Sebagian besar dari kita mengajar di sekolah atau dari buku-buku bahwa semua materi di sekitar kita - semua yang kita makan, minum, bernapas, semua makhluk hidup, Bumi itu sendiri - terdiri dari atom. Ada sekitar 100 jenis dari mereka, mereka disebut "elemen kimia" dan biasanya disusun dalam bentuk molekul, seperti halnya huruf dapat diatur dalam kata-kata. Kami menerima fakta-fakta ini tentang dunia kami begitu saja, tetapi pada akhir abad ke-19 masih ada perdebatan sengit tentang hal ini. Hanya di wilayah 1900, ketika, berdasarkan beberapa kesimpulan, menjadi mungkin untuk menghitung ukuran atom, dan ketika sebuah elektron ditemukan, sebuah partikel subatom yang menghuni tepi atom, barulah gambaran atom dunia akhirnya terbentuk.
Tetapi bahkan hari ini beberapa bagian dari gambar ini tidak terlihat jelas. Teka-teki tetap belum terselesaikan seratus tahun. Dan semua hype tentang "Higgs boson" ini terhubung langsung dengan pertanyaan mendalam yang ada di jantung keberadaan kita. Segera, bagian buram dari gambar kita akan menjadi lebih jelas dan mengungkapkan kepada kita detail tentang dunia kita yang belum jelas bagi kita.
Di sekolah, kami mengajarkan bahwa massa atom terutama disebabkan oleh inti kecilnya. Elektron yang membentuk awan fuzzy di sekitar nukleus menambah massa ini tidak lebih dari seperseribu bagiannya. Tapi apa yang biasanya tidak mereka katakan kepada kita, kecuali kita mempelajari fisika secara mendalam, adalah bahwa ukuran atom terutama tergantung pada massa elektron. Jika Anda entah bagaimana dapat mengurangi massa elektron, Anda akan menemukan bahwa atom telah tumbuh dan menjadi lebih rapuh. Kurangi massa elektron seribu kali, dan atom-atom akan menjadi sangat rapuh sehingga bahkan panas yang tersisa dari Big Bang dapat menghancurkannya. Oleh karena itu, seluruh struktur dan keberadaan bahan biasa dihubungkan dengan pertanyaan yang tampaknya esoteris: mengapa elektron memiliki massa sama sekali?
Massa elektron dan asal-usulnya telah membingungkan para fisikawan sejak pengukuran pertamanya. Banyak penemuan yang berkaitan dengan partikel-partikel elementer yang tampaknya dibuat dalam seratus tahun terakhir membuat rumit dan memperkaya teka-teki ini. Pertama, ditemukan bahwa cahaya juga terdiri dari partikel yang disebut foton, yang tidak memiliki massa sama sekali. Kemudian, inti atom terdiri dari partikel yang disebut quark, yang memiliki massa. Baru-baru ini, kami menemukan tanda-tanda bahwa neutrino, partikel yang sulit ditangkap bergerak dalam kawanan dari usus matahari, juga memiliki massa, walaupun sangat kecil. Oleh karena itu, pertanyaan tentang elektron pindah ke kategori pertanyaan yang lebih besar: mengapa partikel, seperti elektron, quark dan neutrino, memiliki massa, tetapi foton tidak?
Di pertengahan abad terakhir, fisikawan belajar bagaimana menulis persamaan yang memprediksi dan menggambarkan perilaku elektron. Meskipun mereka tidak tahu dari mana massa elektron berasal, mereka menemukan bahwa massa ini cukup mudah untuk dimasukkan ke dalam persamaan secara manual, dan memutuskan bahwa penjelasan lengkap tentang asal usulnya akan muncul beberapa saat kemudian. Tetapi ketika mereka mempelajari studi interaksi nuklir lemah, salah satu dari empat yang diketahui di alam, mereka memiliki masalah serius.
Fisikawan sudah tahu bahwa gaya listrik berhubungan dengan foton, dan kemudian menyadari bahwa interaksi yang lemah dikaitkan dengan partikel yang disebut "W" dan "Z". Tetapi pada saat yang sama, partikel W dan Z memiliki perbedaan dari foton dalam bentuk massa - mereka sebanding dalam massa dengan atom timah, lebih dari seratus ribu kali lebih berat daripada elektron. Sayangnya, fisikawan menemukan bahwa mereka tidak dapat secara manual memasukkan massa partikel W dan Z ke dalam persamaan: persamaan yang dihasilkan memberikan prediksi yang tidak berarti. Dan ketika mereka mempelajari bagaimana interaksi yang lemah mempengaruhi elektron, quark, dan neutrino, mereka menemukan bahwa cara lama memasukkan massa ke dalam persamaan tidak berfungsi - itu juga merusak keseluruhan sistem.
Ide-ide segar diperlukan untuk menjelaskan bagaimana partikel elementer yang diketahui dapat memiliki massa.
