Există ceva în fizică
care mă preocupă de când eram copil.
Și este legat de o întrebare
pe care oamenii de știință și-o pun de aproape 100 de ani,
dar fără răspuns.
Cum se face că cele mai mici corpuri din natură,
particulele lumii cuantice,
se potrivesc cu cele mai mari obiecte din natură:
planete, stele și galaxii ținute laolaltă de forța gravitațională?
Copil fiind, cugetam exact la întrebări de genul acesta.
Mă jucam cu microscoape și electromagneți
și citeam despre forțele corpurilor mici
și despre mecanică cuantică
și mă minunam la cât de bine se potrivea acea descriere
cu observațiile noastre.
Apoi mă uitam la stele
și citeam despre cât de bine înțelegem gravitația
și eram sigur că trebuie să existe un fel elegant
în care aceste două sisteme se potrivesc.
Dar nu există.
Și cărțile ar spune,
da, separat înțelegem mult despre aceste două lumi,
dar când încercăm să le legăm matematic,
nimic nu mai merge.
Și pentru 100 de ani,
niciuna din ideile noastre despre cum să rezolvăm acest dezastru al fizicii
nu a fost susținută de dovezi.
Pentru mine ca și copil
– micuțul, curiosul, scepticul James --
ăsta era un răspuns extrem de nesatisfăcător.
Încă sunt un copil sceptic.
Să sărim acum la decembrie 2015,
cănd m-am trezit în mijlocul lumii fizicii fiind dată peste cap.
Totul a început când noi cei de la CERN am văzut ceva ciudat în date:
un semn al unei noi particule,
o bănuială a unui răspuns posibil extraordinar la această întrebare.
Cred că încă sunt un copil sceptic,
dar acum sunt și un vânător de particule.
Sunt fizician la Large Hadron Collider al CERN,
cel mai mare experiment științific montat vreodată.
E un tunel de 27 de km la granița dintre Franța și Elveția
la 100 de metri adâncime.
În acest tunel
folosim magneți superconductori mai reci decât spațiul cosmic
pentru a accelera protoni până aproape de viteza luminii
și a-i izbi unul de altul de milioane de ori per secundă,
colectând detritul acestor coliziuni
pentru a căuta noi particule fundamentale, nedescoperite.
Design-ul și construcția au costat decenii de muncă
a mii de fizicieni din toată lumea,
iar în vara anului 2015,
am lucrat neobosiți pentru a porni LHC-ul
la cea mai mare energie pe care oamenii au folosit-o vreodată într-un experiment.
Energia mai mare este importantă,
fiindcă la particule există o echivalență între energia și masa particulei,
și masa e doar un număr pus acolo de către natură.
Pentru a descoperi particule noi
trebuie să ajungem la aceste numere mari.
Pentru asta, trebuie să construim
un accelerator cu energie mai mare,
iar cel mai mare și mai puternic din lume
este Large Hadron Collider.
Apoi, ciocnim protoni între ei de milioane de ori,
și colectăm aceste date foarte încet, luni de zile.
Astfel noi particule ar putea apărea în datele noastre ca umflături,
ușoare deviații de la ce ne așteptăm,
mici adunături de puncte care fac o linie să nu fie chiar așa dreaptă.
De exemplu, această proeminență,
după luni de adunat date în 2012,
a dus la descoperirea particulei Higgs
– bosonul Higgs –
și la un premiu Nobel pentru confirmarea existenței lui.
Această creștere în energie în 2015
a reprezentat cea mai mare șansă din istoria speciei noastre
de a descoperi noi particule,
noi răspunsuri la aceste întrebări vechi,
fiindcă era energie aproape dublă față de cât folosisem
când am descoperit bosonul Higgs.
Mulți dintre colegii mei lucraseră întreaga carieră pentru acest moment
și sincer, pentru curiosul de mine,
acesta a fost momentul pe care îl așteptasem întreaga viață.
Deci 2015 a fost momentul așteptat.
În iunie 2015,
LHC-ul este pornit la loc.
Eu și colegii mei ne țineam respirația și ne rodeam unghiile
și apoi am văzut primele coliziuni între protoni
la cea mai mare energie de până atunci.
Aplauze, șampanie, sărbătoare.
Aceasta a fost o realizare pentru știință,
și habar n-aveam ce urma să descoperim în aceste date noi.
Câteva săptămâni mai târziu am găsit o umflătură.
Nu era una foarte mare,
dar era suficient de mare cât să te intrige.
Dar pe o scară de la 1 la 10,
dacă 10 înseamnă că ai descoperit o particulă nouă,
ăsta ar fi un 4.
(Râsete)
Am petrecut ore, zile, săptămâni în întâlniri secrete,
în dezbateri cu colegii asupra acestei umflături,
probând-o cu cele mai nemiloase instrumente ale noastre
ca să vedem dacă rezistă cercetărilor.
Dar chiar după luni de muncă asiduă,
dormind în birouri, fără să mergem acasă,
dulciuri la cină,
cafea cu găleata...
