Jim Baggott je autorem knihy Higgs: The Invention and Discovery of the ‚God Particle‘ a vědeckým spisovatelem na volné noze. Přednášel chemii na univerzitě v Readingu, ale odešel, aby se věnoval obchodní kariéře, kde nejprve pracoval pro společnost Shell International Petroleum Company a poté jako nezávislý obchodní konzultant a školitel. Mezi jeho četné knihy patří Atomic: (Icon, 2009), Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory (OUP, 2003), A Beginner’s Guide to Reality (Penguin, 2005) a A Quantum Story: A History in 40 Moments (OUP, 2010).

Přečtěte si sbírku jeho blogových příspěvků, kterými oslavuje vydání své nové knihy, na OUPblogu.

4. července 2012 oznámili vědci z Velkého hadronového urychlovače (LHC) v Ženevě objev nové elementární částice, která podle nich odpovídá dlouho hledanému Higgsovu bosonu, známému také jako „božská částice“. Naše chápání základní podstaty hmoty – všeho v našem viditelném vesmíru a všeho, čím jsme – se chystá učinit obrovský skok vpřed.

Co je tedy Higgsův boson a proč se mu říká „božská částice“? Některé z těchto odpovědí přináší vědecký spisovatel Jim Baggott, jehož kniha Higgsův boson: vynález a objev ‚božské částice‘.

Víme, že fyzikální vesmír je vybudován z elementárních částic hmoty (jako jsou elektrony a kvarky) a částic, které mezi nimi přenášejí síly (jako jsou fotony). Částice hmoty mají fyzikální vlastnosti, které klasifikujeme jako fermiony. Silové částice jsou bosony.

V kvantové teorii pole jsou tyto částice reprezentovány v podobě neviditelných energetických „polí“, která se rozprostírají v prostoru. Vzpomeňte si na své zážitky z dětství, kdy jste si hráli s magnety. Když k sobě přitlačíte severní póly dvou tyčových magnetů, cítíte, jak odpor mezi nimi roste na síle. Je to výsledek interakce dvou neviditelných, ale přesto velmi reálných magnetických polí. Síla odporu, kterou pociťujete, když tlačíte magnety k sobě, je nesena neviditelnými (nebo „virtuálními“) fotony procházejícími mezi nimi.

Hmota a silové částice jsou pak interpretovány jako základní poruchy těchto různých druhů polí. Říkáme, že tyto poruchy jsou „kvanty“ polí. Elektron je kvantem elektronového pole. Foton je kvantem elektromagnetického pole atd.

V polovině 60. let 20. století byly kvantové teorie pole mezi teoretiky poměrně nepopulární. Zdálo se, že tyto teorie naznačují, že všechny nosiče sil by měly být částicemi bez hmotnosti. To nedávalo příliš smysl. Takový závěr je v pořádku pro foton, který je nositelem síly elektromagnetismu a je skutečně bezhmotný. Domnívali se však, že nositeli slabé jaderné síly, která je zodpovědná za určité druhy radioaktivity, musí být velké, hmotné částice. Kde se tedy vzala hmotnost těchto částic?“

V roce 1964 se objevily čtyři výzkumné práce, které navrhovaly řešení. Co když, navrhovaly tyto práce, je vesmír prostoupen jiným druhem energetického pole, které ukazuje (udává směr v prostoru), ale netlačí ani netahá? Určité druhy silových částic by pak mohly s tímto polem interagovat, čímž by získaly hmotnost. Fotony by tímto polem proplouvaly neovlivněny.

Jedna z těchto prací anglického teoretika Petera Higgse obsahovala poznámku pod čarou, která naznačovala, že u takového pole lze očekávat také základní poruchu; kvantum pole. V roce 1967 využil Steven Weinberg (a následně Abdus Salam) tento mechanismus k vytvoření teorie, která kombinovala elektromagnetickou a slabou jadernou sílu. Weinbergovi se podařilo předpovědět hmotnosti nositelů slabé jaderné síly – bosonů W a Z. Tyto částice byly nalezeny v CERNu asi o 16 let později a jejich hmotnosti se velmi blížily původním Weinbergovým předpovědím.

Přibližně v roce 1972 začala většina fyziků označovat nové pole jako Higgsovo pole a jeho polní kvantum jako Higgsův boson. Higgsův mechanismus“ se stal klíčovou složkou toho, co se později stalo známým jako standardní model částicové fyziky.

Higgsovo pole bylo vynalezeno, aby vysvětlilo, jak mohou jinak bezhmotné silové částice nabývat hmotnosti, ale brzy se ukázalo, že něco velmi podobného je zodpovědné i za hmotnosti částic hmoty.

Způsob, jakým Higgsovo pole interaguje s jinak bezhmotnými bosonovými poli, a způsob, jakým interaguje s bezhmotnými fermionovými poli, není stejný (ten druhý se nazývá Yukawova interakce, pojmenovaná po japonském fyzikovi Hidekim Yukawovi). Přesto je zřejmé, že Higgsovo pole hraje zásadně důležitou roli. Bez něj by jak hmota, tak silové částice neměly žádnou hmotnost. Hmota by nemohla být konstruována a nic v našem viditelném vesmíru by nemohlo být.

V populární knize The God Particle: Pokud je vesmír odpovědí, jaká je otázka?, která poprvé vyšla v roce 1993, americký fyzik Leon Lederman (píšící spolu s Dickem Teresim) vysvětlil, proč zvolil tento název:

Tento boson je pro dnešní stav fyziky tak zásadní, tak klíčový pro naše konečné pochopení struktury hmoty, a přitom tak nepolapitelný, že jsem mu dal přezdívku: Boží částice. Proč božská částice? Ze dvou důvodů. Zaprvé, nakladatel nám nedovolil, abychom ji nazvali Zatracená částice, ačkoli by to byl vzhledem k její zlotřilé povaze a nákladům, které způsobuje, vhodnější název. A za druhé, je tu jakási souvislost s jinou knihou, mnohem starší…

Lederman dále citoval úryvek z knihy Genesis.

Jedná se o přezdívku, která je nadále hojně používána populárně vědeckými spisovateli a novináři. Je to název, který se vžil. Většině fyziků se zřejmě nelíbí, protože podle nich přehání význam Higgsova bosonu (klíčové je právě Higgsovo pole). V osobních pamětech nazvaných Můj život jako boson Peter Higgs vysvětlil, jak se dlouho hledaná částice dostala k jeho jménu, a definoval její status jako: „Nejhledanější částice fyziky.“

„Bůh“ nebo „nejhledanější“, je to částice, kterou fyzikové jistě zoufale hledali. Otázkou nyní je, zda bude práce Petera Higgse oceněna jiným způsobem, třeba Nobelovou cenou?

.