Misteri ini secara bertahap memanifestasikan dirinya pada 1950-an dan 1960-an. Dan pada awal 1960-an, solusi yang mungkin muncul - di sini kita bertemu Peter Higgs dan yang lainnya (Braut, Englert, Guralnik, Hagen dan Kibble). Mereka mengusulkan apa yang sekarang kita sebut "mekanisme Higgs." Misalkan, kata mereka, di alam ada bidang lain, namun tidak dikenal - seperti semua bidang, itu adalah zat tertentu yang ada di semua bidang ruang - non-nol dan homogen di semua ruang dan waktu. Jika bidang ini - sekarang disebut bidang Higgs - adalah tipe yang tepat, keberadaannya akan menyebabkan partikel W dan Z menunjukkan massa, dan juga memungkinkan fisikawan mengembalikan massa elektron ke persamaan. Ini masih akan menunda pertanyaan mengapa massa elektron demikian, tetapi setidaknya kemudian akan mungkin untuk menulis persamaan di mana massa elektron tidak sama dengan nol!
Pada dekade-dekade berikutnya, gagasan mekanisme Higgs diuji dalam banyak cara. Hari ini, dari studi rinci partikel W dan Z, diketahui bahwa solusi untuk teka-teki yang muncul karena interaksi yang lemah terletak di suatu tempat di daerah ini. Tetapi detail dari kisah ini tidak kita ketahui.
Apa bidang Higgs, bagaimana memahaminya? Itu tidak terlihat oleh kita dan kita tidak merasakannya, seperti anak kecil yang tidak merasakan udara, atau seperti ikan - air. Dan bahkan lebih - karena jika kita tumbuh dewasa, kita mulai menyadari aliran udara di sekitar tubuh kita dan merasakannya dengan bantuan sentuhan, tidak ada perasaan kita yang memberi kita akses ke bidang Higgs. Kita tidak hanya dapat mendeteksinya dengan bantuan indera, kita tidak dapat melakukannya secara langsung dengan bantuan instrumen ilmiah. Jadi bagaimana kita bisa yakin bahwa itu ada? Dan bagaimana kita bisa berharap belajar tentang dia?
Analogi antara udara dan bidang Higgs bekerja dengan baik dalam contoh berikut: jika Anda mengganggu salah satu dari kedua media ini, mereka akan bergetar dan membuat gelombang. Sangat mudah untuk membuat gelombang seperti itu di udara - Anda dapat berteriak atau bertepuk tangan - dan kemudian telinga kita akan menemukan gelombang ini dalam bentuk suara. Di bidang Higgs, menciptakan gelombang lebih sulit dan lebih sulit untuk diamati. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan akselerator partikel raksasa, Large Hadron Collider. Dan untuk mendeteksi mereka, Anda memerlukan alat ilmiah ukuran rumah, misalnya, ATLAS atau CMS.
Bagaimana cara kerjanya? Bertepuk tangan pasti akan menciptakan gelombang suara yang keras. Tabrakan dua proton berenergi tinggi pada LHC akan menciptakan gelombang Higgs yang sangat tenang, meskipun tidak harus - ini hanya akan menghasilkan satu tabrakan sepuluh miliar. Gelombang yang dihasilkan akan menjadi gelombang paling tenang yang mungkin ada di bidang Higgs (dalam istilah teknis, satu kuantum dari jenis gelombang ini). Kami menyebut gelombang ini "partikel Higgs" atau "Higgs boson."
Terkadang media menyebutnya "partikel Tuhan." Istilah ini diciptakan oleh satu penerbit untuk menjual bukunya lebih baik, jadi itu berasal dari iklan, bukan sains atau agama. Para ilmuwan tidak menggunakan istilah ini.
Membuat partikel Higgs hanya bagian dari proses, dan relatif mudah. Jauh lebih sulit untuk menemukannya. Gelombang suara mengalir dengan bebas dari telapak tangan Anda melintasi ruangan ke telinga orang lain. Dan partikel Higgs terurai menjadi orang lain lebih cepat daripada yang bisa Anda katakan bos Higgs. Bahkan, lebih cepat dari yang dibutuhkan cahaya untuk melewati diameter atom. ATLAS dan CMS hanya mengukur sisa-sisa partikel Higgs yang meledak dengan hati-hati dan mencoba untuk memundurkan apa yang terjadi kembali, seperti detektif yang mengungkap kasus dalam bukti untuk menentukan apakah partikel Higgs dapat menjadi sumber residu ini.
Faktanya, ini masih lebih rumit. Tidak cukup hanya membuat satu partikel Higgs, karena sisa-sisanya tidak dapat dibedakan. Seringkali, tabrakan dua proton mengarah pada penampilan fragmen yang menyerupai yang dihasilkan dari pembusukan partikel Higgs. Jadi bagaimana kita memastikan bahwa partikel Higgs muncul? Kuncinya adalah bahwa meskipun partikel Higgs jarang, puing-puingnya muncul cukup teratur, sementara proses lainnya sering terjadi, tetapi dengan cara yang lebih acak. Dengan cara yang sama seperti telinga Anda dapat mengenali suara bernyanyi bahkan melalui interferensi yang berat di radio, para peneliti dapat mengetahui dering teratur bidang Higgs di antara hiruk-pikuk acak yang dibuat oleh proses serupa lainnya.
