המפץ הגדול של המדע: פרק ראשון מ''המסע אל שחר היקום''

במהלך כמה אירועים הרי־גורל בתולדות כוכב הלכת שלנו בעת הזו, אצבעותיו של סטפנו רֶדָאֶלִי – פיסיקאי של החלקיקים בן שלושים ושלוש ממילנו, איש גבה קומה ומזוקן בעל עיניים נוקבות וחיוך נינוח – היו מונחות על כפתורי הבקרה. אפשר אפילו להרחיק לכת ולומר שבהזדמנויות הללו, כאשר מאיץ החלקיקים הענק הידוע בשם המאיץ הגדול להתנגשויות הַדרוֹנִים (מה"ג) מופעל ברמות אנרגיה כבירות שלא היו כדוגמתן אי־פעם, רדאלי הוא לא רק האיש בעל העוצמה הגדולה ביותר שחי מעולם, אלא גם האדם היחיד בהיסטוריה שיש ביכולתו, בהקלקת עכבר אחת, לשנות לצמיתות את גורלו של עולמנו, ואולי אף את גורלה של מערכת השמש כולה.

עוד ב-ynet מדע:

• סריוס: כוכב הכלב
• חלב קטלני: האמנם
• והיום בתוכנית: כביסה
  

בשעה 16:40 ביום שישי, 5 במרס 2010, שימש רדאלי שוב בתפקיד המהנדס האחראי לחדר הבקרה של צר"ן ליד הכפר הצרפתי פּרֶוֶוסַן, ממש על גבול שוויצריה. בצדו השני של הגבול נמצא מרכז צר"ן, כינויו המסורתי של הארגון האירופי למחקר גרעיני. זהו האתר השולט בפעולתם של המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים, מאיץ החלקיקים האדיר ביותר בעולם, ושל שורה של מאיצים קטנים יותר, המזינים את מה"ג בזה אחר זה בפרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי) מהירים יותר ויותר. במקום הזה הופעל מה"ג זה־עתה מחדש אחרי פגרת החורף שלו, והגדיל לשיעורין את עוצמתו, תוך שהוא שובר שיאים בזה אחר זה.

זו הפעם לא הורשו אמצעי התקשורת העולמיים להתקרב למאיץ בעת התנעתו, אבל מזלי שיחק לי והורשיתי להימצא במרכז העצבים של תפעול מה"ג. הסתכלתי סביבי. הייתי באולם אולטרה־מודרני בגודל של מגרש כדורסל בערך, שבקירותיו חלונות המגיעים עד לתקרה ומשמשים מסגרות להרי זִ'ירָה הצרפתיים עטורי השלג המקיפים אותו מקרוב. ליד קירות אחרים היו ערוכים עשרות מסכי צפייה גדולים וססגוניים. מדענים ומהנדסים הצטופפו סביב ארבע קבוצות גדולות של שולחנות עמוסי ציוד מחשבים.

מרכז הבקרה נראה כמו הכלאה של גשר הפיקוד של החללית אנטרפרייז לבין רצפת המסחר של בורסת המניות של ניו יורק, אבל המסכים הגדולים לאורך הקירות, שבהם צפו עתה בדריכות רדאלי ועמיתיו, לא הציגו מידע על מעמקי החלל, וגם לא את נתוני הבורסה האחרונים. תחת כל אלה הופיעו עליהם זרמי נתונים מדויקים שנבעו ממעמקיה של מנהרה עגולה באורך 26.5 קילומטרים ובעומק של 100 מטרים מתחתינו. המדידות האלה כללו: טמפרטורה – הנמוכה ביותר ביקום המוכר, קרה יותר מטמפרטורת החלל החיצון; עוצמות שדות מגנטיים – מן האדירים ביותר שיצר האדם אי־פעם, קצתם חזקים פי 200,000 ויותר מהשדה המגנטי של כדור הארץ; ואנרגיה – כרגע 450 גִיגָא־אלקטרון־ווֹלט (גא"ו), רמה גבוהה ביותר, שעוד תעלה בבוא היום לגובה כמעט בלתי־מתקבל על הדעת: 7 טֶרָא־אלקטרון־וולט (טא"ו), או 7,000 גא"ו – פי חמישה־עשר ויותר מהרמה הנוכחית.

מפקחים על הניסוי במאיץ. (צילום: CNN)

רדאלי, המהנדס האחראי, היה האיש שפקודותיו חוללו את הגדלת האנרגיה ההדרגתית בתוך המנהרה שמתחתינו, על־ידי הגדלת ההספק החשמלי, שנמצא עכשיו בתחום הירוק באחד הצגים הגדולים, אל הצהוב (ובנסיבות יוצאות דופן אל האדום), במאות מגאווטים – כצריכת החשמל של כרך בינוני בגודלו. הזרם החשמלי, המוזן לכ־10,000 מגנטים על־מוליכים ענקיים והתקני תדר רדיו, מרכז את אלומות הפרוטונים התאומות של מה"ג, מכופף ומאיץ אותן, עד שמהירותן מגיעה בסופו של דבר לרמה קרובה ביותר למהירות האור.

היו בחדר עוד הרבה מדענים צעירים אחרים, ובהם פטר סוֹלַנדֶר, מומחה טכני צעיר, גבה קומה וממושקף משוודיה, האחראי לחלק מתשתית המאיץ. ליד האזור שלו נמצא המרכז המפקח על ההליום הנוזלי שמצנן את המגנטים העל־מוליכים במנהרה. כל פס על המרקע בקיר שממולנו ייצג 154 מגנטים, וכל הפסים היו ירוקים עכשיו, להעיד כי שום מדידת טמפרטורה במגנטים התת־קרקעיים אינה עולה על 1.9 קֶלווין (כלומר, 1.9 מעלות צלזיוס מעל האפס המוחלט, או °271.25–). זוהי הטמפרטורה שבה שרויים המגנטים העל־מוליכים. אם תתרומם הטמפרטורה באחד המגנטים מעל לרמה זו, הפס יהפוך לאדום ויהיה צורך להפסיק לאלתר את הפעולה כולה, כדי למנוע אסון.

מדענים אחרים פיקחו על היבטים נוספים של בקרת המפעל המדעי המסובך ביותר שיצא לפועל מאז ומעולם. בצדו השמאלי של האולם הגדול הזה היה מרכז משני למאיצים המזינים, התורמים הספק בשלבים. הראשון הוא מאיץ אלומות ליניארי (קווי) בשם לינאק 2, ואחריו בא המאיץ החזק ממנו, מגבר הסינכרוטרון הפרוטוני, שאחריו בא הסינכרוטרון הפרוטוני (ס"פ) עצמו, ולבסוף העל־סינכרוטרון הפרוטוני (עס"פ) – מכונה בעלת היסטוריה מפוארת של תגליות בפיסיקת החלקיקים של שנות השמונים. המאיץ האחרון הזה מזין פרוטונים במישרין למאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים. קבוצה אחרת של עמדות פיקחה על כל ההיבטים הטכניים של המגנטים הענקיים תחת פני האדמה ועל ההספק החשמלי המוזרם אליהם. והקבוצה האחרונה, מימין, במקום שבו עמד רדאלי, הייתה מרכז הבקרה של מה"ג עצמו.

