در تاریخ علم دانشمندان بسیاری بوده‌اند که به هر دلیل حاصل عمر و موفقیت نظریه خود را به چشم ندیده‌اند. گرگور مندل، یکی ازپایه‌گذاران ژنتیک نوین، دیدگاه خود را در سال ۱۸۶۶ در اثری با عنوان "آزمایش‌های پیوند گیاهان" منتشر کرد، اما زحمات او در زمان حیاتش هرگز مورد توجه قرار نگرفت و تازه حدود ۳۴ سال بعد از درگذشت او بود که شناخته شد. کوپرنیک، اخترشناس قرن ۱۶، تازه پس از ۴۰ سال پژوهش و تحقیق و در زمانی اثر خود را دید که دیگر در بستر مرگ و تقریبا نابینا بود.
اما پیتر هیگز، فیزیکدان مشهور بریتانیایی که اکنون در سن ۹۴ سالگی درگذشته است، برخلاف مندل یا کوپرنیک، این بخت را داشت که در زمان حیاتش ثمره کار خود را ببیند و شهرتی عالم‌گیر پیدا کند.
عمده شهرت هیگز، مدیون نظریه پیشنهادی او مبنی بر وجود ذرهای بنیادی به نام بوزون هیگز بود که در زبان عامیانه به "ذره خدا" مشهور شده است. کشف بوزونی که به نام او، "هیگز" خوانده می‌شود، جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۳ را برای او که در آن زمان ۸۴ سال داشت به ارمغان آورد.
بیشتر بخوانید: شبیه‌سازی پیدایش جهان در مرکز تحقیقات "سرن" اروپا
اثبات وجود ذره پیشنهادی او البته زمان زیادی برد و در واقع در حدود نیم قرن طول کشید تا پیتر هیگز و فرانسوا انگلرت بلژیکی در سال ۲۰۱۳ به عنوان برندگان جایزه نوبل فیزیک معرفی شوند.
هیگز در سال ۱۹۵۰ میلادی مدرک کارشناسی خود را در رشته فیزیک دریافت کرد و در سال ۱۹۵۱ نیز موفق به اخذ مدرک کارشناسی ارشد از کالج سلطنتی لندن شد. هیگز جوان تنها سه سال پس از آن، در سال ۱۹۵۴، با پژوهش بر روی نظریه ارتعاشات مولکولی به مدرک دکترای خود در فیزیک دست یافت.
بیشتر بخوانید: آیا پیش از بیگ‌بنگ چیزی وجود داشته است؟
نام هیگز اما امروزه بیش از آن که تداعی‌گر خود او باشد، یادآور یک مساله مهم و بنیادین در فیزیک ذرات است و اگر خلاصه بگوییم، به ذرهای بنیادی اشاره دارد که به سایر ذرات جرم می‌دهد.
خبر کشف بوزون هیگز در سال ۲۰۱۲ در مرکز پژوهش‌های اروپایی سرن و با کمک برخورددهنده بزرگ هادرونی یا اصطلاحا شتابدهنده ذرات ال‌اچ‌سی اعلام شد. دانشمندان شتابدهنده سرن در یک نشست خبری در ۴ ژوئیه ۲۰۱۲ از کشف ذرهای به جرم حدودی ۱۲۵GeV/c² خبر دادند که ویژگی‌های آن، با پیش‌بینی نیم‌قرن پیش پیتر هیگز همخوانی داشت.
بیشتر بخوانید: کشف یک سیاهچاله کوچک در نزدیکی زمین
کشف بوزون هیگز از جهات بسیاری یکی از بزرگترین اکتشافات تاریخ علمی زمانه ما محسوب می‌شود و البته کشفی بسیار پرهزینه. بر اساس برآورد مجله فوربس، این کشف در مجموع حدود ۱۳.۲۵ میلیارد دلار هزینه داشته است.