Menyerap semua ini sangat sulit dan sulit. Tapi ini dilakukan dalam rangka kemenangan kecerdikan manusia.
Lalu, mengapa melakukan eksploitasi Hercules seperti itu? Karena sangat pentingnya bidang Higgs bagi keberadaan kita. Hanya ketidaktahuan kita tentang asal-usul dan sifat-sifatnya yang dapat dibandingkan dengan pentingnya ukuran ini. Kami bahkan tidak tahu apakah ada satu bidang seperti itu; mungkin ada beberapa. Bidang Higgs itu sendiri mungkin komposit, terdiri dari bidang lain. Kita tidak tahu mengapa itu bukan nol, dan kita tidak tahu mengapa ia berinteraksi secara berbeda dengan partikel yang berbeda, dan memberikan, misalnya, kepada elektron, massa sama sekali tidak sama dengan massa kuark atas. Karena massa memainkan peran penting tidak hanya dalam menentukan ukuran atom, tetapi juga dalam banyak sifat alam lainnya, pemahaman kita tentang Semesta dan diri kita sendiri tidak dapat lengkap dan memuaskan selama bidang Higgs tetap begitu misterius. Mempelajari partikel Higgs - gelombang di bidang Higgs - akan memberi kita pengetahuan mendalam tentang sifat bidang ini, sama seperti Anda dapat belajar tentang udara dari gelombang suara, tentang batu - dengan mempelajari gempa bumi, dan tentang laut - dengan menonton gelombang di pantai.
Beberapa dari Anda mungkin akan (dan benar) bertanya: ini semua sangat menginspirasi, tetapi apa manfaatnya bagi masyarakat dalam arti praktis? Anda mungkin tidak menyukai jawabannya. Sejarah telah menunjukkan bahwa manfaat sosial dari meneliti masalah-masalah mendasar mungkin tidak muncul selama beberapa dekade, bahkan seabad. Saya menduga Anda menggunakan komputer hari ini. Saya ragu ketika Thompson menemukan elektron pada tahun 1897, seseorang di lingkarannya dapat menebak berapa banyak elektronik yang dapat mengubah masyarakat. Kami tidak berharap untuk memperkenalkan teknologi abad mendatang, atau bagaimana pengetahuan yang tampaknya esoteris yang diperoleh hari ini dapat memengaruhi masa depan yang jauh. Berinvestasi dalam penelitian dasar selalu sedikit taruhan, tetapi didasarkan pada pengetahuan. Dalam kasus terburuk, kita belajar sesuatu yang dalam dan tidak terduga. Pengetahuan seperti itu, meskipun tidak bernilai dalam hal moneter, sangat berharga dalam kedua pengertian.
Untuk singkatnya, saya menyederhanakan sesuatu. Tidak semuanya harus seperti itu. Ada kemungkinan bahwa gelombang di bidang Higgs tidak dapat dideteksi - itu bisa mengingatkan pada upaya untuk membuat gelombang di danau aspal atau dalam sirup kental. Gelombang bisa memudar sebelum terbentuk sepenuhnya. Tetapi kita cukup tahu tentang partikel-partikel alam untuk mengetahui bahwa opsi semacam itu hanya mungkin terjadi jika ada partikel dan interaksi lain yang belum ditemukan - dan beberapa di antaranya tentu dapat ditemukan di LHC. Entah partikel Higgs bisa ada, tetapi sedemikian rupa sehingga akan jauh lebih sulit untuk diproduksi, atau mungkin hancur dengan cara yang tidak terduga. Dalam semua kasus seperti itu, mungkin beberapa tahun lagi sebelum ladang Higgs mulai mengungkap rahasianya. Jadi, kami siap untuk menunggu, meskipun kami berharap bahwa kami tidak perlu menjelaskan kepada media semua kesulitan ini.
Tapi kami khawatir sia-sia.
Penemuan partikel Higgs adalah titik balik dalam sejarah. Kemenangan mereka yang mengusulkan mekanisme Higgs dan mereka yang bekerja pada LHC, ATLAS dan CMS. Tapi itu tidak berarti penyelesaian teka-teki kita terkait dengan massa partikel yang diketahui - ini hanya awal dari harapan kita untuk memecahkan teka-teki ini. Di masa depan, energi dan jumlah tabrakan pada LHC akan meningkat, dan ATLAS dan CMS akan secara komprehensif dan sistematis mempelajari partikel Higgs. Apa yang mereka pelajari dapat memungkinkan kita untuk memecahkan misteri samudra penghasil massal ini, di mana kita semua berenang, dan mengarahkan kita lebih jauh di sepanjang jalan epik yang dimulai lebih dari seratus tahun yang lalu, yang dapat memakan waktu puluhan tahun dan berabad-abad, dan melampaui masa kini cakrawala.