ממש מאחורי המדענים הצעירים שהצטופפו סביב מרקעי המחשבים בחלק זה של האולם ניצב גבר חמור־סבר בשנות השישים לחייו, בעל שיער אפור גלי, לבוש באפודה כחולה בהירה ובמכנסי ג'ינס, ועיניו היו דבוקות לצג השלישי משמאל על הקיר שמעליו. לינדון ("לין") אֶוָואנס היה השליט החשאי של חדר הבקרה, הנוכחות שמאחורי הקלעים. הוא צפה בקו הכחול על הצג שייצג את ההספק המאיץ את שתי אלומות הפרוטונים המנוגדות במירוצן סחור־סחור במעגל של 26.5 ק"מ תחת פני האדמה, במהירות קרובה למהירות האור. אוואנס, הפיסיקאי הוולשי הידוע בצר"ן כ"אביו של מה"ג", ייצג את צמרת ההנהלה של הארגון. אבל בדרכו האופיינית של שיתוף הפעולה הבינלאומי יוצא הדופן הזה, המקיף יותר מרבבת מדענים מכל חלקי תבל, קבלת ההחלטות בפועל הופקדה כמעט תמיד בידי הצעירים במקום: המדענים והמהנדסים העוסקים בתפעולו היומיומי של המאיץ.

המאיץ(צילום: Gettyimages Imagebank)

בעוד רדאלי ועמיתיו מפקחים על המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים במרכז הבקרה של צר"ן, איישו עוד מדענים את ארבעת צומתי הבקרה האולטרה־מודרניים של המאיץ השולטים בניסויים המדעיים עצמם המבוצעים במה"ג. אחד מחדרי הבקרה החדישים מאין כדוגמתם הללו נמצא כשמונה קילומטרים מערבה, ב"נקודה 5" של מה"ג, היישר מעל גלאי ענקי בשם סמ"ד (סוֹלֶנוֹאִיד מוּאוֹנִים דחוס). ד"ר גִידוֹ טוֹנֶלִי, פיסיקאי חלקיקים בכיר מפיזה, פיקח כאן על פעולותיה של קבוצת המדענים שלו הצופים במסכיהם, והמתין לשמוע ממרכז הבקרה של צר"ן בפרווסן האם יורשו הפרוטונים המואצים במנהרה להתנגש באנרגיה אדירה בתוך הגלאי העל־מוליך שנמצא ממש תחת כפות רגליהם. טונלי התבונן במידע שעל צג המחשב שלו, ודומה היה שהוא מתעלם כליל משאר החדר – הגדוש בצגים אחרים, בכבלים ובציוד מחשבים מתוחכם.

סמ"ד, המכשיר המדעי הכי כבד שנבנה אי־פעם, הוא מבנה ענק של פלדה, נחושת, זהב, צורן, אלפים רבים של גבישי עופרת־טוּנגסטֶן וקילומטרים של סלילי נִיוֹבּיוּם־טִיטָניוּם על־מוליכים, וכן מאגר של הליום נוזלי; הוא מלא וגדוש לעייפה באלקטרוניקה מסובכת, רגישה מאין כמוה, ומשקלו הכולל מגיע ל־12,500 טונות. רק הברזל בתוך גלאי סמ"ד שוקל 10,000 טונות – יותר ממשקלו של מגדל אייפל. קליפתו החיצונית של המתקן הכביר הזה היא מגנט חזק מאוד, אלקטרומגנט על־מוליך שיש לקררו בהליום נוזלי לטמפרטורה שמתחת לזו של החלל החיצון כדי לשמור על על־מוליכותו – כלומר, הולכת חשמל ללא התנגדות – כדרוש להחזקת המגנטיות ברמה גבוהה ביותר, 4 טֶסלָה (פי מאה אלף מהשדה המגנטי של כדור הארץ; אחדים מהמגנטים המבצעים משימות אחרות במה"ג מחוללים שדה מגנטי חזק כפליים מזה). אנרגיות החלקיקים המתפוצצים בתוך גלאי סמ"ד לא נראו ביקום מאז ביליונית השנייה (12–10) אחרי המפץ הגדול ששילח אותו לדרכו לפני 13.7 מיליארד שנה.

ביום ההוא ביקרתי במרכז הבקרה של סמ"ד שעה לפני־כן, וכשעמדתי בחדר לא יכולתי אלא להשתומם על הסתירות והניגודים שמסביב לי. חדר הבקרה הזה נמצא בבניין העומד בדד לגמרי בלבו של נוף כפרי צרפתי שאנן, מוקף בכרי מרעה מלאי פרות ובחלקות אדמה חרושות, פחות מקילומטר מכפר צרפתי בשם סֶסִי. העיירה הקרובה ביותר שוכנת שבעה קילומטרים מדרום־מזרח לו: פֶרנֶה־ווֹלטֶר. (השם וולטר נוסף לשם המקורי לציון העובדה שבמאה השמונה־עשרה התגורר כאן הסופר והפילוסוף הצרפתי המפורסם, חיבר את קנדיד ותרם רבות לכלכלת העיירה).

ממש ליד פרנה־וולטר נמצאת "נקודה 8" של מה"ג, מקומו של גלאי ייעודי בשם מה"ג ב' (האות ב' מציינת beauty, "יופי"). הלאה לדרום־מזרח עובר גבול שוויצריה, ומעבר לו משתרעים פרברי ז'נבה. מֵיירִין, פרבר מערבי סמוך לנמל התעופה של ז'נבה, הוא "נקודה 1" של מה"ג, מקומו של גלאי בשם אטלס (ראשי התיבות המאולצים במקצת של "מתקן מה"ג טורואידי"), שמשימתו דומה למשימת סמ"ד, וצוות המדענים שלו עוסק בניסויים דומים בריסוק פרוטונים; ובקרבת מקום שוכן המרכז רחב הידיים של ארגון צר"ן עצמו. אם ממשיכים מערבה בנתיבו המעגלי של מה"ג חוצים שוב את הגבול לצרפת, ומגיעים כעבור כמה קילומטרים ל"נקודה 2", אתר הגלאי העיקרי האחרון של מה"ג, אליס שמו (ניסוי גדול בהתנגשויות יונים), שגם הוא ממלא, כמו מה"ג ב', תכלית מדעית ייעודית.

כמה חודשים לפני־כן, ב־30 בנובמבר 2009 – זמן קצר לפני שנפסקה פעולת מה"ג לרגל פגרת החורף – התחקו טונלי וצוות המדענים הצעירים שלו אחר נתיבים על מסכיהם שייצגו את מעברם של אלפי חלקיקים זעירים, אשר ניתכו בשטף מההתנגשויות הישירות הראשונות של פרוטונים: האלומות נעו זו למול זו כמעט במהירות האור, עד שהתנגשו באנרגיות פיצוץ כבירות בתוך הגלאי התת־קרקעי הענקי, סולנואיד המואונים הדחוס.

בעת שגלאי סמ"ד פועל, מיליארדי פרוטונים מתנגשים בתוכו מדי שנייה בשנייה. טונלי הסביר לי שמבין כל אלה, רק אחד ממאה אלף מייצג "אירוע יוצא דופן", שאולי יתגלה כמעניין מאוד מבחינה מדעית. אלגוריתמים ברמה גבוהה מופעלים לסריקה נוספת של הדגימות, ורק 300 אירועים בשנייה מתועדים דרך קבע ומועברים לשחזור מלא ולניתוח פיסיקלי.

ומביניהם, רק התנגשות חלקיקים מעניינת במיוחד אחת מופיעה על המסך מדי שנייה, משום שעינינו אינן מסוגלות להבחין היטב בתמונה מסובכת הנשארת על הצג זמן קצר מזה. מדענים מאיישים את חדר הבקרה עשרים וארבע שעות ביממה, ומפעם לפעם הם חוזים בשטף מרהיב עין של חלקיקים – נפולת מההתפוצצות הכבירה של פרוטונים שהתנגשו ראש בראש בקרבי הגלאי הענקי, הטמון במעבה האדמה תחת כפות רגליהם. בנובמבר ובדצמבר 2009, לפני השבתת המכונה, הצטברו נתיבי חלקיקים רבים מעין אלה, שיצאו מהתנגשויות פרוטונים באנרגיות שיא.