Fizicienii sunt mașinării de transformare a cafelei în diagrame.
(Râsete)
Această mică umflătură era tot acolo.
Deci, după câteva luni,
am prezentat-o lumii cu un mesaj foarte clar:
umflătura asta e foarte interesantă dar nu e definitivă,
așa că să fim atenți la ea cât timp mai adunăm informații.
Încercam să fim foarte calmi în legătură cu ea.
Și lumea i-a acordat atenție oricum.
Știrile au iubit-o.
Oamenii au spus că le amintea de mica umflătură
care a fost arătată pe calea spre descoperirea bosonului Higgs.
Mai mult de atât, colegii mei teoreticieni
– îmi iubesc colegii teoreticieni –
ei au scris 500 de documente despre ea.
(Râsete)
Lumea fizicii particulelor a fost întoarsă pe dos.
Dar ce era cu această protuberanță
care făcea mii de fizicieni să-și piardă calmul?
Această mică umflătură era unică.
Ea indica
că vedeam un număr neașteptat de mare de coliziuni
al căror detrit consta în doar doi fotoni,
două particule de lumină.
Și acest lucru e rar.
Ciocnirile particulelor nu sunt ca cele ale mașinilor.
Au reguli diferite.
Când două particule se ciocnesc aproape la viteza luminii,
lumea cuantică domină.
Și în lumea cuantică,
aceste două particule pot crea o nouă particulă
care trăiește pentru o mică fracțiune de secundă
înainte să se desfacă în altele care lovesc detectorul.
Imaginați-vă o coliziune
între mașini, în care mașinile dispar după impact,
o bicicletă apare în locul lor...
(Râsete)
Și apoi bicicleta explodează în două skateboard-uri
care lovesc detectorul.
(Râsete)
Nu la propriu, sper.
Sunt foarte costisitoare.
Evenimentele în care doar doi fotoni lovesc detectorul sunt foarte rare.
Și datorită proprietăților cuantice speciale ale fotonilor,
există un număr foarte mic de noi particule posibile
– aceste biciclete mitice –
care pot da naștere la doar doi fotoni.
Dar una dintre aceste opțiuni este imensă
și are de a face cu acea întrebare
care mă nedumerea când eram copil,
despre gravitație.
Gravitația poate părea foarte puternică,
dar de fapt este extrem de slabă comparativ cu alte forțe ale naturii.
Pot învinge ușor gravitația când sar,
dar nu pot să îmi iau un proton din mână.
Puterea gravitației comparată cu celelalte forțe ale naturii?
Este 10 la puterea minus 39.
Adică o zecimală cu 39 de zero după ea.
Mai mult de atât,
toate celelalte forțe cunoscute ale naturii sunt descrise precis
de acest lucru numit Modelul Standard
care e cea mai bună descriere actuală a naturii la cele mai mici scări,
și sincer,
una dintre cele mai de succes realizări ale rasei umane.
Cu excepția gravitației, care lipsește din Modelul Standard.
E o nebunie.
E ca și când cea mai mare parte a gravitației a dispărut.
Simțim puțin din ea,
dar unde e restul?
Nimeni nu știe.
Dar o explicație teoretică propune o soluție nebunească.
Voi și cu mine,
chiar și voi cei din spate,
toți trăim în trei dimensiuni ale spațiului.
Sper că afirmația asta nu vă contrariază.
(Râsete)
Toate particulele cunoscute trăiesc în trei dimensiuni spațiale.
De fapt, o particulă este doar un alt nume
pentru o excitație într-un câmp tri-dimensional;
un tremur localizat în spațiu.
Mai important, toată matematica pe care o folosim pentru a descrie asta
presupune că există doar trei dimensiuni ale spațiului.
Dar matematica e matematică și ne putem juca cu ea cum vrem.
Și oamenii se joacă de mult timp, cu dimensiuni în plus ale spațiului
dar a fost mereu un concept matematic abstract.
Uitați-vă în jur – voi din spate, priviți –
e clar că există doar trei dimensiuni.
Dar dacă nu e adevărat?
Dacă gravitația care lipsește se scurge într-o dimensiune extra-spațială
care e invizibilă pentru noi?
Dacă gravitația e la fel de puternică ca și celelalte forțe
dacă ar fi să o privim în această dimensiune extra-spațială,
și ce simțim noi e o parte mică a gravitației
care o face să pară foarte slabă?
Dacă ar fi adevărat,
ar trebui să extindem Modelul Standard al particulelor
ca să includem una nouă, o particulă hiperdimensională a gravitației,
un graviton special care trăiește în dimensiuni extra-spațiale.
Vă văd expresiile.
Ar trebui să mă întrebați:
„Cum să testăm ideea asta științifico-fantastică,
fiind blocați în trei dimensiuni?"
Așa cum facem mereu:
prin ciocnirea a doi protoni
(Râsete)
suficient de tare, încât coliziunea să reverbereze
în ce dimensiuni ar mai putea exista,
producând pe moment acest graviton hiperdimensional
care apoi revine la cele trei dimensiuni ale LHC-ului
și scuipă doi fotoni,
două particule de lumină.
