יש בפיזיקה משהו
שממש הטריד אותי מאז הייתי ילד קטן.
זה קשור לשאלה
שהמדענים שואלים כבר מאה שנה כמעט,
ולא מוצאים תשובה.
איך הדברים הכי קטנים בטבע,
חלקיקי העולם הקוונטי,
עולים בקנה אחד עם הדברים הכי גדולים בטבע --
כוכבי-לכת, שמשות וגלקסיות המוחזקים יחד בידי הכבידה?
כילד, נהגתי לתהות על שאלות כאלה.
הייתי משתעשע במיקרוסקופים ובאלקטרומגנטים,
קורא על הכוחות של הדברים הקטנים
ועל מכניקת הקוונטים
ומתפעל מהמידה בה תיאורים אלה התאימו לתצפיות שלנו.
הייתי צופה בכוכבים,
וקורא כמה אנו מתמצאים בכבידה,
וחושב שוודאי ישנה איזו דרך נאה
שמבטאת את ההתאמה שבין שתי המערכות הללו.
אבל אין דרך כזאת.
ובספרים נכתב שנכון,
אנו מבינים המון בשני העולמות האלה בנפרד,
אבל כשאנו מנסים לקשר ביניהם באופן מתמטי,
הכל קורס.
ובמשך מאה שנה,
שום רעיון שלנו איך לפתור את האסון הזה בפיזיקה
לא זכה לראיות.
ובעיני, הילד הקטן ההוא, ג'יימס הקטן, הסקרן והספקני --
זאת היתה תשובה בלתי-מספקת עד מאד.
ואני עדיין ילד קטן וספקן --
נעבור לדצמבר 2015,
כשמצאתי את עצמי ממש באמצע עולם הפיזיקה
כשהוא התהפך על ראשו.
הכל החל ב"סרן", כשראינו משהו מסקרן בנתונים שלנו:
רמז לקיומו של חלקיק חדש,
שמץ מושג בדבר היתכנותה של תשובה מדהימה לשאלה זו.
אני עדיין ילד קטן וספקן, נראה לי,
אבל היום אני גם צייד חלקיקים.
אני עובד כפיזיקאי ב"סרן", מאיץ ההדרונים הגדול,
הניסוי המדעי הגדול ביותר שנבנה אי-פעם.
מדובר במנהרה באורך 27 ק"מ בגבול צרפת-שווייץ
בעומק מאה מטרים באדמה.
ובמנהרה הזאת
אנו משתמשים במגנטים מוליכי-על בקור רב משל החלל החיצון
כדי להאיץ פרוטונים כמעט במהירות האור
כדי לגרום להם להתנגש זה בזה מיליוני פעמים בשניה
ולאסוף את שרידי ההתנגשויות
כדי לחפש חלקיקי יסוד חדשים שטרם נתגלו.
התכנון והבנייה ארכו עשרות שנים
בהשתתפות אלפי מדענים מכל העולם,
ובקיץ 2015,
עבדנו ללא לאות כדי להפעיל את המאיץ
באנרגיה הגבוהה ביותר שבה השתמשו אי-פעם בניסוי האצת חלקיקים.
יש חשיבות להגברת האנרגיה
כי בחלקיקים, יש שוויון-ערך
בין האנרגיה למסת החלקיק,
כשהמסה היא סתם מספר שקבע הטבע.
כדי לגלות חלקיקים חדשים,
עלינו לחקור את המספרים הגדולים יותר.
ולכן עלינו לבנות מאיץ חלקיקים גדול ועתיר-אנרגיה יותר,
ומאיץ החלקיקים הגדול ובעל האנרגיה הגבוהה בעולם
הוא מאיץ ההדרונים הגדול.
אנו יוצרים בו קוודריליון של התנגשויות פרוטונים
ואוספים את הנתונים
לאט מאד, במשך חודשים רבים.
והחלקיקים החדשים עשויים להופיע בנתונים שלנו בצורת בליטות --
חריגות קלות ממה שמצפים למצוא,
צבירים קטנים של נקודות נתונים, כשהקו החלק לא נראה כה חלק.
למשל, הבליטה הזאת,
אחרי חודשים של איסוף נתונים ב-2012,
הובילה לגילוי חלקיק היגס, ההיגס בוזון,
ולפרס נובל על הוכחת קיומו.
וקפיצת האנרגיה הזאת ב-2015
מייצגת את הסיכוי הכי טוב מאז ומתמיד שלנו, כמין,
לגלות חלקיקים חדשים --
תשובות חדשות לאותן שאלות עתיקות,
כי הפעם השתמשנו בכמעט פי 2 אנרגיה
מאשר כשגילינו את ההיגס בוזון.
רבים מעמיתי מקדישים את כל הקריירה שלהם
כדי להגיע לרגע הזה,
ובכנות, מבחינתי, הילד הסקרן,
זה היה הרגע לו ציפיתי כל חיי.
