Fysiikkaa pidetään usein kiihkeänä ja puhtaasti objektiivisena toimintana. Miten sitten, ihmetyttää Robert P Crease, selitämmekö Peter Higgsin reaktion, kun hänen nimeään kantava bosoni löydettiin?
Kukaan kuvia nähnyt ei unohda Peter Higgsin vetisiä silmiä. Kuvattu CERNin pääauditoriossa 4. heinäkuuta 2012, video näyttää brittiläisen teoreettisen fyysikon pitelevän kudosta, kun laboratoriopäälliköt ilmoittavat, että Higgsin bosoni on löydetty. Higgs, joka oli tuolloin 83, on turvonnut ja ottaa lasinsa tahratakseen kasvonsa. Mutta paljastavatko nuo kyyneleet erityisen herkän miehen tunteen? Vai osoittavatko ne fyysikon elämälle luontaisia tunnevirtoja?
Oppikirjoissa pitkään säilyneen ja perinteisten tiedefilosofien vahvistaman näkemyksen mukaan fyysikot ovat tutkijoita, jotka on koulutettu soveltamaan fyysisiä ja käsitteellisiä työkaluja luonnon pulmien ratkaisemiseen. Mikä tahansa mieliala heihin iskee työn edetessä, heijastavat vain yksilöiden subjektiivisia reaktioita; esityksen tunnelmilla ei ole merkitystä fysiikan harjoittamisen kannalta. Higgsin täytyy olla yksinkertaisesti kyyneleille altis mies, joten tämä näkemys pätee.
Paljastavatko Peter Higgsin kyyneleet erityisen herkän miehen tunteen? Vai osoittavatko ne fyysikon elämälle luontaisia tunnevirtoja?
Mutta kaiken kattavamman lähestymistavan mukaan tieteeseen, jonka mukaan se ei koostu vain tuotteista vaan myös harjoittajista, kyyneleet ovat erilaisia. Fyysikot kuuluvat elämäntapaan, joka arvostaa luonnon pulmien ratkaisemista – ja mielialat ovat sille elämäntavalle yhtä luontaisia kuin tavallisellekin elämälle. Eläessään maailmassa, jossa luonto näyttää manipuloitavalta ja mitattavissa – ja täynnä ratkaistavia arvoituksia – fyysikot kokevat kaikkea kunnioituksesta, tylsyydestä, hämmennystä ja pettymyksestä masentumiseen, pakkomielle, paineeseen, sokkiin, skeptisyyteen ja paljon muuta.
Higgsin bosonin löytäminen: fysiikassa vertaansa vailla oleva päivä
Tietenkin, nuo tunteet eivät välttämättä eroa siitä, mitä koemme jokapäiväisessä elämässä, mutta ne ovat olennaisia fysiikan elämälle ja siten itse fysiikalle. Itse asiassa fyysikkojen pulmanratkaisumaailma on kuin urheilua, jossa urheilijat tuovat kaikkensa pelin laskuun. Jos huomaat tunteettoman urheilijan jännittävässä ottelussa, oletat, että hän joko piilottaa mielialansa tai on yksinkertaisesti irti. Vastaavasti, jos kohtaat fyysikon, joka on tyytymätön työstään tai takaiskuistaan ja onnistumisistaan, et voi olla ihmettelemättä, kuinka lahjakkaita he todella ovat.
Jopa pahamaineisen välinpitämätön teoreetikko Paul Dirac oli yksityisesti tunnelmallinen, kuten paljasti hänen muistonsa ajasta, jolloin hän tajusi "Poisson-sulujen" todennäköisen merkityksen kvanttimekaniikassa. Koska Dirac ei tiennyt tarpeeksi tästä matemaattisesta operaatiosta eikä löytänyt sitä riittävästi käsiteltynä oppikirjoissaan, hän oli epätoivoinen havaitessaan, että kirjasto oli suljettuna sinä sunnuntaina. Hän joutui odottamaan "kärsimättömästi läpi yön ja sitten seuraavana aamuna", kunnes kirjasto avattiin uudelleen.
Toisinaan tapahtuu jokin dramaattinen ja sensaatiomainen tapahtuma, joka herättää erityisen intensiivisen ja voimakkaan tunteen.
