Težko si predstavljam kaj lepšega, kot je odkrivanje novih svetov

V internetnih časih se zdi, da inovativnost stanuje v silicijevi dolini ali se zadržuje na spletnih platformah za množično financiranje, kakršna je kickstarter. Inovativni podjetnik si izmisli privlačen izdelek ali storitev, pridobi milijon uporabnikov in prepriča vlagatelje, da ga podprejo z dolarskimi milijoni. Posameznik pa lahko v domači garaži ustvari poslovni imperij, obogati in postane globalni tehnomedijski zvezdnik.

Takšne zgodbe so privlačne, vendar inovacije in razvoj večinoma ne sledijo receptom kalifornijske ideologije.

Švicarski fizik Peter Jenni, ki mu je Univerza v Novi Gorici podelila častni doktorat za izjemne znanstvene dosežke na področju eksperimentalne fizike osnovnih delcev, je predstavnik zelo drugačnega raziskovalnega modela. V laboratoriju Evropske organizacije za jedrske raziskave Cern si je začel že konec sedemdesetih let prizadevati za gradnjo velikega hadronskega trkalnika (Large Hadron Collider ali LHC), kjer so leta 2012 dokazali Higgsov bozon. V obrazložitvi Nobelove nagrade za fiziko, ki sta jo leta 2013 prejela Peter Higgs in François Englert, pa je odbor posebej izpostavil mednarodno raziskovalno skupino Atlas, ki jo je Jenni vodil skoraj petnajst let.

Tako velikih znanstvenih poskusov ni mogoče uresničiti brez mednarodnega povezovanja, sodelovanja in financiranja, je prepričan Jenni. Raziskave supersimetrije, nevtrinov, antimaterije in drugih nenavadnih pojavov v svetu osnovnih delcev ne moremo že čez nekaj let uporabiti v privlačnih potrošniških izdelkih in storitvah, kar zanima zasebne vlagatelje in podjetja. Hkrati potrebujemo za delo s trkalnikom izjemno veliko znanja, ki so ga v Cernu pridobivali več desetletij. Zato ni dovolj, če si velika država postavi lasten trkalnik in pričakuje, da bo v nekaj letih odkrila neznan osnovni delec.

Predstavljajte si, da vas po razglasitvi Nobelove nagrade pokličejo organizatorji navdihovalniških dogodkov TED in vas prosijo, da v petnajstih minutah predstavite pomen odkritja Higgsovega bozona. Kako bi razložili pomembnost tega eksperimenta?

Vabilu bi se poskusil izogniti, saj nisem oboževalec predavanj, v katerih je treba več deset let dela in znanstvenih raziskav povzeti v petnajstih minutah in pri tem še navdušiti laično občinstvo. Če pa bi kljub temu moral pripraviti takšno predavanje, bi najverjetneje govoril o čudovitem svetu fizike osnovnih delcev, v katerega smo pred dvema letoma pokukali z našim velikim hadronskim trkalnikom.

Kakšen je ta svet?

Danes vemo, da materija ni sestavljena samo iz atomov, ampak poznamo še veliko manjše delce: osnovne delce. Na dva tipa osnovnih delcev – fermione in bozone – učinkujejo štiri temeljne naravne sile. Prvi dve sili, ki ju poznamo tudi v otipljivem fizičnem svetu, sta gravitacija in elektromagnetna sila. Drugi dve sili pa delujeta znotraj atoma: močna sila, ki povezuje protone in nevtrone, ter šibka sila, ki jo spremljamo pri razpadu radioaktivnih elementov. Vendar je v tej elegantni razlagi sveta osnovnih delcev in sil nekaj manjkalo. Fiziki so sprva domnevali, da osnovni delci nimajo mase, a so jim izračuni kazali, da to ne drži. Fotoni in gluoni res nimajo mase, imajo pa jo elektroni in kvarki. Imajo jo tudi neznani novi delci z zelo veliko maso, ki jih še niso znali zaznati in izmeriti.

Skrivnostni bozoni?