מאיץ(צילום: המרכז למחקר גרעיני של האיחוד האירופי (cern))

מה הם מייצגים? הייתכן שהם חתימותיו של בּוֹזוֹן הִיגְס החמקמק, החלקיק האחראי לדעת הפיסיקאים להענקת מסה לכל החומר ביקום, ומכוּנה גם "חלקיק אלוהים"? היש בתוכם רמז לקיומו של "החומר האפל" הבלתי־נראה והמסתורי, הממלא את הגלקסיות מקצה לקצה, לדעת הפיסיקאים והאסטרונומים? או שמא קלט הגלאי את הסימן החושפני להימצאותו של ממד נסתר של המרחב שבו אנו חיים, אחד מבין שישה או שבעה ממדים נוספים, כפי שמציעה תורת המיתרים? כל אחת מהתגליות האלה הייתה מייצגת צעד ענק קדימה בהבנתנו את הטבע, וכולן כאחת נמנות עם היעדים שהמאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים נבנה על־מנת להשיגם.

העוצמה האדירה של אנרגיה מרוכזת מאוד שמשחררות התנגשויות הפרוטונים בתוך מה"ג נושאת את המדע אל רמה חדשה שטרם נחקרה, אל ממלכת אנרגיה גבוהה שלא נראה כדוגמתה מאז שבריר שנייה אחרי המפץ הגדול. במובן זה, המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים נושא אותנו מיליארדי שנים אחורה, אל התנאים ששררו ביקום זמן קצרצר אחרי הולדתו המשולהבת. הודות למה"ג, המדעים הפיסיקליים ישנו את פניהם לצמיתות, כי מעתה ישקיפו אל מעמקי יקום שלא ידענו כמוהם אי־פעם; יחשפו את מבנה היקום בעבר ובהווה; ישאו מבט אל עתידו; ואולי אפילו יפענחו את משמעותו.

התנגשויות ראש בראש של ביליוני פרוטונים במעמקי הקרקע מתחת לאזור הגבול של שוויצריה וצרפת הופכות אנרגיה למסה, בדמות חלקיקים אחרים הבוקעים מההתנגשויות וניתזים לכל עבר במהירויות גבוהות. תהליך זה מתרחש מפני שנוסחתו המפורסמת של איינשטיין, E = mc2, אומרת כי מסה ואנרגיה אינן אלא שתי התגלויות שונות של אותו הדבר עצמו. הנוסחה הזאת של איינשטיין (למען הדיוק, גרסה קצת יותר מסובכת שלה, המביאה בחשבון גם את מהירויות החלקיקים ), שעוצמתה רבה במידה שלא תיאמן, היא המאפשרת מלכתחילה את המחקר באמצעות מאיצי חלקיקים. הרעיון הוא כדלקמן.

חלקיקים מואצים למהירויות גבוהות, לפתיחה, ואז הם מובאים להתנגשות בחלקיקים מואצים אחרים הנעים מולם, בכיוון ההפוך. אנרגיה משתחררת מההתנגשויות הללו, ולפי נוסחת איינשטיין, אנרגיה זו הופכת לחלקיקים מהירי־תנועה אחרים. כלומר, מן האנרגיה המשתחררת כתוצאה מהתנגשויות החלקיקים, יכולה להיווצר מסה. המסה החדשה הזאת, שמקורה באנרגיה טהורה, עשויה לכלול חלקיקים מעין אלה שהתקיימו כשהיקום היה רק בן שבריר של שנייה ותו לא, וחקר התנהגותם של החלקיקים האלה הוא המפתח להבנת הכוחות והחלקיקים שאנו רואים בעולם כיום.

במילים אחרות, מה"ג משחזר חלקיקים ותופעות טבע שאיש לא זכה לצפות בהם מעולם. והוא גם נושא אותנו אחורה בזמן, אל עבר קדמוני רחוק מאין כמוהו, בעת שהיקום היה "מרק" חלקיקים לוהט וצפוף לאין שיעור, ששמו המדעי הוא פלסמת קוורקים וגלואונים. זאת ועוד, המאיץ פועל גם כמיקרוסקופּ ענק: הוא מראה לנו את נבכי פעולתו הפנימיים ביותר של המרחב־זמן.

המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים תוכנן ונבנה על־ידי מדעני צר"ן במשך עשרים שנה, בהוצאת הון עתק – העלויות כבר עברו את קו 10 מיליארד הדולרים – למען מטרה אחת ויחידה: לחשוף את חוקי היקום העליונים. כדי לגלות את החוקים האלה ולראות את החלקיקים, את הכוחות ואת פעולות הגומלין שהיו לפני זמן כה רב ואינם עוד, היה צורך במאמץ חסר תקדים – מאמץ שאפשר להשיגו רק בשיתוף פעולה בינלאומי הדוק החובק הרבה מוסדות, מדינות ותחומים של התמחות מדעית. מיזם מה"ג הוא שיתוף הפעולה המדעי המתקדם ביותר בהיסטוריה.

כיצד פועלת המכונה? בניסוי מה"ג, שתי אלומות פרוטונים שהתקבלו מיינון מימן גזי מוכנסות לתנועה בכיוונים מנוגדים, במהירויות הולכות וגוברות. המכונה נקראת המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים, משום שהפרוטונים הם הַדרוֹנִים. הדרון (לפי מילה יוונית שפירושה "עבה") הוא חלקיק הבנוי מקוַורקים. בפרוטון יש שלושה קוורקים, ולכן הוא שייך לתת־קבוצה של ההדרונים הנקראת בַּריוֹנִים. (הדרונים שיש בהם רק שני קוורקים נקראים מֶזוֹנִים.) הפרוטונים שנוצרו מגז מימן מואצים בהדרגה, בשרשרת רצופה של מאיצים קטנים יותר בצר"ן, עד שהם מגיעים למהירות שבה אפשר להזריק אותם לתוך מה"ג. כאן, הֶתקנים רבי־עוצמה בתדר רדיו הקבועים במנהרה "מעיפים" את החלקיקים יותר ויותר מהר, כאילו הם מקבלים בעיטה בכל פעם שהם חולפים ליד התקן כזה.

אלקטרומגנטים על־מוליכים ענקיים, מקוררים כמעט עד לאפס המוחלט כדי להעניק להם מוליכות חשמל באפס התנגדות ולהגדיל את עוצמתם עד כמה שאפשר, מעקמים את נתיבי הפרוטונים לאורך המנהרה העגולה התת־קרקעית, מרכזים את שתי האלומות המנוגדות ומונעים את התפזרותן.

ניסוי במאיץ(צילום: AFP)

במה"ג מותקנים 9,593 אלקטרומגנטים על־מוליכים; יש ביניהם 1,232 מגנטים עיקריים, שתפקידם לעקם את נתיבי הפרוטונים לפי צורתו של מסלול המירוץ התת־קרקעי, 392 מגנטים למיקוד אלומות הפרוטונים לאורך המנהרה ו־6,400 מגנטים מתַקנים, המבצעים שינויים קלים בנתיבי הפרוטונים על־מנת שיתנגשו במקומות המיועדים לכך, ברמת דיוק של שבריר המילימטר – הרבה פחות מעובייה של שערת אדם. ויש עוד מגנטים, חלקם משובצים בתוך המגנטים העיקריים, לביצוע משימות נלוות.

כשמה"ג פועל ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר שלו, הוא מאיץ בהתמדה את הפרוטונים עד שהם מגיעים למהירות שקשה להשיגה בדמיון, 99.9999991 אחוז ממהירות האור (שהיא 299,792.458 קילומטרים בשנייה). הדבר קורה כאשר פועל מה"ג ברמת אנרגיה של 14 טֶרָא־אלקטרון־וולט (טא"ו). טא"ו אחד הוא בערך האנרגיה של משק כנפי היתוש, ואולי זה נראה כמו מעט מאוד אנרגיה – אבל היא מרוכזת לאין שיעור יותר מזה: מה"ג מחולל אנרגיה גבוהה ממנה פי ארבעה־עשר בתוך נפח של שני פרוטונים, כלומר, נפח קטן פי ביליון (1012) מנפחו של יתוש. זוהי בפירוש רמת האנרגיה־לנפח הגבוהה ביותר שהושגה אי־פעם. בתחום הזה של אנרגיה גבוהה במידה קיצונית אפשר לצפות להופעת חלקיקים חדשים ותופעות חדשות, שעד כה התקיימו רק בדמיונם של הפיסיקאים.