Perinteinen näkemys tieteestä kuitenkin jättää nämä tunnelmat pois, leimaa ne subjektiivisiksi ja hylkää ne joksikin psykologien alalle. Mutta on olemassa "fysiikkamaailma", johon harjoittajat ovat kiinni. Yleensä se on arkipäivää, kuten keskustelua kollegoiden kanssa ja muiden tekemisen oppimista; uusista ideoista kuuleminen, lehtien lukeminen ja tarvikkeiden tilaaminen; uusien hankkeiden suunnittelusta ja toteuttamisesta. Toisinaan tapahtuu kuitenkin jokin dramaattinen ja sensaatiomainen tapahtuma, joka herättää erityisen intensiivisen ja voimakkaan tunteen.
Massajuttu
Ilmoitus Higgsin bosonin löytämisestä oli yksi tällainen tapahtuma. Mikä ratkaiseva pala mitä poikkeuksellista palapeliä! Hiukkasfysiikan vakiomallin arkkitehtuurin luomiseksi piti yhdistää satoja teoreettisia kappaleita, ja kiihdytin- ja ilmaisinteknologian kehitystä vaadittiin vuosikymmeniä. Standardimalliin piti myös sisällyttää kaikki ne omituiset hiukkaset, jotka löydettiin ensin kosmisista säteistä ja sitten vielä enemmän kiihdyttimistä.
Tämä malli vaati teoreetikot kehittämään lukemattomia järjestelmiä näiden hiukkasten järjestämiseksi perheiksi, ja kokeellisten täytyi tunnistaa kaikki perheenjäsenet ja heidän ominaisuudet. Kaikki hiukkasten sisällä ja välillä olevat voimat oli yhdistettävä yhdeksi. Mittarisymmetria ja murtunut symmetria piti keksiä. Aina silloin tällöin kehittyvässä arkkitehtuurissa ilmaantui jokin syvä puute – pariteettirikkomus, lataus–pariteettirikkomus –, joka oli ratkaistava.
Mutta alusta puuttui se, kuinka massa hahmottuu tässä arkkitehtuurissa. Itse välttämättömän idean keksiminen kesti vuosia ja vaati monia näennäisesti toisiinsa liittymättömiä askelia näennäisesti liittymättömiltä aloilta.
Syntymäpäiväbosoni: 10 vuotta elämää Higgs-hiukkasen kanssa
Julian Schwinger havaitsi, että yritykset yhdistää heikkoja ja sähkömagneettisia kenttiä estivät sen tosiasian, että sähköisesti varautuneet bosonit eivät ole massattomia. Yoichiro Nambu havaitsi, että ajatus piilotetusta symmetriasta oli avain suprajohtavuuteen. Jeffrey Goldstone näki, että symmetrian rikkominen luo massattomia bosoneja. Philip Anderson käytti ideoita plasmafysiikasta osoittaakseen, että on mahdollista saada massiivisia bosoneja, kun taas useat muut teoreetikot osoittivat, että bosonit voivat muuttua sellaisiksi absorboimalla Goldstonen bosonia.
Peter Higgsin työ ei vain kuvaillut tällaista bosonia, vaan myös ehdotti tapoja sen tunnistamiseksi kokeellisesti. Kaikki nämä asiat ja monet muut panokset joutuivat sovittamaan tuon kappaleen vakiomallin suunnitelmaan, mikä osoitti, että sen suunnitelma oli hyvä. Ja sitten tuli valtava tekninen ja kokeellinen haaste bosonin metsästämisestä – työ, joka valmistui vuonna 2012 – lähes puoli vuosisataa bosonin ensimmäisen kuvauksen jälkeen.
Kriittinen kohta
Peter Higgs ei ollut yksin kokemassa tunteita sinä päivänä CERNissä tuon hiukkasen julkistamisen aikana. Huoneessa ei tietenkään ollut ainuttakaan tunnelmaa. Jotkut juhlivat löytöä osallistuessaan siihen, tai olivat ylpeitä löydöstä huolimatta työskentelystä toisella alueella CERNissä tai sen ulkopuolella. Toiset ovat saattaneet olla järkyttyneitä siitä, että he ovat yrittäneet – mutta epäonnistuneet – osallistumaan, tai siitä, että heidän panoksensa on jäänyt tunnustamatta. Nämä tunnelmat olivat kaikki läsnä ja erottamattomia fyysikon elämäntavasta.
Higgs oli vain näkyvämpi – ja valpas kameranhoitaja tallensi sen filmille.