אז 2015 היתה השנה הגדולה.
ביוני 2015,
מאיץ ההדרונים הגדול הופעל שוב.
עמיתי ואני עצרנו את נשימתנו וכססנו את ציפורנינו,
עד שראינו לבסוף את התנגשויות הפרוטונים הראשונות
באנרגיה הכי גבוהה אי-פעם.
מחיאות כפיים, שמפניה, חגיגות.
היה זה ציון-דרך מדעי,
ולא היה לנו מושג מה נמצא בנתונים החדשים האלה.
וכעבור מספר שבועות גילינו בליטה.
זו לא היתה בליטה גדולה במיוחד,
אבל גדולה מספיק כדי לגרום להרמת גבות.
אבל בסולם של 1 עד 10 בהרמת גבות,
כש-10 משמעו גילוי חלקיק חדש,
זו היתה הרמת-גבות ברמה 4.
(צחוק)
ביליתי שעות, ימים ושבועות בישיבות סודיות
בויכוחים עם עמיתי לגבי הבליטה הקטנה הזאת,
כשאנו דוקרים ומנקרים בה במיטב מקלות הניסוי האכזריים שלנו
כדי לראות אם היא תעמוד בחקירותינו.
אבל אפילו אחרי חודשים של עבודה קדחתנית --
ישנו במשרדים בלי ללכת הביתה,
אכלנו ממתקים במקום מזון,
שתינו דליים של קפה --
פיזיקאים הם מכונות שהופכות קפה לדיאגרמות --
(צחוק)
הבליטה הקטנה הזאת לא נעלמה.
אז אחרי מספר חודשים,
הצגנו את הבליטה לעולם בלוויית מסר ברור מאד:
הבליטה הקטנה הזאת מעניינת אבל לא חד-משמעית;
הבה נמשיך להשגיח עליה ונאסוף נתונים נוספים.
השתדלנו להיות מאד רגועים בעניין.
ולמרות זאת, העולם נסחף עם זה.
התקשורת שמחה על זה.
אנשים אמרו שזה מזכיר להם את הבליטה הקטנה
שהוצגה במהלך גילוי ההיגס בוזון.
ואפילו טוב יותר, עמיתי התיאורטיקנים --
אני מת על עמיתי התיאורטיקנים --
עמיתי התיאורטיקנים כתבו 500 מאמרים על הבליטה הקטנה הזאת.
(צחוק)
עולם פיזיקת החלקיקים התהפך על ראשו.
אבל מהו הדבר, בבליטה המסוימת הזאת,
שגרם לאלפי פיזיקאים לאבד את שלוותם?
הבליטה הקטנה הזאת היתה ייחודית.
הבליטה הקטנה הזאת ציינה
שאנו עדים למספר התנגשויות גדול באופן לא-צפוי
ששרידיהם מכילים שני פוטונים בלבד,
שני חלקיקי אור. וזה נדיר.
התנגשויות של חלקיקים אינן דומות להתנגשויות כלי-רכב;
החוקים הם שונים.
כששני חלקיקים מתנגשים כמעט במהירות האור,
נכנס לפעולה העולם הקוונטי. ובעולם הקוונטי,
שני חלקיקים אלה יכולים ליצור לרגע חלקיק חדש
שמתקיים למשך שבריר שניה זעיר
בטרם יתפצל לחלקיקים אחרים שפוגעים בגלאי שלנו.
דמיינו התנגשות מכוניות שבה שתי המכונית נעלמות בעת ההתנגשות,
במקומן מופיע זוג אופניים --
(צחוק)
ואז האופניים מתפוצצים והופכים לשתי גלגשות,
שפוגעות בגלאי שלנו.
(צחוק)
בתקווה שזה לא יקרה באמת;
זהו ציוד יקר מאד.
נדירים מאד האירועים שבהם רק שני פוטונים פוגעים בגלאי שלנו.
ובגלל התכונות הקוונטיות המיוחדות של הפוטונים,
ייתכן מספר קטן מאד של חלקיקים חדשים --
אותם אופניים דמיוניים --
שיכולים להוליד שני פוטונים בלבד.
אבל אחת האפשרויות היא אדירה,
והיא קשורה בשאלה עתיקת היומין
שהטרידה אותי כילד קטן,
בנוגע לכבידה.
אולי בעיניכם, הכבידה חזקה מאד,
אבל היא חלשה עד טירוף בהשוואה לכוחות טבע אחרים.
אני יכול הרי לנצח לרגע את הכבידה כשאני קופץ,
אבל אני לא יכול להוציא פרוטון מתוך כף ידי.
עוצמת הכבידה בהשוואה לשאר כוחות הטבע?
10 בחזקת מינוס 39.
זאת נקודה עשרונית ואחריה 39 אפסים.