טיבה של המשימה

זה זמן־מה שאנו מתקשים מאוד להתקדם לקראת הבנת הטבע ברמתו הבסיסית ביותר. נקלענו למבוי סתום בחיפושינו אחר תשובות לתעלומותיו העמוקות ביותר של הטבע, משום שהמעבדות שלנו – מאיצי החלקיקים ושאר האמצעים לחקר חלקיקים קטנים – כמעט חדלו לספק ממצאים חדשים. במיוחד, החלקיק האחרון הנחוץ להשלמתו ולאימות תקפותו של המודל התקני של פיסיקת החלקיקים – התיאוריה הבדוקה והמהימנה בת המאה העשרים, שהולידה ניבויים כה רבים אשר אומתו בדייקנות – עדיין לא נמצא. המרכיב החסר למודל התקני נקרא בּוֹזוֹן הִיגס, והוא ידוע בכינויו "חלקיק אלוהים", משום שלפי הסברה המקובלת, הוא מעניק לכל החלקיקים את מסותיהם. הפיסיקאים חושבים שכבר הגיעו קרוב מאוד למציאתו, ואף גילו רמזים משמעותיים לקיומו בניסוייהם, אבל עד כה חמק חלקיק היגס מכל ניסיונותיהם הנמרצים למוצאו בפועל ממש.

המודל התקני מכיל חלקיקי "חומר" הקרויים פֶרמִיוֹנִים (לכבוד אנריקו פרמי), והם האלקטרון, הקוורקים – היוצרים את הפרוטונים ואת הנייטרונים, מרכיבי גרעין האטום – וחלקיקי יסוד דומים. ועוד ישנם החלקיקים "נושאי הכוחות", הקרויים בּוֹזוֹנִים (לכבוד סַטיֵינדרָה נָאת בּוֹז), המבצעים את עבודתם של כוחות הטבע: כבידה, אלקטרומגנטיות, הכוח הגרעיני החלש והכוח הגרעיני החזק. המודל התקני מתאר את פעולתם של שלושה מארבעת הכוחות הפועלים על חלקיקי חומר באמצעות הבוזונים; הכבידה עדיין אינה נכללת במודל זה.

המודל התקני, כפי שפותח במהלך המאה העשרים, הוא אחת התיאוריות המדעיות המוצלחות ביותר בהיסטוריה. הוא מבוסס על תורת הקוונטים, על מושג השדה ועל תורת היחסות הפרטית של איינשטיין – שלושה מארבעת עמודי התווך של הפיסיקה המודרנית. אבל הפיסיקאים טרם מצאו דרך לשלב בו את עמוד התווך הרביעי, תורת היחסות הכללית של איינשטיין – התיאוריה המודרנית של הכבידה, המרחיבה את המכניקה של ניוטון אל ממלכות המהירויות הקיצוניות והעוצמה הכבידתית הקיצונית – והשגת המטרה הנכספת הזאת היא אחת ממשאות הנפש הגדולות ביותר של המדע.

למרות הצלחתו מעוררת היראה של המודל התקני בהסברת התנהגותם של חלקיקים ושל כוחות, עדיין חסרה לתיאוריה עצמה פיסה אחת של אימות – מציאת בוזון היגס בניסוי. בוזון זה שאותו מחפש מה"ג נובע ממחקר תיאורטי שנעשה בשנות השישים, ורעיון קיומו מוליך להבנה שחייב להתקיים מנגנון – מנגנון היגס – שמכוחו רוכשים החלקיקים המסיביים את מסותיהם. המנגנון הזה, לפי הסברה המקובלת, פעל את פעולתו המכושפת ברגעים הראשונים ממש אחרי המפץ הגדול, בתיווכו של חלקיק בלתי־נראה הידוע עכשיו בשם בוזון היגס. כדי למצוא את בוזון היגס חייב מה"ג לשחזר את תנאי הצפיפות האדירה והטמפרטורות הגבוהות לאין שיעור ששררו ביקום בעצם ראשיתו. אם יימצא חלקיק היגס, תספק התגלית את ההוכחה הסופית לתקפותו של המודל התקני, ולכן תהיה זו תוצאה חשובה מאין כמוה למדע.

למרות כל זאת, ידוע לנו על־פי רמזים שונים – למשל, העובדה שכוחות הטבע אמורים להיות מאוחדים באנרגיה גבוהה ביותר, כלומר בפרק זמן שמיד לאחר המפץ הגדול, אבל לפי המודל התקני דבר זה אינו יכול לקרות – כי יש מקום לפיסיקה שמעבר למודל התקני. פיסיקת החלקיקים המודרנית, ובכללהּ המודל התקני, מבוססת על הרעיונות המתימטיים האדירים הקרויים במשותף סימטריה, כפי שעוד נראה בפירוט בהמשך הדברים. אבל ייתכן בהחלט שהפיסיקה החדשה תסתמך על תיאוריה גדולה יותר, המרחיבה את רעיון הסימטריה אל משהו שנקרא על־סימטריה – סימטריה אדירה וגדולה יותר, החובקת גם את חלקיקי החומר (הפרמיונים) וגם את החלקיקים נושאי הכוחות (הבוזונים). אבל עד כה הבחינו החוקרים רק ברמזים עקיפים להתנהגות חלקיקים שאפשר לייחס אותה לעל־סימטריה, והחלקיקים שקיומם מתחייב מהתפיסה המתימטית המתקדמת הזאת את הטבע עדיין לא נתגלו.

גילויו של חלקיק על־סימטרי יחיד יהיה פריצת דרך מדעית חשובה לא פחות מאשר מציאת חלקיק היגס; ויש אומרים, חשובה ממנה. לפי הסברה, המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים מסוגל ליצור תנאים שבהם עשויים חלקיקים תיאורטיים כאלה להופיע. וגילויו של חלקיק "על־שותף" כזה צופן הבטחה גדולה: אולי יהיה בו כדי להסביר אחת מהתעלומות העיקשות ביותר בפיסיקה ובאסטרונומיה – קיומו של "החומר האפל" הערטילאי (שהופיע לראשונה כרעיון תיאורטי בשנות השלושים של המאה שעברה), האמור למלא את כל הגלקסיות ביקום.

בה במידה חשובה אפשרות קיומם של ממדים נסתרים בטבע, מעבר לשלושת ממדי המרחב ולממד הזמן האחד שאנו מכירים, וייתכן שגם הממדים הנוספים האלה מחכים לגילוי. תורת המיתרים – התיאוריה הפיסיקלית הרואה את חלקיקי היסוד כמיתרים זעירים רוטטים – טוענת שחייבים להיות לטבע לא פחות מעשרה ממדים, ואולי אף אחד־עשר. חוקרי המיתרים מקווים שעבודת מה"ג תוליך לגילוי ממד נוסף אחד לפחות של מרחב־זמן. גם זה יהיה צעד גדול קדימה למדע, וישתמע ממנו כי מבנה היקום הרבה יותר מורכב מכפי שאנו מבינים אותו כיום.

עדיין יש עמנו הרבה מאוד שאלות על הטבע שטרם ניתנה עליהן תשובה. ברמה הבסיסית ביותר, ממה עשוי החומר? מה נותן לחומר את המסה שלו? מה טיבם של הכוחות הפועלים על החומר, וכיצד הם מתייחסים זה לזה? מדוע זה כמה כוחות הם חלשים, ואחרים – חזקים? האם הכוחות אינם אלא התגלויות שונות של כוח מאוחד אחד גדול, על־כוח שממנו יצאו כולם? מהו החומר האפל הממלא את היקום? מהו הקשר בין חומר לאנטי־חומר? האומנם יש למרחב ממדים נסתרים?