Și acest graviton ipotetic
este una din singurele noi particule ipotetice posibile
care are proprietățile cuantice
care ar putea da naștere la mica noastră umflătură de doi fotoni.
Deci, posibilitatea de a explica misterele gravitației
și de a descoperi noi dimensiuni --
poate că acum înțelegeți
de ce mii de tocilari fizicieni și-au pierdut calmul
pentru doi fotoni.
O descoperire de genul ăsta ar rescrie manualele.
Dar nu uitați,
mesajul experimentaliștilor
care făceam asta la momentul respectiv, a fost foarte clar:
ne mai trebuie date.
Cu mai multe informații,
umflătura fie se va transforma într-un Premiu Nobel,
(Râsete)
sau informațiile noi vor umple spațiul din jurul umflăturii,
transformând-o într-o linie dreaptă.
Așa că am mai adunat date
și cu de 5 ori mai multe, câteva luni mai târziu,
mica umflătură
s-a transformat într-o linie dreaptă.
Știrile vorbeau despre „dezamăgire uriașă", „speranțe pierdute"
și despre fizicienii triști.
Dat fiind tonul cu care se vorbea,
ați crede că am decis să închidem LHC-ul și să mergem acasă.
(Râsete)
Dar nu asta am făcut.
Dar de ce nu?
Adică, dacă nu am găsit o particulă – și nu am găsit-o –
atunci, de ce vă vorbesc acum, aici?
De ce nu mi-am plecat capul de rușine și nu am plecat acasă?
Fizicienii de particule sunt exploratori.
Mare parte din ce facem e cartografie.
Să o spun altfel: uitați de LHC un moment.
Imaginați-vă că sunteți explorator spațial,
ajuns pe o planetă îndepărtată, căutând extratereștri.
Care e prima sarcină?
Să orbitezi planeta imediat, să aterizezi,
să te uiți în jur după semne evidente de viață
și să raportezi la bază.
La acest stadiu suntem acum.
Am aruncat o primă privire la LHC
pentru particule noi mari, ușor de observat,
și putem raporta că nu există niciuna.
Am văzut o umflătură ciudată pe un munte distant,
dar când ne-am apropiat
am văzut că era o piatră.
Dar ce facem atunci? Renunțăm și plecăm?
Bineînțeles că nu,
am fi niște oameni de știință groaznici.
Nu, vom petrece următoarele două decenii explorând,
cercetând teritoriul,
cernind nisipul cu un instrument fin,
uitându-ne sub fiecare piatră,
forând dedesubt.
Noi particule ar putea să apară fie imediat
ca și proeminențe ușor de observat,
sau ar putea să se arate după ani de cercetări.
Umanitatea abia și-a început explorarea la LHC cu energia asta mare
și avem mult de cercetat.
Dar dacă chiar și după 10, 20 de ani tot nu găsim nicio nouă particulă?
Construim o mașinărie mai mare.
(Râsete)
Căutăm la energii mai mari.
Deja se fac planuri pentru un tunel de 100 de kilometri
care va ciocni particulele cu o energie de 10 ori mai mare.
Noi nu decidem unde plasează natura noi particule.
Noi decidem doar să continuăm explorarea.
Dar dacă chiar și după ce un tunel de 100 de km
sau unul de 500 de km
sau unul de 10.000 de km, plutind în spațiu între Pământ și Lună,
tot nu găsim particule?
Atunci poate că facem greșit fizica particulelor.
(Râsete)
Poate că trebuie să regândim lucrurile.
Poate ne trebuie mai multe resurse, tehnologie, expertiză
decât avem acum.
Deja folosim inteligența artificială
și învățarea automatizată
în părți ale LHC-ului,
dar imaginați-vă proiectarea unui experiment
folosind astfel de algoritmi
încât să se poată învăța singur cum să descopere un graviton.
Dar dacă...
Întrebarea supremă:
Dacă nici inteligența artificială nu ne poate ajuta să aflăm răspunsul?
Dacă aceste întrebări deschise de secole nu au răspuns în viitorul previzibil?
Dacă lucrurile care mă nedumeresc de când eram copil
sunt destinate a fi fără răspuns cât timp voi trăi?
Atunci...
va fi chiar mai fascinant.
Vom fi forțați să gândim în moduri complet noi.
Va trebui să ne întoarcem la presupuneri
și să vedem dacă e o greșeală undeva.
Va trebui să încurajăm oamenii să ni se alăture în studierea științei
fiindcă e nevoie de noi perspective asupra acestor probleme seculare.
Eu nu am răspunsurile și încă le mai caut.
Dar cineva – poate e la școală acum,
poate nici nu s-a născut încă –
ar putea să ne facă să vedem fizica într-un fel complet nou
și să ne arate că poate ne punem întrebările greșite.
Asta nu ar fi sfârșitul fizicii,
ci un nou început.
Vă mulțumesc.
(Aplauze)