גרוע מכך,
כל שאר כוחות הטבע מתוארים בצורה מושלמת
במה שאנו מכנים "המודל התקני",
התיאור הכי טוב שיש לנו של הטבע בקני המידה הקטנים שלו,
ולמען האמת,
אחד ההישגים המוצלחים ביותר של המין האנושי --
אבל הכבידה אינה כלולה במודל התקני.
זה מטורף.
זה כמעט כאילו עיקר הכבידה חסר.
אנו מרגישים מעט ממנה,
אבל איפה השאר?
איש אינו יודע.
אבל יש הסבר תיאורטי שמציע פתרון פרוע.
אתם ואני --
אפילו אלה שיושבים מאחור --
אנו חיים בשלושה מימדים של מרחב.
אני מקווה שזאת אינה אמירה שנויה במחלוקת.
(צחוק)
כל החלקיקים המוכרים קיימים גם הם בשלושה מימדי מרחב.
למעשה, "חלקיק" הוא רק שם אחר
לעירור בשדה תלת-מימדי;
ריטוט מקומי במרחב.
חשוב מכך, כל המתמטיקה שמשמשת אותנו לתיאור כל זה,
יוצאת מהנחה שישנם רק שלושה מימדים של מרחב.
אבל מתמטיקה היא מתמטיקה, ואנו יכולים להשתעשע איתה ככל שנרצה.
ואנשים משתעשעים כבר המון זמן עם מימדי מרחב נוספים
אבל תמיד היה מדובר במושג מתמטי מופשט.
כי תביטו סביב -- אתם, שם מאחור, תביטו סביב --
ברור שישנם רק שלושה מימדי מרחב.
אבל מה אם זה לא נכון?
מה אם כל הכבידה החסרה דולפת למימד חוץ-מרחבי
שאיננו נראה מבחינתכם ומבחינתי?
מה אם הכבידה חזקה בדיוק כמו כל שאר הכוחות
אילו רק יכולנו לראותה במימד החוץ-מרחבי הזה,
ומה שאתם ואני חווים הוא פיסה זעירה של הכבידה
ולכן היא נראית חלשה ביותר?
אם זה נכון,
יהיה עלינו להרחיב את מודל החלקיקים התקני שלנו
כך שיכלול חלקיק נוסף, חלקיק כבידה על-מימדי,
"כבידון" מיוחד שמתקיים במימדים חוץ-מרחביים.
ואני כבר רואה את המבטים שלכם.
אתם אמורים לשאול אותי,
"איך לעזאזל נבחן את הרעיון הבדיוני והמשוגע הזה,
"כשאנו תקועים בשלושה מימדים?"
כמו שאנו עושים תמיד.
בכך שנגרום להתנגשות של שני פרוטונים --
(צחוק)
בעוצמה מספקת כדי שההתנגשות תהדהד
בכל מימד חוץ-מרחבי שאולי קיים,
תוך יצירה רגעית של הכבידון העל-מימדי
שיוחזר לתוך שלושת המימדים של מאיץ ההדרונים הגדול
ויפלוט שני פוטונים,
שני חלקיקי אור,
והכבידון ההיפותטי, החוץ-מימדי הזה,
הוא אחד ממעט החלקיקים ההיפותטיים שקיומם אפשרי
ושניחנו בתכונות הקוונטיות המיוחדות
שמאפשרות להוליד את בליטת שני הפוטונים הקטנה שלנו.
אז האפשרות להסביר את תעלומות הכבידה
ולגלות מימדי מרחב נוספים --
אולי כעת אתם מתחילים להבין
מדוע אלפי פיזיקאים חנונים איבדו בבת-אחת את שלוותם
בגלל הבליטה הקטנה כפולת הפוטונים שלנו.
תגלית כזאת יכולה לשכתב את ספרי הלימוד.
אך זיכרו: המסר שלנו, עורכי הניסויים,
שעסקו בכך באותה עת, היה ברור מאד:
אנו זקוקים לנתונים נוספים.
בעזרת נתונים נוספים
הבליטה הקטנה תהפוך לפרס נובל טרי ופריך --
(צחוק)
או שהנתונים החדשים ימלאו את המרחב סביב הבליטה
והכל ייעשה לקו חלק ונאה.
אז אספנו נתונים נוספים
ובעזרת פי חמש כמות הנתונים, כעבור מספר חודשים,
הבליטה הקטנה שלנו
הפכה לקו חלק.
בחדשות דווח על "אכזבה עצומה" ו"תקוות שנגוזו",
ושמדעני פיזיקת החלקיקים "עצובים".
ולנוכח טון הסיקור הזה,
הייתם חושבים שהחלטנו לסגור את מאיץ החלקיקים וללכת הביתה.
(צחוק)
אבל לא.
ומדוע לא?
