Jim Baggott jest autorem książki Higgs: The Invention and Discovery of the 'God Particle’ i niezależnym pisarzem naukowym. Był wykładowcą chemii na Uniwersytecie w Reading, ale odszedł, aby kontynuować karierę biznesową, gdzie najpierw pracował w Shell International Petroleum Company, a następnie jako niezależny konsultant biznesowy i trener. Jego liczne książki obejmują Atomic: The First War of Physics (Icon, 2009), Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory (OUP, 2003), A Beginner’s Guide to Reality (Penguin, 2005) oraz A Quantum Story: A History in 40 Moments (OUP, 2010).

Przeczytaj zbiór jego wpisów na blogu, świętujących premierę jego nowej książki, na OUPblog.

4 lipca 2012 roku naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) CERN w Genewie ogłosili odkrycie nowej cząstki elementarnej, która ich zdaniem jest zgodna z długo poszukiwanym bozonem Higgsa, znanym również jako „cząstka Boga”. Nasze zrozumienie fundamentalnej natury materii – wszystkiego w naszym widzialnym wszechświecie i wszystkiego, czym jesteśmy – ma wykonać ogromny skok naprzód.

Czym więc jest bozon Higgsa i dlaczego nazywa się go „cząstką Boga”? Pisarz naukowy Jim Baggott, którego książka Higgs: the Invention and Discovery of the 'God Particle’, zawiera niektóre z tych odpowiedzi.

Wiemy, że fizyczny wszechświat jest zbudowany z elementarnych cząstek materii (takich jak elektrony i kwarki) i cząstek, które przenoszą siły między nimi (takich jak fotony). Cząstki materii mają właściwości fizyczne, które klasyfikujemy jako fermiony. Cząstki sił są bozonami.

W kwantowej teorii pola, cząstki te są reprezentowane w kategoriach niewidzialnych „pól” energii, które rozciągają się w przestrzeni. Pomyśl o swoich doświadczeniach z dzieciństwa, kiedy bawiłeś się magnesami. Kiedy zbliżasz do siebie północne bieguny dwóch magnesów sztabkowych, czujesz, że opór między nimi rośnie w siłę. Jest to wynik interakcji dwóch niewidzialnych, ale bardzo realnych pól magnetycznych. Siła oporu, której doświadczasz, gdy popychasz magnesy, jest przenoszona przez niewidzialne (lub „wirtualne”) fotony przechodzące między nimi.

Materia i cząstki siły są następnie interpretowane jako fundamentalne zaburzenia tych różnych rodzajów pól. Mówimy, że te zakłócenia są 'kwantami’ pól. Elektron jest kwantem pola elektronowego. Foton jest kwantem pola elektromagnetycznego, i tak dalej.

W połowie lat sześćdziesiątych kwantowe teorie pola były stosunkowo niepopularne wśród teoretyków. Teorie te zdawały się sugerować, że nośnikami sił powinny być wszystkie bezmasowe cząstki. Nie miało to większego sensu. Taki wniosek jest słuszny dla fotonu, który przenosi siłę elektromagnetyzmu i rzeczywiście jest bezmasowy. Ale uważano, że nośniki słabej siły jądrowej, odpowiedzialnej za pewne rodzaje radioaktywności, muszą być dużymi, masywnymi cząstkami. Skąd więc wzięła się masa tych cząstek?

W 1964 roku pojawiły się cztery prace badawcze proponujące rozwiązanie. Co jeśli, jak sugerowały te prace, wszechświat jest przenikany przez inny rodzaj pola energetycznego, takiego, które wskazuje (narzuca kierunek w przestrzeni), ale nie pcha ani nie ciągnie? Pewne rodzaje cząstek siłowych mogłyby oddziaływać z tym polem, zyskując w ten sposób masę. Jedną z tych prac, autorstwa angielskiego teoretyka Petera Higgsa, zawierała przypis sugerujący, że takie pole mogłoby również posiadać fundamentalne zaburzenie; kwant pola. W 1967 roku Steven Weinberg (a następnie Abdus Salam) wykorzystał ten mechanizm do opracowania teorii łączącej siły elektromagnetyczne i słabe siły jądrowe. Weinberg był w stanie przewidzieć masy nośników słabej siły jądrowej – bozonów W i Z. Cząstki te zostały znalezione w CERN-ie. Cząstki te zostały znalezione w CERN około 16 lat później, z masami bardzo zbliżonymi do pierwotnych przewidywań Weinberga.

Do około 1972 roku nowe pole było określane przez większość fizyków jako pole Higgsa, a jego kwant pola został nazwany bozonem Higgsa. Mechanizm Higgsa” stał się kluczowym składnikiem tego, co miało stać się znane jako model standardowy fizyki cząstek elementarnych.

Pole Higgsa zostało wynalezione, aby wyjaśnić, w jaki sposób bezmasowe cząstki siły mogą uzyskać masę, ale wkrótce okazało się, że coś bardzo podobnego jest odpowiedzialne również za masy cząstek materii.

Sposób, w jaki pole Higgsa oddziałuje z bezmasowymi polami bozonów i sposób, w jaki oddziałuje z bezmasowymi polami fermionów nie jest taki sam (to ostatnie nazywane jest oddziaływaniem Yukawy, od nazwiska japońskiego fizyka Hideki Yukawy). Niemniej jednak, pole Higgsa ma do odegrania bardzo ważną rolę. Bez niego zarówno materia, jak i cząstki sił nie miałyby masy. Masa nie mogłaby być skonstruowana i nic w naszym widzialnym wszechświecie nie mogłoby nią być.

W swojej popularnej książce The God Particle: If the Universe is the Answer, What is the Question?, opublikowanej po raz pierwszy w 1993 r., amerykański fizyk Leon Lederman (pisząc wspólnie z Dickiem Teresim) wyjaśnił, dlaczego wybrał taki właśnie tytuł:

Bozon ten jest tak kluczowy dla dzisiejszej fizyki, tak istotny dla naszego ostatecznego zrozumienia struktury materii, a jednocześnie tak nieuchwytny, że nadałem mu przydomek: Boska Cząstka. Dlaczego Boska Cząstka? Z dwóch powodów. Po pierwsze, wydawca nie pozwolił nam nazwać jej Cząstką Boga, choć byłby to bardziej odpowiedni tytuł, biorąc pod uwagę jej nikczemną naturę i koszty, jakie powoduje. A po drugie, istnieje pewien związek z inną książką, znacznie starszą…

Lederman zacytował fragment z Księgi Rodzaju.

Jest to pseudonim, który nadal jest powszechnie używany przez pisarzy i dziennikarzy popularnonaukowych. Jest to nazwa, która utknęła. Większość fizyków zdaje się jej nie lubić, ponieważ uważają, że wyolbrzymia znaczenie bozonu Higgsa (to pole Higgsa jest kluczowe). W osobistym pamiętniku zatytułowanym „My Life as a Boson” (Moje życie jako bozon) Peter Higgs wyjaśnił, w jaki sposób długo poszukiwana cząstka została nazwana jego imieniem, określając jej status jako „najbardziej poszukiwanej cząstki fizyki”

„Bóg” czy „najbardziej poszukiwana”, jest to cząstka, której odnalezienia fizycy z pewnością bardzo pragnęli. Pytanie brzmi teraz: czy praca Petera Higgsa zostanie doceniona w inny sposób, być może Nagrodą Nobla?

.