יום שלישי, 10 ביולי 2012

The Mess about Mass - חלק ראשון


הרשת מלאה בסרטונים ומאמרים פופולרים המתיימרים להסביר את הקונספט של ההיגס להדיוטות. לעניות דעתי רובם (כמעט) ככולם נכשלים במשימה ונזקו של כל כישלון כזה רב (נימוקים בהמשך). למרבה הצער, הביקורת הפדגוגית שאציג כאן אינה פוסחת גם על הסרטונים הרשמיים ששוחררו על יד CERN. גם אני נתפתתי לשבץ סרטון כזה ברשימתי הקודמת על סאגת ההיגס, ובכך תרמתי את תרומתי הצנועה להולכת שולל... בסדרה של שתי שלוש רשימות אנסה כמיטב יכולתי להכניס קצת סדר בדברים ולהסביר היכן לדעתי יש בעיה באנלוגיות שכה מרבים להשתמש בהם.

ובכל זאת, סרטון אחד מוצלח למדי ומושקע מאוד יש. הסרטון מסביר באופן נאה ושווה לכל נפש את כל הבאז סביב ההיגס, ובאופן יחסי חף ממעידות (למעשה, רק פעם אחד נעתי בחוסר נוחות על הכיסה). לכן, לפני שאני נכנס לכל הטררם, הרי הוא לפניכם:



The Higgs Boson Explained from PHD Comics on Vimeo.


מציאת ההיגס היתה משימה מסובכת מאין כמוה. עתה, לאחר שבועיים של הרצאות שחלק לא מבוטל מהן נסב סביב נושאים טכנולוגיים, אני משוכנע שמדובר באקסודוס המדעי של כל הזמנים. דרגת התחכום והמורכבות של המערכת בכל היבטיה בלתי ניתנת לתפיסה, ואני אפילו לא אבצע נסיון לשכנע את קוראי בכך משום שכל מה שאכתוב כאן יהיה כאין ואפס לעומת המציאות... מקווה בכל זאת לכתוב מתישהו רשומה העוסקת במאיץ עצמו, לא בגלאים. מה שמדהים הוא שהמערכת הזו סיפקה את מה שהיה מצופה ממנה: סיגנלים ברורים בערוצי אינטראקציה הנחזים על ידי המודל הסטנדרטי עם חלקיק היגס.

שני ערוצים נבדקו ביסודיות על ידי שני גלאים בלתי תלויים זה בזה המנוהלים על ידי שתי קבוצות מתחרות: CMS ו-ATLAS. בכל מה שקשור בניתוח של נתונים אני מבין קטן מאוד (לשון המעטה) ולכן אין בכוונתי לצלול לתוך האוקיינוס הזה; אני מקבל את הסיכומים שמשחררים הצוותים של שתי הקבוצות כ'זה ראה וקדש', ונדמה לי שאין איש מטיל ספק עוד באמינות הניתוחים. אז חלקיק דמוי היגס כנראה שיש לנו. לפי מה שנאמר לנו עדיין לא ברור אם מדובר בחלקיק בעל ספין אפס או שתיים, לא ברור אם יש לו מבנה פנימי או לא, לא ברור עדיין אם יש כמה ממנו או רק אחד. כל אלו יבדקו לכשיצטברו עוד נתונים, והם מצטברים כל העת.

אז היכן ועל מה הביקורת? אתמקד בסרט הרשמי של CERN ובו מנסה ג'ון אליס להסביר את המכניזם לפיו שדה ההיגס 'מעניק' מסה לחלקיקים המסיבים. אליס עושה זאת באמצעות אנלוגיית שדה השלג (אחרים עושים זאת באמצעות אנלוגיות דומות מאוד). הנה:




במסגרת המודל הסטנדרטי, חלקיק ההיגס הוא עירור של שדה (קוונטי) סקלרי דהיינו, שדה שנשמר תחת טרנספורמציות לורנץ, כלומר תחת מעבר בין מערכות התמד. האינווריאנטיות הזו מובנית בתורה שאם לא כן, אין היא יחסותית וממילא חסרת עקביות. בשום פנים ואופן לא יהיה נכון לדמות את שדה ההיגס (או את ערך התצפית שלו בואקום) לאיזה סוג של אתר הממלא את כל המרחב וכל מה שנע בו עשוי איכשהו 'להתחכך' עימו, ובאופן זה לרכוש אינרציה. כל נסיון להציג זאת כך הוא לדעתי משגה פדגוגי שנזקו רב משום שהוא מצייר בדמיונו של הצופה תמונת עולם אריסטוטלית שאין בה שמץ של הגיון יחסותי, והיא שגוייה מן המסד ועד הטפחות...

הנקודה הזו היא מהותית: בתודעתו של הצופה ההדיוט, או זה שאינו הדיוט אבל גם אינו ערני דיו, עשוייה להצטייר תמונה שתהא שגויה אפילו ברמה הניוטונית: כל תלמיד כיתה י"א יודע שמטען האינרציה המאפיין גופים חומריים (inertial mass) מבטא את מידת ההתנגדות של הגוף להאצה, כלומר לשינוי וקטור המהירות, בהשפעת כוח נתון. למהירות כשלשעצמה אין כל קשר לכך משום שמהירות היא מושג יחסי. והרי כל גוף הנע במהירות פנטסטית ביחס אליך, נמצא במנוחה במערכת המנוחה שלו... מסת ההתמד של גוף חומרי היא אם כן תכונה יסודית הקשורה בתאוצת הגוף, לא במהירותו. עתה, בעיקבות התוצאות מ-CERN, אנו יכולים לומר שלאינטראקציה של החלקיקים האלמנטריים עם שדה ההיגס יש השפעה על התכונה הזו, השפעה שמקורה בערך התצפית של שדה ההיגס בואקום.

