Bosonul Higgs și quarcul top cuplați împreună infirmă așteptările evoluționiștilor

de: Mary Beth De Repentigny
tradus de Cristian Monea (Centrul De Studii Facerea Lumii)

Introducere

wikipedia.org

Începând cu 4 iunie 2018, noi rezultate de la cele două detectoare de particule operate independent la Large Hadron Collider (LHC) din Geneva, Elveția, stabilesc generarea bosonului Higgs împreună cu quarcii top. Un raport din revista prestigioasă Nature susține:

Observațiile au arătat direct—pentru prima dată—că forța interacțiunilor dintre Higgs și quarcul top este în concordanță cu așteptările Modelului Standard. ¹

CMS al Consiliului European pentru Cercetare Nucleară (CERN) a publicat rezultatele², în timp ce sora sa cunoscută drept ATLAS, tot la CERN, tocmai a prezentat, de asemenea, noi rezultate pentru publicare.³ Ambele echipe au atins semnificația statistică care depășește standardul de aur de cinci abateri standard. Aceste rezultate s-au dovedit a fi suficiente pentru a demonstra că interacțiunea quarcului cu câmpul Higgs determină quarcii să aibă masă. Deși fizicienii au avut dovezi indirecte despre aceasta de ceva timp, avem acum o dovadă directă că această ipoteză este corectă. Măsurătorile de precizie ale bosonului Higgs de tipul acesta, oferă noi indicii privind locul în care să căutăm noi legi ale fizicii. Deci, ce fel de fizică nouă caută fizicienii și de ce această căutare ferventă?

Masa nefirească a lui Higgs

Nimeni nu știe motivul pentru care unele particule interacționează puternic cu câmpul Higgs, oferindu-le o masă mare, în timp ce alte particule interacționează slab, oferindu-le o masă mai mică. Aceste concentrații, așa-numite de cuplare, sunt tratate drept constante ale naturii care trebuie măsurate. Conform teoriei relativiste a câmpurilor cuantice (QFT—Quantum Field Theory), masa Higgs ar trebui să fie de 10¹⁷ (o sută de milioane de miliarde de ori) mai mare decât 126 GeV, care a fost observată la Large Hadron Collider, datorită interacțiunilor mecanice cuantice (QM—quantum mechanics) de-a lungul câmpurilor cuantice de bază. Acest lucru trebuie să însemne că interacțiunile QM care dau mari contribuții pozitive, de ordinul zecilor de cifre, la masa Higgs au adăugat la contribuțiile negative, de ordinul zecilor de cifre, pentru a da particulei Higgs masa sa mică (compartiv, masa protonului = 0,938 GeV).

Scenariu de coșmar în fizică

Masa Higgs curentă, pe care am observat-o la LHC, este masa rămasă plus corecțiile cuantice prognozate de QFT. Fizicienii sunt lăsați să explice modul în care factorii pozitivi și negativi ai acestor corecții cuantice, toate de ordinul zecilor de cifre, au fost anulați în mod magic, lăsând în urmă o valoare extraordinar de mică. „Se pare că este inevitabilă confruntarea cu scenariul ‚de coșmar’ și prăbușirea fără precedent a deceniilor de muncă speculativă.”⁴ Coșmarul apare, deoarece LHC nu a oferit nicio cale spre o teorie a naturii care să satisfacă mai bine punctul de vedere evolutiv al Big Bang-ului. Creaționiștii, pe de altă parte, pot visa frumos.

Câmpul Higgs a fost inițial conceput pentru a face consecvent Modelul Standard (SM) al fizicii particulelor. Modelul Standard este o colecție de teorii care cuprind toată înțelegerea actuală a particulelor și forțelor fundamentale. Este susținut de o mulțime de dovezi experimentale, făcând predicții care se potrivesc experimentelor până la o parte din 10 miliarde. Fără câmpul Higgs pentru a da masă particulelor, SM ar face predicții fără sens, cum ar fi probabilități mai mari de 1 pentru unele interacțiuni. Odată cu descoperirea bosonului Higgs, în 2012, modelul standard (SM) al fizicii particulelor este acum complet. S-ar putea crede că toată lumea ar trebui să sărbătorească această realizare de referință pentru fizica energiilor înalte. Dimpotrivă, reacția singulară a fizicianului de particule Kyle Cranmer exprimă sentimentele multora dintre colegii săi:

„Nu ne place.”⁵

Supersimetria la salvare

Teoria supersimetriei spune că fiecare particulă din Modelul Standard are un geamăn supersimetric greu: pentru electron există ipoteticul „selectron“, pentru quarc există un „squarc“, și așa mai departe. Dacă supersimetria este corectă, ar trebui să existe un nou set întreg de particule elementare de descoperit. Acești super-parteneri supersimetrici (SUSY) ar da corecții cuantice cu semne opuse față de masa Higgs. Astfel, cu SUSY, nu ar fi nefiresc ca masa bosonului Higgs să fie evaluată la valoarea de 126 GeV. Nu începeți să simțiți că fizica își pierde obiectivitatea cu SUSY? Un articol din Evolution News & Science Today susține că fizicienii par să „extindă seturi de ipoteze pentru a evita unele idei metafizice jenante.“⁶ Scientific American raportează în mod clar motivul pentru care fizicienii s-au îndrăgostit de SUSY, „de departe cea mai mare motivație pentru a studia supersimetria—rezolvă enigma generată de problema ierarhiei Higgs.“⁷ Cu alte cuvinte, fizicienii caută fervent particule supersimetrice la LHC, deoarece SUSY explică de ce masa Higgs este scăzută în „mod natural“, fără niciun reglaj fin.

În ciuda efortului enorm de a căuta semne de supersimetrie în datele LHC, nu a apărut până acum niciunul. Dacă supersimetria este responsabilă pentru menținerea micșorării masei Higgs, atunci sparticulele ar trebui să apară la energii care nu sunt mult mai mari decât masa Higgs. Faptul că nu s-au găsit deja elimină multe forme de SUSY. Profesorul Chris Parkes, purtătorul de cuvânt al Regatului Unit la experimentul LHCb, a declarat pentru BBC News: „Supersimetria poate să nu fie moartă, dar aceste rezultate au pus-o cu siguranță în spital.”⁸ El adaugă că superparticulele „nu mai au locuri unde să se ascundă.”

Dragan Hajduković se plânge de situația în care se găsesc fizicienii de particule:

 După trei ani de muncă la LHC, descoperirile experimentale confirmă cu tărie Modelul Standard și aproape că au eliminat supersimetria ca o teorie fizică posibilă… Criza actuală este agravată de faptul că dominația lungă a teoriilor supersimetrice a suprimat în mare măsură gândirea alternativă.⁴

Supersimmetria este moartă… sau nu este?

Gian Francesco Giudice

Fizicienii s-au adunat la Copenhaga pe 22 august 2016, pentru a rezolva un pariu pe supersimetrie. Pariul inițial a fost făcut în 2000, când a început construcția lui Large Hadron Collider. Douăzeci de fizicieni renumiți au semnat „Da”, că cel puțin o particulă SUSY va fi detectată experimental într-o anumită perioadă de timp, în timp ce douăzeci și patru de fizicieni au semnat „Nu”. În calitate de pierzători declarați, fiecare care a semnat „Da” a fost obligat să cumpere câștigătorilor, care au semnat „Nu”, o sticlă de cognac bun în valoare de cel puțin 100 de dolari.

Cu toate acestea, nu toți teoreticienii sunt gata să recunoască faptul că supersimetria este moartă. „Faptul că Higgs se potrivește Modelului Standard înseamnă că fizica nouă este mai sus pe scara energetică. Știm că este acolo, pur și simplu nu știm dacă o vom descoperi mâine sau următorul deceniu”, a declarat Guido Tonelli, profesor la Universitatea din Pisa din Italia și lider în vânătoarea Higgs.⁹

Trucul este că supersimetria nu poate fi niciodată complet respinsă:

 Aceasta poate fi mereu modificată, astfel încât sparticule să apară numai la energiile care nu sunt la îndemâna celor mai bune acceleratoare de particule existente. Cu toate acestea, cu cât sunt aplicate mai multe astfel de modificări, cu atât mai mult ele reduc eleganța pentru care teoria este admirată.¹⁰

Gian Giudice, șeful departamentului teoretic al CERN, admite că acestea sunt momente dificile pentru fizicienii teoreticieni: „Speranțele noastre par a fi fost spulberate. Nu am găsit ce vrem.”⁹

Cu privire la noua declarație CERN din 4 iunie 2018 privind cuplarea quarcului superior și Higgs, deși analiza datelor nu este încă completă, în acest moment pare puțin probabil că vor apărea altceva mai mult decât anomalii statistice.¹¹

Masa Higgs redusă invocă raționamentul antropic

Până în prezent, Large Hadron Collider nu a descoperit nicio fizică nouă pe lângă particula Higgs. Legile naturii s-au dovedit a fi „naturale” în modul în care majoritatea fizicienilor de particule au dorit să fie. Această dorință se datorează faptului că fizicienii pot vedea că există două explicații logic realizabile pentru ajustarea fină „nefirească” a masei Higgs. Fie:

1. există un Dumnezeu și El a creat universul foarte bine reglat pentru viață așa cum o știm, sau
2. există un ansamblu foarte larg de universuri acolo și noi pur și simplu se întâmplă să fim în universul potrivit pentru viață așa cum o știm. Această colecție de universuri este denumită, în mod obișnuit, „multivers”.

În cadrul Multiversului ipotetic, legile fizicii ar fi diferite în fiecare univers:

Din toate aceste universuri, numai cele cu bosoni Higgs ușori, accidental, vor permite formarea atomilor și, astfel, vor da naștere unor ființe vii. Dar acest argument ‚antropic’ este displăcut pentru faptul că nu poate fi testat.¹²

Reglarea finală nu mai este o problemă pentru fizicienii care cred în existența nefalsificată a Multiversului. Prin plasarea credinței lor în șansă și a unui număr foarte mare de universuri, fizicienii evoluționiști nu mai trebuie să explice de ce masa Higgs este scăzută în universul nostru. Astfel încearcă să șteargă amprentele lui Dumnezeu din creația Lui.

Pe de altă parte, fizicienii creștini pot proclama cu încredere că lucrurile create, pe care le studiază, indică în mod clar atributele invizibile ale lui Dumnezeu, și anume puterea Sa veșnică și Dumnezeirea. Ca martori ai creației, nimeni nu are scuză pentru necredința în Dumnezeul Creator.