Teoretska fizika Peter Higgs in François Englert sta pred petdesetimi leti objavila vsak svoj znanstveni članek, v katerih sta predstavila hipotezo, zakaj imajo nekateri osnovni delci maso in drugi ne. Higgs je zapisal, da se ti delci gibljejo v posebnem polju, ki mu danes pravimo Higgsovo polje. To polje je sestavljeno iz bozonov. Fotoni in gluoni se ne gibljejo skozi Higgsovo polje in ne trčijo v bozone, zato nimajo mase. Preostali osnovni delci pa v Higgsovem polju pridobijo maso. Njihovi teoretski argumenti so zveneli prepričljivo, čeprav tega polja ni mogel dokazati z meritvami. A je že tedaj nakazal fizikalni poskus, s katerim bi bilo mogoče potrditi ali ovreči obstoj polja in veljavnost njihove teorije.

Za takšen poskus pa bi potreboval veliki hadronski trkalnik?

Dosedanji pospeševalniki niso bili dovolj močni, da bi omogočili pogled v Higgsovo polje, z našim trkalnikom pa se je to zdelo teoretično mogoče. Znanstveniki so domnevali, da bi bilo mogoče z dovolj veliko količino energije za kratek čas prodreti v to polje, pri čemer bi nastali Higgsovi bozoni. Oziroma – ostali bi ostanki njihovega razkroja, ker izginejo skoraj takoj po nastanku in jih ni mogoče videti ali zaznati z današnjimi merilnimi napravami. Zato smo pripravili poskus, v katerem nam je uspelo zgostiti dovolj energije in izmeriti dovolj trkov, da smo našli ostanke bozona in z meritvami potrdili Higgsove napovedi. To odkritje je bilo izjemno pomembno, saj pomeni pomemben argument za veljavnost standardnega modela fizike, ki se mu izmika samo še gravitacija. V drugem delu predavanja pa bi opisal naše izkušnje z razvojem in upravljanjem velikega hadronskega trkalnika, če bi mi po tej skrajno poenostavljeni razlagi sploh še ostalo kaj časa (nasmešek).

Izkušnje?

Pospeševalnik ni samo velikansko orodje, ki ga zgradite, najamete znanstvenike in začnete odkrivati nove osnovne delce. Našega trkalnika ne bi mogli uporabljati, če ne bi v tridesetih letih izobrazili več kot dva tisoč inženirjev in raziskovalcev, ki znajo upravljati tako kompleksen fizikalni laboratorij in za nekaj trenutkov zagotoviti razmere, v katerih je morda nekoč nastalo vesolje. Brez dvajsetih držav, ki so vključene v Evropsko organizacijo za jedrske raziskave (Cern), pa ne bi bilo mogoče trajnostno financirati tako velike raziskovalne platforme, pri kateri sodeluje skoraj deset tisoč znanstvenikov z vsega sveta in med katerimi so že dolgo tudi slovenski. Izkušnje, urejeno financiranje in mednarodno sodelovanje so bili zato enako pomembni za odkritje Higgsovega bozona kot sam trkalnik.

So države še pripravljene financirati takšno raziskovalno infrastrukturo ali morate tudi v Cernu pridobiti vse več raziskovalnega denarja s projekti ali naročili za zasebna podjetja?

Bazične raziskave na področju osnovnih delcev so večinoma preveč neoprijemljive za zasebna podjetja in jih ni mogoče neposredno uporabiti v komercialnih izdelkih ali storitvah, zato smo kljub nekaterim zasebnim naročnikom odvisni predvsem od javnega denarja. Države seveda varčujejo tudi pri izdatkih za znanost in politikov ni vedno lahko prepričati, da je naše delo pomembno. Vendar se naše članice na srečo zavedajo, da so bazične raziskave ključna sestavina znanstvenega razvoja, čeprav ni mogoče vnaprej obljubiti rezultatov in revolucionarnih odkritij. V Cernu smo ravno praznovali šestdeseto obletnico, kar je lep dokaz političnega poguma številnih ministrov in drugih nacionalnih odločevalcev, ki so vedeli, da brez močnih raziskovalnih ustanov ne bomo mogli izobraziti novih generacij znanstvenikov, inženirjev in študentov, ki bodo premikali meje človeškega znanja.