چرا "ذره خدا"؟
بوزون هیگز نام علمی ذرهای بنیادی است که در ادبیات عامه و به خصوص در رسانه‌ها اغلب از آن به عنوان "ذره خدا" یاد می‌شود.
البته این نام، برخلاف آن چه ممکن است تصور شود، ارتباطی با مفهوم الهیات و خداپرستی ندارد. نام "ذره خدا" ظاهرا نخستین بار از سوی لئون لدرمن، فیزیکدان برنده نوبل ۱۹۸۸، به بوزون هیگز اطلاق شده است.
واقعیت این است که لدرمن برای کتاب خود عنوان "ذره لعنتی" (Goddamn Particle) را انتخاب کرده بود، اما این ناشر بود که در سال ۱۹۹۳ نام این کتاب را با حذف damn، به God Particle (ذره خدا) تغییر داده و از آن پس، بوزون هیگز به تدریج در محافل مختلف به نام "ذره خدا" مشهور شده است.
بیشتر بخوانید: از انبساط عجیب عالم تا تلاش برای کشف صد میلیون سیاهچاله در کهکشان راه شیری
به باور بسیاری از فیزیک‌دانان، کشف بوزون هیگز یکی از بزرگترین موفقیت‌های فیزیک ذرات طی دهه‌های گذشته بوده است.
در واقع می‌توان گفت که هزاران نفر در آشکارسازی بوزون هیگز سهیم بوده‌اند و بدون کار پژوهشگران شتابدهنده سرن، اثبات وجود ذره بوزون هیگز هرگز ممکن نمی‌شد.
کشف این ذره در چنین شتابدهنده عظیمی بی‌نهایت دقیق و دشوار بود. چرا که لحظه برخورد میان ذرات در این تونل ۲۷ کیلومتری بسیار بسیار کوتاه است و ممکن است تنها چند نانوثانیه یا چند میلی‌ثانیه طول بکشد. از سوی دیگر، بررسی داده‌های ذخیره‌شده برخوردها نیز معمولا سال‌ها زمان می‌برد.
شتابدهنده ال‌اچ‌سی، جایی که این ذره در آن کشف شد، بزرگترین سیستم سرمایشی جهان است و با ۱۴۰ تن هلیوم مایع کار می‌کند.
دلیل استفاده از این حجم عظیم هلیوم هم این است که بدون وجود این سیستم خنک‌کننده هلیوم مایع، به جای تونل ۲۷ کیلومتری کنونی، لازم بود یک تونل ۱۲۰ کیلومتری ساخته شود.
در مجموعه ال‌اچ‌سی از حدود ده هزار مگنت استفاده شده است که در عمق بیش از صد متری زمین و در دمای بسیار پایین ۱.۹ کلوین (یعنی ۲۷۱.۳- سانتیگراد) کار می‌کنند.
این تنها بخشی از پیچیدگی و عظمت ابزاری است که در سال ۲۰۱۲ به دانشمندان کمک کرد، وجود بوزون هیگز، ذرهای که به ماده جرم می‌دهد را آشکار کنند.
بیشتر بخوانید: از ثبت صدای سیاهچالهها تا فروپاشی زودهنگام عالم
این ذره عجیب هنوز جنبه‌های ناشناخته بسیاری دارد و در عین حال که کشف بزرگی در فیزیک ذرات به شمار می‌رفت، اما از آن زمان تا کنون، به دلیل ماهیت خود به پرسش‌های بیشتری نیز دامن زده است.
استیون هاوکینگ در زمان حیات خود در جریان یک کنفرانس در کره جنوبی، با یکی از همکاران خود گوردون کین از دانشگاه میشیگان، بر سر این که بوزون هیگز وجود دارد یا نه مبلغ ۱۰۰ دلار شرط بسته بود؛ شرطی که هاوکینگ پس از اعلام خبر کشف بوزون هیگز، آن را باخت و باخت خود را نیز پذیرفت.
