אכזבה במאיץ בשוויץ: החלקיק שלא היה

בסוף השנה שעברה דיווחו מדעני מאיץ החלקיקים הגדול בשוויץ על רמזים לקיומו של חלקיק חדש. הסבירות לכך שהרמזים נובעים מרעש סטטיסטי ולא מקיומו של חלקיק חדש עמדה על 1:100,000 (אחד למאה אלף) בלבד. אמנם הסיכוי זה נשמע קטן מאוד, אך הוא גבוה בהרבה מהסף שקבעו המדענים להכרזה ודאית על גילויו של חלקיק חדש. לאחר כמה חודשים ומדידות רבות נוספות הכריעו החוקרים שאין שום חלקיק.

עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:

כוסות רוח: עיגולים לא מועילים

מדע בדקה: מה גרם להתרסקות האופניים באולימפיאדה?

פנסים חיים במעמקים

מה פירוש הדבר שהסיכוי שהחלקיק לא קיים הוא 1:100,000? הרי או שקיים חלקיק ורואים אותו, או שהוא איננו קיים ולא רואים אותו. ואם החלקיק איננו קיים, מדוע פורסמו מאמרים כה רבים בנושא?

רעש סטטיסטי

כולנו מכירים את הרשרוש ששומעים ברקע כשאנו מגבירים את המוזיקה ברדיו יותר מדי. הרשרוש אינו חלק מהיצירה, אלא נובע ממגבלות יכולת ההגברה של המערכת שלנו. כשאנחנו מגבירים את עוצמת הקול אנו מגבירים גם רעשי רקע שלא אמורים להיות שם. בדומה לכך, גם בניסוי מדעי יש רעשי רקע, והם יגדלו ככל שנדחוף את הניסוי שלנו עד קצה גבול היכולת שלו.

אפשר לדמות את זה למוזיקאי שהחליט להקליט צלילים של טיטוא רצפה, ניסור במסור וקולות דומים, כשהמיקרופון מוצב במרחק רב מ"כלי הנגינה" האלה. מפעם לפעם הוא עושה הפוגה בנגינתו אך ממשיך את ההקלטה. אם מאזינים להקלטות בעוצמה המרבית, יש סיכוי לא רע שנתבלבל מפעם לפעם בין רעשי הרקע לבין הקולות שהאמן הקליט, ולא נדע אם הוא מנגן או שאנו שומעים רק רעשי רקע והאמן אינו מנגן כלל.

דבר דומה קרה בניסוי הנוכחי במאיץ החלקיקים האירופי. לו אכן היה קיים החלקיק שהמדענים קיוו לגלות, הוא היה נוצר להרף עין בהתנגשויות בין חלקיקים במאיץ ומתפרק מיד לשני חלקיקי אור (פוטונים) שאנו יכולים לזהות בגלאים של המאיץ. הבעיה היא שיש עוד תהליכים רבים נוספים שמייצרים שני חלקיקי אור הזהים בתכונותיהם לאלו שהיו נוצרים מדעיכתו של אותו חלקיק היפותטי.

אפשר להשוות את חלקיקי האור הנוצרים מהחלקיק למוזיקה, ואת אלה שנוצרים בתהליכים האחרים לרעש הרקע. החוקרים סופרים כמה אירועים של היווצרות זוגות פוטונים רואים בגלאי, ומשווים את המספר להערכה של מספר האירועים הצפוי מתהליכים אחרים. מספר מובהק של אירועים עודפים עשוי להצביע על קיומו של חלקיק חדש.

(צילום: רויטרס)

לרוע המזל, בגלל עצם טבעו של רעש, אי אפשר לחזות במדויק את עוצמתו, אלא רק להעריך אותה. לכן, אם מספר האירועים של היווצרות פוטונים כאלה עולה רק במעט על מספר אירועי הרקע שהחוקרים מצפים שיתרחשו, אי אפשר לקבוע בוודאות אם אכן מצאנו חלקיק חדש או שמא רעש הרקע שונה מעט מהצפוי.

לא הכל לשווא

בניסוי הנוכחי זיהו המדענים מספר רב של אירועים עודפים והעריכו, כאמור, כי הסיכוי לכך שהאירועים העודפים בניסוי הספציפי הזה נובעים מרעש הוא 1:100,000 בלבד. הסבירות הזאת נשמעת קטנה מאוד, אבל לא מספיק קטנה כדי להכריז על קיומו של חלקיק חדש. שנת 2015 נחתמה בהכרזה שיש אות יוצא דופן בנתונים שנאספו בניסוי, עם ידיעה שיש סיכוי סביר שמדובר רק ברעש. הנתונים שפורסמו בימים האחרונים מבוססים על מדידות רבות שנעשו במהלך 2016, והם מאששים את החשש שהגילוי המבטיח מהשנה הקודמת אינו אלא רעש חריג.

אם המובהקות אינה כה מרשימה, מדוע המדענים התרגשו כל כך וכתבו מאות מאמרים תיאורטיים שניסו להסביר את קיומו של חלקיק שלא היה ולא נברא? התשובה טמונה כנראה בעובדה שגם מדענים מונעים לא פעם מתקוות ומציפיות, ומתרגשים מאירועים שנראים יוצאי דופן במבט ראשון, גם אם הם יודעים שיש סיכוי סביר שהממצאים הם בסך הכל רעש סטטיסטי.

למרות הכל, מאמצי המדענים לא היו לגמרי לשווא. התרגשות מביאה עמה יצירתיות והמאמרים שפורסמו על האפשרות לגילוי חלקיק חדש תרמו להבנה טובה יותר של רעשי הרקע, העלו רעיונות לניסויים חדשים ופתחו דלת לרעיונות שלא נשקלו ונבדקו עד כה.

החלקיק המסוים הזה, שעורר את תקוות המדענים, אינו קיים. אבל למרות האכזבה, אפשר לקוות שהניסויים הבאים במאיץ החלקיקים האירופי הגדול יחשפו את קיומם של חלקיקים אחרים שעדיין אינם מוכרים למדע, וישפכו אור על תופעות פיזיקליות עלומות. 

דניאל אלוני, דוקטורנט במכון ויצמן למדע וכתב באתר מכון דוידסון