אם יש ברצוננו למצוא את התשובות, עלינו ללכת למקום שמעולם לא היינו בו – אל כור מחצבתו של היקום, לזמן שמיד אחרי המפץ הגדול, למקום שבו כוחות הטבע מתגלים במלוא תפארתם: מקום שבו החלקיקים היסודיים ביותר באים לכלל קיום ונעלמים שוב, מקום שבו אנו יכולים לראות את הכוחות, את השדות ואת החלקיקים הקדמוניים שמילאו תפקידים מכריעים בהתפתחות היקום, ולאחר מכן נעלמו מעין. לשם כך עלינו לשחזר את התנאים שבהם נולדו כוחות הטבע וחלקיקיו.

תרשים של מאיץ החלקיקים(צילום: המרכז למחקר גרעיני של האיחוד האירופי (cern))

הפיסיקה המודרנית היא הבסיס לכל התקדמותנו לקראת הבנת המציאות, ראיית מבנה היקום שבו אנו חיים וניסיונותינו להקיף בשכלנו את חוקיו, את תופעותיו השונות והמשונות, את חלקיקיו ואת כוחותיו. ויש בטבע זיקה מסקרנת ועמוקה: כל מה שקורה לחלקיקים זערוריים, הרבה יותר קטנים ממה שאנו מסוגלים לראות בעינינו, הוא חיוני לכל מה שקורה ביקום בכללותו, הרחב לאין שיעור. "פעולות הגומלין בין חלקיקים מכתיבות את התפתחות היקום," הסביר לי חתן פרס נובל ג'רום פרידמן, כשראיינתי אותו על המיזם הכביר הקרוי מה"ג ועל הבטחתו.

להשפעתן של פעולות הגומלין הללו על היקום בכללותו יש פנים רבות. לדוגמה, אנומליה פעוטה בדרך התנהגותם של חלקיקי החומר, להבדיל מהתנהגותם של אנטי־חלקיקים, יכולה להסביר מדוע היקום קיים בכלל – מדוע לא התאיין מיד עם הולדתו. ופעולות הגומלין בין חלקיקים לבין שדות (כגון השדה האלקטרומגנטי, המוכר לכל מי ששיחק בילדותו במגנט ובנסורת ברזל) מסבירות מדוע התפשט היקום אחרי המפץ הגדול וכיצד התפתח. סודות הטבע וכדור הארץ, השמש, כוכבי הלכת, החלל החיצון והכוכבים והגלקסיות הרחוקים – שורשי כולם טמונים בתעלומות התנהגותם של חלקיקי הטבע הזעירים ביותר ושל הכוחות המושלים בהתנהגות זו.

ארבעת הכוחות המכתיבים את התנהגות החלקיקים הקטנים ביותר – הכבידה, האלקטרומגנטיות, הכוח הגרעיני החלש והכוח הגרעיני החזק – כבר ידועים היטב, אבל המדענים מבקשים לדעת את אורחות פעולתם של ארבעת הכוחות האלה, ולהבין למה עוצמותיהם שונות זו מזו במידה כה גדולה. לדוגמה, הם רוצים לדעת מדוע הכבידה כה חלשה בהשוואה לשאר הכוחות. אינכם מתארים לעצמכם את הכבידה כחלשה כשאתם מרימים חפץ כבד, או קופצים לגובה; אירועי חיינו היומיומיים מלמדים אותנו שהכבידה היא חזקה – לפעמים חזקה יותר מכפי שהיינו רוצים. אבל הכבידה חלשה מאוד בהשוואה לכוח אחר שאנו מכירים מחיי היומיום – האלקטרומגנטיות, הכוח האחראי למכות החשמל שאנו עלולים לקבל כשאנו נוגעים בידית דלת עשויה מתכת אחרי שהלכנו על שטיח צמרירי ביום יבש מאוד; אותו כוח עצמו אחראי לפעולת כל המנועים החשמליים, מחייב את מחט המגנט להצביע צפונה ומעניק לנו את תקשורת הרדיו והטלפון הסלולרי, כמו גם את המכ"ם.

אם אתם רוצים לראות עד כמה חלשה הכבידה בהשוואה לאלקטרומגנטיות, תוכלו לעשות ניסוי פשוט. הניחו מהדק נייר על שולחן וקרבו אליו מגנט מוט קטן, מלמעלה למטה. כשיהיו השניים קרובים די הצורך, יקפוץ המהדק באוויר וייצמד למגנט. הניסוי הזה מראה כי מקור קטן מאוד של כוח אלקטרומגנטי – מגנט המוט שבידכם – גובר על משיכת הכבידה שמפעיל על המהדק כל כדור הארץ. וכך אתם יכולים לראות שאכן, הכבידה חלשה מאוד בהשוואה לכוח האלקטרומגנטי; אבל הפיסיקאים רוצים גם לדעת מדוע זה כך. אחדים מהם אפילו העלו את ההשערה שעוצמתו של שדה הכבידה מדולדלת משום שהכוח הזה דולף לאי־אלה ממדים נסתרים של המרחב, שאיננו יכולים לחוש בהם בשום דרך רגילה. ייתכן שמה"ג ישפוך אור גם על הבעיה הזאת.

דוגמת מגנט המוט המנצח את משיכת הכבידה של העולם כולו, משום העובדה שהכבידה הרבה יותר חלשה מהאלקטרומגנטיות, יכולה לשמש גם להסברת פעולתו של מה"ג עצמו. למהדק הנייר אין ברירה: הוא נמשך אל המגנט בן־רגע. אותו הדבר קורה כשפרוטונים מואצים במה"ג. הפרוטונים, בעלי המטען החשמלי החיובי, פועלים כמהדקי נייר בזעיר־אנפין: הם אינם יכולים לעמוד בפני הכוח שמפעילים עליהם המגנטים הענקיים והתקני תדר הרדיו של מה"ג. המגנטים הפרושׂים למלוא היקפו של מה"ג, 26.5 ק"מ, מכופפים וממקדים את אלומות הפרוטונים, והשדה האלקטרומגנטי של התקני תדר הרדיו מעניק להם מהירות יותר ויותר גדולה בדרכם במסלול התת־קרקעי העגול. בה בעת, הכבידה מושכת את הפרוטונים כלפי מטה; אך מכיוון שהיא כה חלשה בהשוואה לאלקטרומגנטיות, השפעתה על הפרוטונים זניחה.

כשהפרוטונים מתנגשים סוף־סוף עם אחיהם העושים את דרכם בכיוון הנגדי, הם משחררים את כל האנרגיה שלהם, וכך משוחזרים התנאים שהתקיימו זמן קצר אחרי המפץ הגדול. מיד אחרי המפץ הגדול, טמפרטורת היקום הייתה אדירה. חלקיקי חומר ואנטי־חומר נוצרו והתאיינו בלי הפוגה. ידוע לנו שכאשר אנטי־חומר פוגש בחומר רגיל, הוא מאיין אותו מיד – הופך אותו לאנרגיה טהורה, ומושמד בעצמו באותה דרך תוך־כדי־כך. ובכן, אם החומר והאנטי־חומר נוצרו בכמויות שוות במפץ הגדול, כפי שסבורים המדענים, כיצד זה אנחנו קיימים? להשערתם, זמן קצר אחרי המפץ הגדול – ומסיבות שאינן מובנות לנו – גבר החומר על האנטי־חומר, וזה מקורו של החומר ביקום המוכר לנו, כולל כוכבים, כוכבי לכת ויצורים חיים. כמה ניסויים ייעודיים במה"ג, שיבוצעו בגלאי מה"ג ב', מיועדים ליישב את התעלומה הזאת. ניסויים אחרים, שיתנהלו בגלאי אליס, שואפים להבין את טיבו של "המרק הקדמוני" של חלקיקים, שהיה הדבר היחיד ביקום שבריר קטן של שנייה אחרי המפץ הגדול.