ذره خدا؛ از تولد تا مرگ گیتی
میدان هیگز در ابتدای پیدایش عالم نیز نقش مهمی بازی کرده است و ذرات تنها ۱۰ به توان منفی ۱۲ ثانیه پس از مِهبانگ، با آن برهم‌کنش داشته‌اند. پیش از این مرحله گذار، تمامی ذرات بی‌جرم بوده‌اند و با سرعت نور حرکت می‌کرده‌اند. با انبساط و سپس سرد شدن عالم، ذرات با میدان هیگز برهم‌کنش کردند و این برهم‌کنش به آن‌ها جرم داد.
اگرچه مدل استاندارد فیزیک ذرات تا کنون بسیار موفق عمل کرده است و پیش‌بینی‌های تجربی آن از پس تبیین نیروها و ذرات بنیادی گیتی بر می‌آیند، اما این مدل حفره‌‌های شناختی بسیاری نیز-از جمله درباره ماده تاریک و انبساط گیتی- دارد. این مدل همچنین جرمی را برای بوزون هیگز پیش‌بینی می‌کند که از میزان مشخص‌شده در سرن بیشتر است.
بیشتر بخوانید: اشباح کیهانی در یخ‌های قطب جنوب چه می‌کنند؟
دانشمندان تا کنون مدل‌های مختلفی را برای این ناهنجاری‌های موجود در فیزیک ذرات طرح کرده‌اند. برخی از این مدل‌ها حتی فرض را بر این می‌گذارند که در آغاز گیتی تعداد زیادی گیتی وجود داشته است و هر گیتی بوزون‌های هیگز با جرم‌های ناهمگن داشته است. بر این اساس، برخی از نواحی هر عالم حاوی یک بوزون هیگز سنگین بوده و برخی نواحی دیگر یک نسخه بسیار سبک از آن داشته‌اند.
برخی از دانشمندان بر این باورند که نواحی دارای هیگز سنگین ناپایدار بوده و در زمان‌هایی کوتاه‌تر از ۱۰ به توان منفی ۵ ثانیه دچار فروپاشی یا مه‌رمب شده‌اند و از این رو، تنها گیتی باقیمانده (یعنی عالم ما) حاوی بوزون هیگز بسیار سبک است.
گیتی ما بر لبه تیغ قرار گرفته است
کیهان‌شناسان می‌گویند، اگر میدان هیگز وجود نداشت هیچ اتمی شکل نمی‌گرفت و ما نیز وجود نمی‌داشتیم. به عبارت دیگر، مطالعات دانشمندان نشان می‌دهد که جرم محاسبه‌شده برای بوزون هیگز بسیار خاص و استثنایی است و دقیقا مقداری است که عالم ما را در آستانه حالت ناپایداری حفظ کرده و به تعبیر جان فرانچسکو جودیچه، فیزیکدان ایتالیایی، گیتی ما احتمالا "بر لبه تیغ" قرار گرفته است.
بیشتر بخوانید: آیا یک عامل ناشناخته در سرعت انبساط گیتی اثر می‌گذارد؟
این پیکربندی تا به حال دوام آورده، اما در نهایت دچار فروپاشی خواهد شد و باز هم به تعبیر جودیچه، وضعیت ما شبیه به کاروانی است "که به طور تصادفی، چادر‌های خود را بر لبه [پرتگاه] یک صخره برپا کرده است."
البته به باور کیهان‌شناسان بعید است که این فروپاشی قبل از ۱۰ به توان ۱۰۰ سال دیگر رخ دهد. این زمان فراتر از حد تصور طولانی است و کافی است در نظر بگیریم که سیاره ما با مرگ تدریجی خورشید تنها در حدود ۵ میلیارد سال دیگر نابود خواهد شد و در زمان فروپاشی نهایی، ذرات تن ما در بهترین حالت در گرد و غبارهای میان‌ستاره‌ای یا در دل ستارگان و سیاهچالهها پراکنده خواهد بود.