טענה המופיעה בסירטון במובלע כאילו גופים השקועים עמוק יותר בתוך ה'שלג' ההיגסי מבטאים אינרציה רבה יותר ולכן גם מהירותם נמוכה יותר פשוט מוליכה שולל. כך למשל, מספר לנו אליס שהאור אינו חש את התווך ההיגסי ולכן נע במהירות המקסימלית האפשרית, היא מהירות האור (מדוע שתהיה בכלל מהירות מקסימלית אפשרית, אם זו הפרשנות?), הניטרינים נעים מהר מאוד משום שהם מרגישים את התווך ההיגסי 'רק קצת', וככל שהחלקיק כבד יותר הוא ינוע לאט יותר משום ש'החיכוך' שלו עם שדה ההיגס גדול יותר. ובכן, חזרנו לימים של אריסטו בהם מידת המהירות של גוף חומרי היתה ביטוי למידת האינרציה שלו... יש לשוב ולהדגיש: לניטרינו יש גם מערכת מנוחה. ובמערכת הזו הוא נמצא במנוחה בדיוק כמו שהרי ההימליה נמצאים במנוחה במערכת היחוס של הפלטה הטיבטית. מההיבט הזה (ורק מההיבט הזה), אין שום הבדל בין ניטרינו אלקטרוני להר האוורסט.

המושג של מערכת מנוחה חשוב מאין כמוהו להבנת הנושא ויש בדעתי להרחיב על כך ברשומה הבאה. אבל הבעיתיות עם האנלוגיות של אליס לא מסתיימת בזה. עוד כמה וכמה מיסקונספציות חבויות בהסברים הללו, המתימרים אמנם להיות הסברים מסדר-אפס, אבל (אם יורשה לי להתבדח) של הפיתוח הלא נכון... על כך, ברשומה הבאה בנושא אותה אני מקווה לשחרר במהלך השבוע הקרוב.




2 comments:

  1. עופר,
    1. "סיגנלים ברורים בערוצי אינטראקציה הנחזים על ידי המודל הסטנדרטי עם חלקיק היגס."
    ממך למדתי שזו לא המסה לה ציפו, והערך הנוכחי יחייב תיקונים/תוספות למודל הסטנדרטי. אני מסכים איתך שהתגלה משהו. מה זה ה"משהו" ומה הוא עושה בחיים זה בינתיים מדע ספקולטיבי, שלטעמי איננו מדע.

    2. "עתה, בעיקבות התוצאות מ-CERN, אנו יכולים לומר..."
    אני שב ומזכיר לך את טענתי שהעובדה שהתגלה משהו דמוי היגס לא מהווה הוכחה כלשהי לקיומו של מנגנון "יצירת המסה של היגס". אני אמתין להוכחה, אבל אני מתחיל לחשוד מהטיעון שלך שאולי אלונה תזכה לשמוע עליה בזקנתה (;

    3. ולסיום, ציטוט מספרו המצוין של Laughlin :
    "The modern cocept of the vacuum of space, confirmed every day by experiment, is a relativistic ether"
    ממליץ בחום על קריאת הפרק בו מופיע ציטוט זה כי נראה לי שיש לו רלוונטיות למה שאתה אומר כאן.

    ועוד משהו: עזוב אנלוגיות להדיוטות. איך, בשפה לפיזיקאים מוסברת יצירת המסה באמצעות המנגנון של היגס? את זה הייתי שמח לדעת.

    תמשיך לבלות,

    איל

    השבמחק
    תשובות
    1. הי אייל,
      1) לא היה כל חיזוי בנוגע למסה. מסת ההיגס, כמו עוד בערך עשרים פרמטרים אחרים, היא נתון שיש לשבצו במודל ולא ניתן לחזותו. המודל לא מספק כלים לחשב את מה שמקובל לכנות "הפרמטרים החופשיים" שבו. חישוב כזה אמור להגיע מהכיוון של GUT או משהו יותר עמוק. הטענה היתה שערך המסה שנתקבל מציג בעיה בנוגע ליציבות הואקום whatever that means... וזה מרמז על כך (אולי) שהמודל לא שלם או לא לגמרי מובן.
      2) מנגנון יצירת המסה הוא מכניזם המובנה במודל. שבירת הסימטריה מתקבלת מתוך המבנה של הפוטנציאל של שדה ההיגס, ומתוך ערך התצפית שלו בואקום (אליו אפשר להתייחס כאל אחד הפרמטרים החופשיים במודל). המילה מנגנון היא אולי קצת מטעה. זהו מודל, הוא מנפק פרדיקציות לערוצי אינטראקציה מסויימים, והפרקדיקציות ככל הנראה התממשו (עד כדי עודף מסויים בערוץ ההתפרקות לשני פוטונים). קשה מאוד לספק עדות ישירה לתהליך מסויים המתרחש בפחות מעשר בחזקת מינוס עשרים וחמש שניות... לא נותר לך אלא לחפש את תוצרי הדעיכה ולהסיק מהם על איכות המודל שהתחלת איתו.
      3) קודם אני צריך להבין מהו אתר יחסותי ואני חושש שזה מעל לכוחותי... אבל אני אקרא, הנושאים הללו מאוד מעניינים אותי.

      מחק