Ali tudi v Cernu poznate značilne težave bruseljske evrokracije: kompromise, birokratsko razmišljanje in prikrito uveljavljanje interesov velikih članic?

Reciva, da sem se moral kot koordinator projekta Atlas zelo veliko pogovarjati z vsemi udeleženci, kar ni bilo vedno preprosto. Med znanstveniki je – podobno kot med državami – veliko tekmovalnosti, različnih interesov in tudi boja za prestiž. Nekatere je bolj zanimal bozon, drugi bi se raje ukvarjali z nevtrini ali protoni. Zato smo morali v Cernu postaviti učinkovit mehanizem, kako med številnimi predlogi in pobudami izbrati tiste, ki jih bomo podprli in jim omogočili uporabo pospeševalnika. Z mednarodnim sistemom financiranja in dolgoročnimi zavezami pa smo se zavarovali pred možnostjo, da bi bili zaradi spremenjenih političnih prioritet v posamičnih članicah ogroženi naši projekti. Če je projekt odvisen samo od ene države, takšne stabilnosti ni mogoče zagotoviti, tudi če gre za velesilo.

Bi se ZDA, Rusija ali Kitajska res lahko odločile za gradnjo več milijard evrov vrednega trkalnika in potem opustile projekt?

Za Kitajsko in Rusijo ne vem, v ZDA pa se je to že zgodilo. V zgodnjih devetdesetih so začeli načrtovati podoben veliki hadronski trkalnik, kot ga imamo v Evropi. Vendar so kljub velikanskim naložbam po menjavi vladne administracije opustili projekt in za kar nekaj časa prekinili razvoj celotne veje fizike osnovnih delcev. V fiziki delcev je še veliko neznank, ki jih ne moremo raziskovati v Cernu, ampak bomo potrebovali nove namenske pospeševalnike. Zato upam, da se bodo tudi največje svetovne ekonomije odločile za mednarodne projekte in ne bodo vsi hoteli graditi lastnih hadronskih trkalnikov ter jih uporabljati samo zase. Takšen način dela ni učinkovit in ne spodbuja intelektualne izmenjave, ki je ključna za nova pomembna odkritja.

V znanosti velja, da vsako veliko odkritje prinese še več novih vprašanj. Katera vprašanja je odprlo odkritje Higgsovega bozona?

V Cernu nas čaka še veliko raziskav bozona, saj načrtujemo nove poskuse vse do leta 2035. Poleg tega bomo morali predvidoma prihodnje leto izboljšati tudi prvotni poskus, saj je trkalnik pred dvema letoma delal s precej zmanjšano močjo, ker ga vzdrževalci za vsak primer niso hoteli preveč obremeniti. To pa pomeni, da smo ustvarili precej manj bozonov, ki nastanejo samo na vsakih nekaj milijard trkov. Ko bomo pognali trkalnik s polno močjo, nas morda čakajo nova presenečenja.

Prvi rezultati kažejo, da bomo morda s pomočjo Higgsovega modela bolje razumeli tudi skrivnostne nevtrine, za katere vemo samo, da imajo izjemno malo mase in da domnevno potujejo hitreje od svetlobe. Za fiziko nevtrinov se zelo zanimajo v ZDA in na Japonskem, kjer razmišljajo o gradnji mednarodnega linearnega trkalnika ter drugih naprav za proučevanje nevtrinov in ustvarjanje nevtrinskih žarkov.

Zelo zanimivo je tudi vprašanje, ali je pred velikim pokom vsak osnovni delec imel tudi svoj par – svoj antidelec. Ta mehanizem pa je verjetno ključen za razumevanje antimaterije, ki je že dolgo moja velika strast.

Britanski futuristični pisatelj Arthur Clarke je pred petdesetimi leti zapisal, da dovolj napredne tehnologije ljudje ne znajo več ločiti od čarovnije. Ali sodi tudi antimaterija med takšne čarovnije?