השאלות הללו על חלקיקים וכוחות ועל טיבו ומוצאו של כל החומר הן השאלות החשובות ביותר הניצבות בפני המדעים הפיסיקליים כיום – אלה הן שאלות היסוד על קיומנו: מנין באנו, ממה אנו עשויים ולאן מועדות פנינו. צר"ן נוסד ב־1954 במטרה לתת תשובות, ובעשרים השנים האחרונות, רבים ממאמציו יוחדו לבניית מאיץ החלקיקים האולטימטיבי – המאיץ הגדול להתנגשויות הדרונים. משום כך מה"ג כה חשוב למדע, וראוי להשקעה של מיליארדי דולרים כה רבים ושל זמנם ומאמציהם של אלפים כה רבים של מדענים מסורים, העובדים כאן ובמוסדות אחרים ברחבי העולם המשתפים פעולה עם צר"ן.

אבל מדוע יש לנו צורך במאיץ חלקיקים כדי לחפש את התשובות לשאלותינו? למה לא נשתמש בפריט ציוד משוכלל אחר כלשהו? הסיבה היא שאם אנו שואפים לגלות את החלקיקים הנסתרים של הטבע, אנו חייבים לרכז אנרגיה ברמה כזו שאפשר להפוך אותה לחומר חדש. כפי שאמר חתן פרס נובל פרנק וִילצֶ'ק מ־MIT: "במעמקי העולם הקוונטי, אם אתה רוצה לראות משהו, אתה צריך ליצור אותו." או כדברי חתן פרס נובל אחר, יוֹאִיצִ'ירוֹ נַמבּוּ: "כדי לגלות חלקיקים חדשים או לחקור פעולת גומלין לא־ידועה, יש צורך בל־יעבור באנרגיות יותר ויותר גבוהות. היחס 'אנרגיה שווה מסה' מציב גבול למסה של החלקיק שאתה יכול ליצור באנרגיה נתונה; לכן, אחרי שראינו את כל התגובות האפשריות במאיץ נתון, אנחנו יכולים לומר שהמאיץ הזה מיצה את תכליתו הבסיסית. ואז אנחנו צריכים מאיץ ברמת האנרגיה הבאה – וחוזר חלילה".

הואיל והמאיצים שקדמו למה"ג מיצו כולם את תכליתם לפני זמן רב, ויצרו או גילו את כל החלקיקים ברמות האנרגיה שהיו אפשריות להם, מה"ג הוא הצעד הגדול הבא קדימה של המדע. הניסויים המיוחלים כל־כך במה"ג הם במובנים רבים נקודת המוקד של כל הפיסיקה המודרנית – אירועים שאליהם מתכנסים כל התיאוריות שפותחו במרוצת הדורות, כל הניסויים הקודמים וכל מה שדימינו לעצמנו על הטבע עד עתה. וזה גם המקום שבו מתמזגים התיאוריה והניסוי, כדרך שלא מוזגו מעולם.

מה"ג מפיק כמויות עתק של נתונים על תוצאות התנגשויות הפרוטונים שלו. הנתונים האלה מנותחים במערכת חישוב חדישה לחלוטין, הידועה בשם "הסריג" – רשת מקושרת היטב של אלפי מחשבים בשלושים וחמש מדינות. אין מקום טוב מצר"ן להמצאת חידושים בעולם המחשבים, ותעיד העובדה שאחת ההתפתחויות החשובות ביותר, המשפיעה על חיי היומיום שלנו בכל אתר ואתר (תרתי משמע), התרחשה כאן. ב־1989 המציא מדען בצר"ן, טים בֶּרנֶרס־לִי, את הרשת הכלל־עולמית (WWW), בעת שחיפש את הדרך הטובה ביותר לקשר בין מדענים ולאפשר להם לשתף איש את רעהו בתוצאות מחקריהם. ההצלחה שנחל במאמץ הפיתוח הזה הייתה גדולה מאין כדוגמתה, ושיטת התקשורת בין מחשבים שהתקין ראויה להיחשב לאחד ההמצאות הגדולות ביותר בכל הדורות.

העמקת הבנתנו את הפיסיקה ואת הקוסמולוגיה היא מטרה חשובה בפני עצמה, אבל ייתכן שיהיו לתגליות הצפויות ממה"ג גם יישומים מפתיעים בחיי היומיום. כפי שמלמדת דוגמת הרשת הכלל־עולמית, רעיון שנולד בהקשר מדעי, דהיינו צר"ן, והטכנולוגיה שפותחה בעקבותיו, יכולים לגרור השלכות כבירות על הטכנולוגיה ועל הכלכלה של העולם כולו. אלמלא הבינונו את חוקי הפיסיקה המושלים בגלי רדיו, לדוגמה, הרי הרדיו, הטלוויזיה, היכולת להנחית מטוסים, השיחות בטלפון סלולרי והאינטרנט לא היו אפשריים. מלבד זאת, שיטות חדשות כמו סורקי טומוגרפיה ממוחשבת (CT) וטומוגרפיה בפליטת פוזיטרונים (PET), שהן כה חיוניות לרפואה המודרנית, נוצרו מתוך מדע מאיצי החלקיקים – ורבות מההתפתחויות החשובות במדע זה אירעו בצר"ן. מדעי הרפואה משתמשים במאיצים גם כדי להשמיד תאים סרטניים, ועבודת מה"ג עשויה ללמדנו עוד על השימוש בטכנולוגיה זו: כיצד למקד אלומות חלקיקים ברמת הדיוק הדרושה כדי להשמיד תאים סרטניים בלי לפגוע ברקמות בריאות, למשל. באופן זה, החיפושים אחר ידע המתנהלים בצר"ן, ובמעבדות אנרגיה גבוהה אחרות בעולם, מביאים תועלת מעל ומעבר לציפיות המדעיות הישירות.

נקל לנו לדמיין כיצד יוכלו להיוולד כאן טכנולוגיות חדשות וחשובות מתוך הבנת השיטות לטיפול באלומות פרוטונים עתירות אנרגיה, שלא היו כדוגמתן מעולם, ולהשליך על היבטים אחרים של חיינו. לדוגמה, הסורק הקרוי מערכת מֶדִיפִּיקס בכל רמות ההפרדה (MARS), שפותח לא מזמן בידי חוקרים מאוניברסיטת קנטרברי בניו זילנד – הדור הבא של סורקי CT – מבוסס על טכנולוגיה שהופיעה לראשונה בצר"ן. הסורק החדש והמהפכני הזה הוא "מכונת קרני רנטגן צבעונית", המגלמת תקווה להצלת חייהם של רבים הודות לאבחון מוקדם של גידולים סרטניים, ויש לראותו כאחת התוצאות המרובות של חקר החלקיקים המתנהל כאן כמדע טהור.

אימת החורים השחורים

צר"ן הוקם כקונסורציום של מדענים ממדינות רבות, המשתפים פעולה יחדיו לקידום הידע. היה על המדענים הללו להילחם על המטרה שהאמינו בה, ולא היה קל לשכנע את הממשלות שהן חייבות לממן את המיזם הנרחב הזה, זולל המשאבים, בשם המדע. אחד הדברים שהכבידו על ההתקדמות היה חשש הציבור שמא, אחרי שיפעל המאיץ במשך זמן־מה ברמת האנרגיה המרבית והכבירה שלו, 14 טא"ו – פי שבעה מכל מה שהשיג מאיץ אחר לפניו (טוואטרון של מעבדת פרמי באילינוי מחולל קצת פחות מ־2 טא"ו) – עלול להיווצר חור שחור. מפלצת זו, חששו אחדים, תוכל אז לגדול ולבלוע את כל העולם, העיתון לה טן המופיע בז'נבה מסַפר שקטע וידיאו ביוטיוב – תיאור גרפי של חור שחור זעיר הנעשה יותר ויותר גדול עד שהוא חובק לבסוף את כדור הארץ כולו – זכה ליותר ממיליון צפיות.