הרי אם לא גיליתי חלקיק -- ואמנם לא גיליתי חלקיק --
אם לא גיליתי חלקיק, מדוע אני מרצה לפניכם?
מדוע לא השפלתי את ראשי מרוב בושה
והלכתי הביתה?
מדעני החלקיקים הם מגלי ארצות
והרבה מאד מעבודתנו הוא מלאכת מיפוי.
אומר כך: עיזבו לרגע את מאיץ החלקיקים.
תארו לעצמכם שאתם סיירי חלל שמגיעים לכוכב-לכת נידח
ומחפשים חייזרים.
מהי משימתכם הראשונה?
להקיף את כוכב הלכת, לנחות ולערוך סיור מהיר
כדי לאתר סימני חיים גדולים וברורים,
ולדווח לבסיס האם.
זהו השלב שבו אנו נמצאים.
העפנו מבט ראשון במאיץ החלקיקים
כדי לזהות חלקיקים חדשים, גדולים ובולטים כלשהם,
ואנו יכולים לדווח שאין כאלה.
ראינו בליטה זרה ומוזרה על הר מרוחק,
אבל כשהתקרבנו, ראינו שזהו סלע.
(צחוק)
ומה עכשיו? נוותר ונטוס משם?
ממש לא;
אילו נהגנו כך היינו מדענים מחורבנים.
לא. אנו נקדיש את שני העשורים הקרובים למחקר,
נמפה את השטח,
נסנן את החול במכשיר עדין,
נציץ מתחת לכל אבן, נקדח לעומק הקרקע.
אולי החלקיקים החדשים יופיעו מיד
כבליטות גדולות וקלות לזיהוי,
ואולי הם יחשפו עצמם רק אחרי שנים של איסוף נתונים.
האנושות יצאה זה עתה למסע תגליותיה במאיץ החלקיקים באנרגיה הגבוהה,
ולפנינו מלאכת חיפוש רבה.
אבל מה אם אפילו אחרי 10 או 20 שנה
עדיין לא נגלה שום חלקיק חדש?
נבנה מכונה עוד יותר גדולה.
(צחוק)
נחפש באנרגיות עוד יותר גבוהות.
כבר החל תכנון של מנהרה באורך 100 ק"מ
שתגרום להתנגשויות חלקיקים בפי 10 האנרגיה של מאיץ ההדרונים.
לא אנו מחליטים היכן הטבע ממקם חלקיקים.
אנו מחליטים רק להמשיך ולחקור.
אבל מה אם תהיה לנו מנהרה בת 100 ק"מ
ואחריה מנהרה בת 500 ק"מ
או מאיץ חלקיקים באורך 10,000 ק"מ שיצוף בחלל
בין כדור הארץ לירח,
ועדיין לא נמצא חלקיקים חדשים?
המסקנה תהיה שאולי פיזיקת החלקיקים שלנו שגויה.
(צחוק)
אולי יהיה עלינו לחשוב מחדש על הכל.
אולי אנו זקוקים למשאבים נוספים, טכנולוגיה, ידע,
יותר ממה שעומדים לרשותנו היום.
אנו כבר משתמשים בתבונה מלאכותית ובלמידת מכונה
בחלקים של מאיץ ההדרונים הגדול,
אבל תארו לעצמכם ניסוי בפיזיקת חלקיקים
בעזרת אלגוריתמים מתוחכמים כל-כך,
שהם יוכלו ללמד את עצמם לגלות כבידון על-מימדי.
מה אם השאלה האולטימטיבית --
מה אם אפילו התבונה המלאכותית לא תעזור לנו להשיב על שאלותינו?
מה אם השאלות הפתוחות האלה, בנות מאות השנים,
נועדו להישאר ללא מענה בעתיד הנראה לעין?
מה אם הדברים שהטרידו אותי מאז הייתי ילד
נועדו להישאר ללא מענה כל עוד אני חי?
במקרה זה...
זה יהיה עוד יותר מרתק.
ניאלץ לחשוב בדרכים חדשות לחלוטין.
ניאלץ לחזור אל הנחות היסוד שלנו,
ולהחליט אם במקום כלשהו היה פגם.
ויהיה עלינו לעודד אנשים נוספים להצטרף אלינו בחקר המדע
משום שאנו זקוקים למבט רענן בבעיות אלה, בנות מאה השנים.
אין לי התשובות ואני עדיין מחפש אותן.
אבל מישהו -- אולי היום היא תלמידת בית-ספר,
אולי אפילו טרם נולדה --
תצליח סוף-סוף להדריך את כולנו לראות את הפיזיקה בצורה חדשה לגמרי,
ולהראות לנו שאולי אנו פשוט שואלים את השאלות הלא-נכונות.
וזה לא יהיה סופה של הפיזיקה,
אלא התחלה חדשה.
תודה לכם.
(מחיאות כפיים)