V fiziki osnovnih delcev res razmišljamo o pojmih in pojavih, ki si jih z običajnimi človeškimi izkustvi in čutili težko predstavljamo. Vendar ni v naši znanosti ničesar mističnega, ampak poskušamo zgolj na znanstven način in z znanstvenimi dejstvi pojasniti naravne pojave, ki jih še ne razumemo. Zelo blizu mi je misel, ki jo je britanski pisatelj Arthur Conan Doyle pripisal svojemu slavnemu literarnemu detektivu Sherlocku Holmesu. Ko ovržemo vse napačne domneve, ostane samo še resnica, naj se nam zdi še tako malo verjetna (nasmešek). To je zame eden izmed najboljših opisov znanstvene metode in ga velikokrat uporabim, kadar me kdo obtoži, da poskušamo arogantni fiziki z našo znanostjo odčarati svet in ga oropati njegove skrivnostne lepote. Tak pomislek težko razumem, saj je radovednost ena najpomembnejših človeških lastnosti, in težko si predstavljam kaj lepšega, kot je odkrivanje novih svetov – v umetnosti, filozofiji ali znanosti. Zato ni zame vesolje nič manj fascinantno, če ga malo bolje razumem. Prej nasprotno.

So vas znanci kdaj vprašali, ali lahko med iskanjem božjega delca v Cernu res po nesreči ustvarite malo črno luknjo, ki bo pogoltnila naš planet?

Nenehna uporaba izraza »božji delec« me je precej bolj motila kot tabloidni članki o črni luknji, ki da jo bomo ustvarili v Cernu. Črna luknja je popolna neumnost, z božjim delcem pa nam je ameriški kolega Leon Lederman nehote povzročil kar nekaj težav, ko ga je leta 2006 uporabil v naslovu svoje knjižne uspešnice o Higgsovem bozonu.

Založnik je verjetno pomislil, da božji delec zveni precej bolje kot Higgsov bozon …

Verjetno, ampak je ta metafora popolnoma zgrešena, saj nam Higgsov bozon ne pove ničesar o bogu ali znanosti, le kako versko čustvo lahko užali.

Katero skrivnost vesolja si še želite bolje razumeti – poleg antimaterije?

Imel sem veliko srečo, da sem lahko sodeloval pri nekaterih velikih odkritjih, ki so utrdila standardni fizikalni model. V osemdesetih letih smo odkrili bozone Z in W, zdaj pa še Higgsov bozon. Vendar sem ves čas upal, da bomo lahko s hadronskim trkalnikom odgrnili vsaj kako plast skrivnostne antimaterije. Že v študentskih letih so me pritegnile raziskave ameriške astronomke Vere Rubin, ki je opazovala gibanje galaksij in ugotovila, da se galaksije obnašajo drugače, kot bi se morale po tedaj veljavnih izračunih. V sedemdesetih letih je to nenavadno gibanje pojasnila s teorijo o temni snovi. Astronomi domnevajo, da je v vesolju približno petkrat več snovi, kot jo lahko vidimo. Z našim trkalnikom bomo morda nekoč znali dokazati to skrivnostno snov, ki je verjetno nastala ob začetku vesolja, in dodali še eno sestavljanko, ki manjka standardnemu modelu. Ali pa ga podrli, kar bi bilo še veliko bolj zanimivo.

Podrli?

S kolegi smo se večkrat šalili, kaj bi se zgodilo, če bi nam poskus s hadronskim trkalnikom popolnoma uspel in bi vse potekalo po načrtih, ampak kljub temu ne bi našli dokazov za Higgsov bozon. To bi pomenilo, da moramo morda znova premisliti nekatere temelje v teoriji fizike osnovnih delcev, ki so veljali zadnjih petdeset let. V resnici bi bilo takšno neodkritje veliko bolj prelomno kot obstoj Higgsovega bozona. Ampak si raje ne predstavljam, kako bi moj naslednik razložil odboru za finance, da je petnajstletno neuspešno iskanje novega delca pravzaprav uspeh. Nisem prepričan, da bi plačniki dobro sprejeli takšno vesoljno ironijo (nasmešek).