות בו-זמנית מספר מצבים, כמו מעבר דרך מראה והשתקפות. כל תוצאה אפשרית קיימת עד שמתבצעת תצפית שקובעת את התוצאה הסופית.
התיאוריה של עולמות מקבילים מצאה את מקומה לא רק במדע בדיוני, אלא גם בוויכוחים מדעיים רציניים. הרעיון שעולמות כאלה יכולים "להפריע" זה לזה ולהשפיע על התוצאה של המציאות הנצפית נתמך בניסויים. למשל, המפורסם ניסוי אליצור-וידמן מאפשר לך לזהות נוכחות של עצמים שאינם מקיימים אינטראקציה ישירה עם חלקיק הבדיקה, אך תיאורטית יכולים לעשות זאת. זה פותח אפשרות למחקר חדש בפיזיקה קוונטית, כולל מחשוב קוונטי, שיכול להניב תוצאות גם כשהמכשיר אינו מופעל.
שאלת המציאות של העולמות המקבילים הללו משפיעה גם על היבטים פילוסופיים. תומכי פרשנות העולמות הרבים, כולל פיזיקאים יו אוורט טוענים שכל בחירה יוצרת ציר זמן חדש, יקום חדש. כאשר פוטון פוגע במראה, הוא יוצר התפצלות – יקום אחד שבו הוא עובר דרך המראה, ואחר שבו הוא משתקף. אדם שנמצא ביקום אחד רואה רק את התוצאה שלו, אבל תוצאה אחרת נשארת זמינה לתושב יקום חלופי.
בתחומים אחרים, פיזיקאים לומדים גם את המושג של ריבוי מציאויות. עקרון הפעולה הקטנה ביותר מציע שאפילו חלקיק קלאסי מחשיב את כל הנתיבים האפשריים. בפיזיקה סטטיסטית נחשבים הרכבים המתארים את כל המצבים האפשריים של חלקיקים והתפתחותם. ובביולוגיה, מדענים שואלים: אם האבולוציה הייתה מתחילה שוב, האם היינו מוצאים את אותו המין?
בסופו של דבר, כל המחקרים הללו קשורים לשאלה הפילוסופית: "מה הופך את האפשרי לאפשרי ולממשי?" הפיזיקאי הנודע פול דייוויס מכנה זאת "תעלומת הקיום". הקשר של סיבה ותוצאה שעליו מתבסס כל המדע תלוי בעובדה שאירועים עשויים שלא להתרחש ואחרים עשויים להתרחש במקום. מחקר במכניקת הקוונטים מראה שחלקיקים פיזיקליים יכולים לתפוס מצבים שונים, מה שהופך את המציאות שלנו רק לאחת ממציאות פוטנציאלית רבות. כמה מדענים מאמינים שעקרונות הפיזיקה הקוונטית מאפשרים לדברים חיים מסוימים, כמו ציפורים, להשתמש באפקטים קוונטיים לצורך התמצאות, אם כי בתחומי חיים אחרים עקבות של מציאויות חלופיות אלה נעלמים בדרך כלל.
אולי יש חוק שבוחר מציאות אחת מבין האפשריות. עם זאת, ניסיונות לזהותו עד כה לא צלחו. במקביל, פילוסופים כמו דיוויד לואיס וקוסמולוגים כמו מקס טגמרק מאמינים כי כל המציאות האפשרית קיימות . השאלה היא לא אם יש צירי זמן אחרים – קיומם אינו נכלל – אלא מדוע אנו יכולים לראות רק אחד מהם. אולי טבעה של האינטליגנציה מחייב את היכולת להגביל אפשרויות כדי להתמקד בבחירה אחת, כי אימוץ אינסוף אפשרויות יוביל לבלבול מוחלט. אולי היכולת לעשות בחירות ולפעול עשויה להיות המפתח למימוש הרצון החופשי.
למרות שהרעיון של נסיעה בין עולמות מסעיר את הדמיון, הידע המדעי המודרני אינו מאפשר לנו לממש פנטזיות כאלה. אם אנחנו רוצים לשנות את חיינו או את העולם סביבנו, עלינו להתמקד בפעולות והחלטות אמיתיות. אין טעם לחפש את הישועה בעולמות הזויים, כי חיינו נפרשים במרחב היחיד העומד לרשותנו.
