כוס התה של היקום

01.03.1999
מעבדת גלאי החלקיקים במכון. מימין לשמאל: מאיר שועה, פרופ' גיורא מיקנברג, ופרופ' עילם גרוס
 
היה היה יקום פשוט. היו בו מעט מאוד סוגי חלקיקים שביניהם פעל כוח בסיסי אחד -וזה הכל. זה היה יקום חם ואנרגטי מאוד, והוא הצליח להתקיים זמן קצר מאוד, שניות בודדות לאחר המפץ הגדול. ככל שנקפו השניות, התפזרה האנרגיה במרחב המתפשט, והיקום התקרר, ממש כמו כוס תה. היקום המתקרר נעשה מורכב ומסובך יותר מרגע לרגע. החלקיקים הראשוניים, שיכלו להתקיים רק ברמות האנרגיה הגבוהות, "הסתתרו" מאחורי "נציגים" מסוגים שונים, שהתרבו והלכו, תוך שהם מקיימים ביניהם קשרי משפחה מורכבים ולעתים גם טעונים למדי. כך, פחות או יותר, התקדמנו והגענו מהיקום הבראשיתי הפשוט עד לעולם העכשווי, המורכב, שבו אנו יכולים לשבת, ללגום בנחת תה (שגם הוא מתקרר והולך), בעודנו קוראים להנאתנו מאמרים על ענייני מדע.
 
בשביל לא מעט בני-אדם, העולם המורכב שבו אנו חיים, הוא עולם נפלא. אבל הפיסיקאים שבינינו לא מסתפקים במציאות הנראית לעין. הם שואפים לרדת לשורשיה של המציאות הזאת, ולבדוק אם היא באמת מבוססת על הפשטות המרבית, האבודה, של היקום הקדום. את שלל חלקיקי החומר הם שואפים לראות כ"פנים שונות" או "הרכבים שונים" של מעט חלקיקים בסיסיים. את ארבעת הכוחות הידועים הפועלים בין החלקיקים האלה הם שואפים לראות כ"היבטים שונים" של כוח טבע בסיסי אחד ויחיד.
 
אבן דרך חשובה במאמץ המדעי הזה היא איחודם של הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש בכוח בסיסי וקדום יותר, הקרוי הכוח האלקטרו-חלש. החוליה האחרונה החסרה להוכחת האיחוד הזה היא חלקיק נושא-כוח הקרוי "היגס". מדעני המכון, הפועלים במסגרת מרכז נלה וליאון בנוזיו לפיסיקה של אנרגיות גבוהות, משתתפים במאמץ הבין-לאומי לגילויו של חלקיק ה"היגס" (האחראי - ככל הנראה - גם לקיום חלק גדול מהמאסה ביקום). המחקרים האלה מתקיימים במאיץ החלקיקים הגדול בעולם, הקרוי LEP , במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים, סר"ן, שליד ז'נבה. מאיץ זה ממוקם במנהרה מעגלית, 27 קילומטרים אורכה, החפורה בעומק של כמאה מטרים מתחת לפני הקרקע. הפיסיקאים מהמכון, ד"ר דניאל ללוש, ד"ר לורן לוינסון, פרופ' עילם גרוס ופרופ' אהוד דוכובני, בראשותו של פרופ' גיורא מיקנברג מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים, המכהן גם כמנהל מרכז נלה וליאון בנוזיו לפיסיקה של אנרגיות גבוהות, עובדים במעבדה הגדולה באירופה במסגרת הסכמים לשיתוף פעולה מדעי שנחתמו בין מדינת ישראל לבין סר"ן.
 
במאיץ מתחוללות התנגשויות רבות עוצמה בין חלקיקים הנעים בכיוונים מנוגדים. באזור ההתנגשות נוצרת מערכת אנרגטית מאוד, הדומה למצב שהיה קיים בחלקיקי השנייה הראשונים לאחר המפץ הגדול. כתוצאה מכך הופכים חלקיקי החומר לאנרגיה, לפי הנוסחה המפורסמת של אלברט איינשטיין, המתארת את השוויון בין החומר לאנרגיה:E = mc2. לאחר מכן, האנרגיה מתפשטת במרחב והמערכת מתקררת (בדיוק כפי שקרה בתהליך התפתחות היקום). כתוצאה מכך חוזרת האנרגיה והופכת לחלקיקי חומר, העוברים ומשחזרים אותו תהליך רב-שלבי, עד שהם יוצרים את החלקיקים המסוגלים להתקיים במציאות המוכרת לנו. המדענים, העוקבים אחר שלביו השונים של התהליך הזה, לומדים על מבנה החומר ועל התפתחות היקום.
 