אפילו אנשים שאינם מתייחסים ברצינות לסכנת החורים השחורים מכירים במקום הבולט שהיא תופסת בתודעת הציבור. מעבר לאוקיינוס האטלנטי, סטודנטים במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בחרו, כנושא לאחד ממעשי הקונדס המפורסמים שלהם, את החשש מפני חור שחור. לילה אחד בשלהי 2009 התגנבו הסטודנטים לאחד האולמות הגדולים של המכון ותלו מתקרת הכיפה שלו חללית מפלסטיק שהאותיות צר"ן טבועות על צלעותיה. היא הייתה מעוכה עד אובדן כל צורה, ונראתה כנופלת בסחרור לתוך חפץ שחור שהיה תלוי גם הוא ממרכז הכיפה.

אלן בָּאר, פיסיקאי מאוניברסיטת אוקספורד, פתח מצגת טכנית מאוד על חומר אפל, בכנס של פיסיקאים בבוסטון ב־2009, בשקופית של העמוד הראשון של העיתון האנגלי סאן מיום 10 בספטמבר 2008 – היום שבו החלה ההרצה הראשונה של מה"ג, ברמת אנרגיה נמוכה. באר אמר: "לאלה מכם שאינם מכירים את בריטניה, ככה הוצג מה"ג לראשונה בפני הציבור הבריטי." הכותרת הכריזה באותיות של קידוש לבנה כי מה"ג עלול ליצור חור שחור שיבלע את כדור הארץ, אם כי הוסיפה: "אבל בלי פאניקה, עדיין יש די זמן לנסות כל אחת מהתנוחות של קאמה סוטרה".

האם עלול להיווצר בצר"ן חור שחור? ואם כן, האם יבלע את כדור הארץ? נניח להומור; המדענים שקלו את האפשרות הזאת בקפדנות. הפיסיקאי התיאורטי הבריטי המפורסם סטיבן הוקינג מקווה מן הסתם שאכן יופיע בצר"ן חור שחור קטן – ויתנדף מיד. אירוע מעין זה עשוי לאמת את המנגנון המפורסם שתיאר הוקינג להתנדפותם של חורים שחורים (הנמשכת עידן ועידנים כשמדובר בחורים שחורים בעלי מסות של כוכבים, אבל רק שבריר השנייה בחור שחור זעיר), בתהליך הקרוי "קרינת הוקינג", או ביתר דיוק "קרינת בקנשטיין־הוקינג" – והדבר עשוי להעניק לו את פרס נובל. ואכן יש כמה פיסיקאים בכירים שמאמינים כי חור שחור זעיר עשוי להיווצר במכונה, אבל מדענים בצר"ן ובמקומות אחרים מזדרזים להרגיע אותנו: ההסתברות לכך שהוא יחזיק מעמד זעירה ביותר. עם זאת, איש אינו מוכן לומר שהסיכוי הוא אפס. הכול מסכימים שעם מה"ג, אנו נכנסים לשטח בלתי־ממופה מכול וכול של רמות אנרגיה מלאכותיות, ואי־אפשר לנבא במדויק מה יקרה כאשר המאיץ יפעל ברציפות במשך כמה שנים.

חור שחור(צילום: AP)

רוב הפיסיקאים, אין צורך לומר, מתעניינים הרבה יותר בפיסיקה החדשה והמרתקת ובתגליות הכבירות שהם מייחלים להן על טיבו של היקום – וייתכן בהחלט שֶׁחור שָׁחור זעיר, מהיר התנדפות, יהיה אחת מהן, כתוצאה מעבודתו של מה"ג. ב־10 בספטמבר 2008, בהתעלמות גמורה מהחששות מפני חור שחור שיבלע את העולם, פתח צר"ן בהרצת מה"ג ברמת אנרגיה נמוכה, כהכנה לקראת התנגשויות הפרוטונים המיוחלות. הפרוטונים הואצו במשך עשרים דקות, במבדק מוצלח מאוד שהגיע הרחק מעבר ל־99 אחוז ממהירות האור, אם כי מתחת ליכולתו התיאורטית של המאיץ. נציגי אמצעי התקשורת העולמיים הוזמנו לחזות באירוע, ומרכז הבקרה של צר"ן התמלא ביותר משלוש־מאות איש ואישה. מנואלה צ'ירילי, צעירה מקסימה בעלת עיניים חומות נוצצות ושיער שחור, שקיבלה תואר דוקטור בפיסיקת החלקיקים מהאוניברסיטה היוקרתית סקוּאוֹלָה נוֹרמָלֶה סוּפֶּריוֹרֶה בפיזה, ועבדה בקבוצת אטלס מאז 2001, עזרה באותו יום לאנשי משרד התקשורת של צר"ן. היא סיפרה לי מה קרה ביום ההוא.

"למען האמת, זה היה שקט מאוד, בהתחשב בממדים של הניסוי המדעי הזה," אמרה, "אבל האנדרלמוסיה וההתרגשות היו באוזניות שחבשתי." אנשי התקשורת עסקו בהכנת וֶבּקאסט, העובדים תפסו את מקומותיהם ודיברו לתוך מיקרופונים, והעיתונאים התרוצצו סביב־סביב עם הציוד שלהם.

למראית־עין, שום דבר מכל אלה לא השפיע על המדענים – אבל מנואלה לא הלכה שולל אחר השאננות המדומה הזאת. היא הביטה במדענים לא בלי מרירות, אולי בקנאה על הרגע הגדול שלהם, שהנה הגיע אחרי שנים כה רבות של הכנות וציפיות. מאז שעברה ללשכת התקשורת, היא התגעגעה לעבודה בפיסיקה. היא הבחינה כי בעוד נציגי התקשורת מתרוצצים כאחוזי תזזית בניסיון לקלוט את כל המתרחש, עמיתיה המדענים המאיישים את עמדות הבקרה של המכונה הענקית פעלו בקצב פחות תוסס. "זה היה שקט, כמו פעולה רגילה שבה כל אחד יודע בדיוק מה הוא צריך לעשות," אמרה. אבל כמדענית, היה ברור לה שגם אם הפיסיקאים נראו כה שלווים בעבודתם, כולם כאחד היו מודעים לנטל האחריות הרובץ על כתפיהם.

בעמדת הבקרה של מה"ג ניצב סטפנו רדאלי. "בלילה הקודם," התוודה באוזני, "לא הצלחתי להירדם. הייתי נרגש מדי." אך כאשר הגיע לעבודה באותו יום, הוא היה רגוע ומוכן. הוא היה להוט להעלות את המאיץ לרמות שיא של אנרגיה. סיפרה מנואלה צ'ירילי: "הסתכלתי על לין אוואנס, והוא היה שקט, בהחלט, אבל יכולתי לראות את המתח ולהרגיש אותו. והיה ממש נהדר לראות איך המתח מתרופף אחרי שהאלומה הקיפה את הטבעת בהצלחה." היה זה יום של הצלחה מושלמת, "טובה יותר מכפי שחשבנו!" הכריזה מנואלה.

כעבור תשעה ימים פתחו מדעני צר"ן סדרת הרצות נוספת של המכונה, שהופעלה ב־5 טא"ו – רמת אנרגיה גבוהה מאוד. ופתאום, בלי כל אזהרה, התפגר המאיץ. התגלעה בעיה בריתוך מוליך הנחושת של אחד המגנטים העל־מוליכים הענקיים, והמגנט דעך (כלומר, איבד את העל־מוליכות שלו); הליום נוזלי התחיל לדלוף, ובתגובת השרשרת שהתחוללה בעקבות זאת דעכו 53 מגנטים נוספים.

די בקלקולו של רכיב זעיר אחד של המערכת להריסת העל־מוליכות של מגנט, ומרגע שקורה הדבר, כבלי המתכת העבים בסליל המגנט מגלים התנגדות. התנגדות יוצרת חום. הדבר פותח שרשרת של עליות טמפרטורה וירידות מוליכוּת, עד שהמגנט נהרס כליל. ייתכן אפילו שתפרוץ שרֵפה.

וזה בדיוק מה שקרה. עם עליית ההתנגדות התחילו ניצוצות להתעופף במנהרה, לפתע פתאום, ופרצה שרפה חשמלית שניקבה חור בציפוי הפלדה החיצוני של המגנט. כתוצאה מכך דלף הליום נוזלי קר עד מאוד לתוך מנהרת מה"ג, ונוצרה "רכבת דומינו" שהפילה את שאר המגנטים הענקיים בזה אחר זה. העניין כולו נמשך פחות מדקה אחת, וההרס היה שלם.

האשם היה נעוץ כולו בנקודה אחת של ריתוך פשוט, שהתגלתה כחלשה מדי להעברת הזרם שהיה עליה להוליך. איש לא היה יכול לחזות זאת מראש. מלכתחילה, היה צורך לבנות את מה"ג יש מאין – מעולם לא נוצר אבטיפוס למאיץ התנגשויות כה אדיר, ולכן היה על המדענים ללמוד את תכונות המכונה שבנו ואת יכולותיה תוך־כדי עבודה. בעקבות התאונה נאלצו הבונים לעבור על כל נקודות הריתוך במה"ג, ליצור אותן מחדש ולבדוק אותן, ומלאכת התיקון והשיקום של רכיבי המכונה נמשכה חודשים רבים בטרם הושלמה. מההתנסות הזאת למדו המדענים שצר"ן חייב להתקין מערכת בטיחות חדשה למגנטים, שנקראה מערכת הגנת מדעך (QPS). זוהי מערכת אלקטרונית מתוחכמת המפקחת בהתמדה על המגנטים כדי לוודא שהטמפרטורות שלהם אינן עולות, ושהעל־מוליכות שלהם נשמרת. היא מפקחת גם על 23,000 נקודות המעבר של זרם גבוה במכונה כולה, כדי להבטיח את פעולתן התקינה.

למרבה הצער, צר"ן תכנן חגיגה גדולה לכבוד חנוכת המאיץ. ראשי מדינות אירופה ונכבדים רבים אחרים מכל קצווי תבל הוזמנו ל"חגיגת מה"ג", אך מכיוון שהמאיץ מת ואיש לא ידע מתי יחזור לחיים חדשים, ביטל נשיא צרפת את ביקורו ושלח נציג נמוך־דרג במקומו. ממשלת איטליה החליטה לשלוח לצר"ן רק את שגרירהּ ליד מוסדות האו"ם, שמקום מושבו בז'נבה הסמוכה. מבחינת יחסי ציבור, זה היה אסון לצר"ן. ומאותה סיבה, כאשר חודשה הפעילות בשלהי פברואר 2010, לא הוזמנו עיתונאים למקום.

התאונה הייתה אירוע טראומטי בתולדות המאיץ. היא שימשה כהתרעה למדעני צר"ן, להודיעם שהם חייבים לנקוט זהירות רבה יותר בבדיקת גבולותיו של המוצר הענק הזה של יכולת האדם ותושייתו. היה עליהם ללמוד איך מפעילים את מה"ג כפי שאדם לומד לנהוג במכונית בלי עזרת מורה, משום שאיש לא "נהג" במכונה הזאת מעולם, וגבולות ביצועיה לא היו ידועים. זאת ועוד, התקנת מערכת הגנת המדעך נמשכה זמן רב. העבודה התנהלה לאט מאוד במשך השנה שאחרי התאונה.

למען האמת, ההתקדמות האטית כל־כך, העיכובים התכופים והתקלות שהתגלעו בעקבות התאונה עוררו אכזבה בקהילה המדעית העולמית: מדענים בכל מקום ומקום איבדו את סבלנותם, אחרי שציפו לנסים ולנפלאות ממה"ג. ניו יורק טיימס אפילו פרסם כתבה מאת העורך המדעי דניס אוֹבֶרבִּי, שדיווחה על תיאוריה משונה שהגו שני פיסיקאים: "בוזון היגס המשוער, שאותו מקווים הפיסיקאים ליצור במאיץ, אולי שנוא על הטבע במידה כזו שהיווצרותו תשגר אדוות אחורה בזמן ותבלום את המאיץ בטרם יספיק ליצור אותו, כמין נוסע בזמן החוזר אחורה כדי לרצוח את סבתא שלו".

ההמתנה הממושכת, והבעיות שנתקל בהן צר"ן בדרכו להחזיר את התוכנית למסלולה, תסכלו את כל הפיסיקאים. בכנס של פיסיקאים בכירים שנערך כמה חודשים לפני שעלה בידי צר"ן לחדש את פעילותו של מה"ג הכושל, אמר ג'ק גַניוֹן, פיסיקאי של חלקיקים מקליפורניה: "כולנו נשתגע בגלל ההמתנה הזאת להיגס!"

ופתאום, בן־לילה למראית עין, הפתיע המאיץ את כולם כאחד וחזר לחיים במלוא המרץ. הוא החלים לגמרי מהתקלה של ספטמבר 2008, התעלם התעלמות גמורה מהחששות שמא ישמיד את כדור הארץ, ונתן הוכחה ניצחת לכך שאינו שומע קולות מן העתיד. המכונה חזרה לפעול בקול ענות גבורה. מדי כמה ימים נשבר בצר"ן שיא עולמי חדש: שיא מהירות, שיא אנרגיה של חלקיקים במאיץ, ובעקבות זאת נופצו כל שאר השיאים שקבע מה"ג לפני־כן, בזה אחר זה.

ב־30 בנובמבר 2009, בשעה 00:44, בעת שסטפנו רדאלי ניהל את מרכז הבקרה ולין אוואנס ישב אי־שם מאחור, שבר מה"ג את שיא האנרגיה העולמי שקבעה מעבדת פרמי כמה שנים לפני־כן, כשהאיץ פרוטונים ל־2.36 טא"ו בסך הכול. כעבור שבועיים הובאו פרוטונים להתנגשות ברמת אנרגיה זו. בקבוקים של שמפניה יקרה נפתחו בקול נפץ במרכז הבקרה של צר"ן, וכל הנוכחים חגגו. "נכון שזאת המכונה הכי גדולה שהייתה פעם?" שאלו החוגגים איש את רעהו. ובמשך היום הבא שלחו קבוצות המדענים השונות בצר"ן – סמ"ד, אטלס, אליס ומה"ג ב' – את נציגיהן למרכז הבקרה של צר"ן עם בקבוקי שמפניה משלהם, לכבוד שיאים חדשים באנרגיות התנגשות ששבר כל אחד מארבעת הצוותים. החגיגה הייתה מושלמת.

"זה היה פשוט מדהים," סיפר רדאלי, עייף ותשוש אחרי 24 שעות של פעילות רצופה. "זה היה מאמץ של צוות שלם," אמר. "כל אחד ואחד תרם לו." מעט לפני שיצאה שנת 2009, ב־16 בדצמבר, שלח צר"ן "טוויט" מלא עליצות לאלפי העוקבים אחריו בטוויטר ברחבי העולם: "הריצה הראשונה של מה"ג הסתיימה היום ב־18:03 שעון מרכז אירופה אחרי סדרה מוצלחת של 'לראשונה'. נחזור לעניינים בשנה הבאה''.