הבעיה היא שהחלקיקים האנרגטיים מתקיימים בפרקי זמן קצרים מאוד (שברירי שנייה), כך שכדי להבחין בקיומם יש לזהות את העקבות שהם מותירים אחריהם. למטרה זו בונים המדענים גלאי חלקיקים. כדי לגלות ולזהות את חלקיק ה"היגס", למשל, פיתחו מדעני המכון בראשותו של פרופ' מיקנברג, את גלאי החלקיקים הגזיים הדקים ביותר בעולם. גלאים אלה בנויים כמסגרות שעליהן מתוחים חוטי טונגסטן המצופים זהב.
 

מה, בעצם, מפריד בינינו לבין גילויו של ה"היגס"?

פרופ' גרוס: "זה תלוי, בעיקר, במאסתו של ה'היגס'. ככל שהוא כבד יותר, נידרש ליצור התנגשויות רבות עוצמה יותר כדי לגלותו. המאיץ הקיים כיום בסר"ן מסוגל ליצור התנגשויות בעוצמה מרבית של כמאתיים מיליארד אלקטרון- וולט".
 

ייתכן שה"היגס" כבד מדי בשביל המאיץ הקיים.

פרופ' מיקנברג: "נכון. במקרה הזה ימשיך המאמץ המחקרי באמצעות מאיץ חדש שמותקן עתה במנהרה המעגלית של סר"ן. זהו מאיץ המבוסס על אלקטרומגנטים על-מוליכים, הפועלים בטמפ- רטורות נמוכות מאוד (מינוס 271 מעלות צלסיוס). מאיץ זה ייצור כמיליארד התנגשויות חלקיקים בשנייה בעוצמה שלבטח תספיק כדי ללכוד את החלקיק ה'חמקן' הזה".
 
כדי לגלות את עקבותיהם של החלקיקים שייווצרו במאיץ החדש, פיתחו פרופ' מיקנברג וחברי קבוצת המחקר שהוא עומד בראשה גלאי חלקיקים מתקדמים המסוגלים לזהות ערוצי אלקטרו- נים בכמות הגדולה פי 50 בהשוואה ליכולתם של הגלאים הקודמים. רוב הגלאים מיוצרים במכון במעבדה שבראשה עומד מאיר שועה, בשיתוף פעולה עם מינהלן הפקולטה לפיסיקה, קובי בן-שמואל; שאר הגלאים מיוצרים ביפאן, על פי הנחיות מדעני המכון ובפיקוחם.
 
כך או אחרת, ברור שימיו של ה"היגס" כחלקיק תיאורטי בלבד עומדים להסתיים בקרוב, דבר שעשוי להעביר את הלפיד לתחומים חדשים בפיסיקה. למשל, אם יתברר בסופו של דבר שמאסתו של ה"היגס" קרובה למאה מיליארד אלקטרון-וולט, כי אז יוכח שבעולם קיימת סופר-סימטריה בין חלקיקים נושאי כוח לחלקיקי חומר "גשמיים". משמעות הדבר היא פתיחת עונת ציד חדשה ומלהיבה אחר להקה שלמה של חלקיקים עלומים הממלאים תפקידי מפתח במציאות המרכיבה את עולמנו. באותה עת יוכח שאי-אז, בעבר הרחוק, בשורשי המציאות, קיים כוח בראשיתי אחד ויחיד, שכל הכוחות המוכרים לנו התפצלו ונולדו ממנו במהלך הזמן. תגלית זו תראה גם שייתכן, כי יסוד הקיום החומרי הוא חלקיק חומר דו-ממדי אחד ויחיד - "מיתר-על" - שכל החלקיקים האחרים הם צאצאיו.
 
 
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם