Naš najveći živući fizičar vraća se u Hrvatsku. U intervjuu za Index otkriva zašto

FIZIČAR svjetskog glasa, prof. Goran Senjanović, jedan od začetnika teorije prema kojoj elementarne čestice neutrini imaju masu, koja je potvrđena eksperimentima, te teorije o lijevo-desnoj simetriji, koja se istražuje u Velikom hadronskom sudaraču (LHC) u CERN-u, dobio je nedavno ponudu da na Sveučilištu u Splitu zauzme poziciju chair, koja do sada u Hrvatskoj nije postojala, a ima veliki značaj u svijetu znanosti.

Tim povodom razgovarali smo s njime.

Profesore Senjanoviću, Senat Sveučilišta u Splitu je krajem prošle godine usvojio pravilnik za uspostavu "prestižnih katedri", tzv. chair pozicija. To je nova struktura u našoj akademskoj zajednici, a kao prvi kandidat za tu poziciju spominjete se vi. Možete li pojasniti što je to chair pozicija i što novo ona može donijeti?

Za razumijevanje chair pozicije prisjetimo se prvo kako izgleda proces akademskog napredovanja. Od docenta, preko izvanrednog profesora, dolazi se do titule redovnog profesora, a taj proces je lokalnog karaktera. Primjerice, kriteriji Harvarda razlikuju se od kriterija Sveučilišta u Splitu. Chair pozicija, ili kako se ponekad još zove Distinguished Professorship, mnogo je prestižnija od pozicije redovnog profesora i ima globalni karakter.

Kriteriji, a onda i plaće, trebali bi biti donekle isti na svim sveučilištima - svjetski. Chair pozicije dobivaju naročito važan karakter u 20. stoljeću, pogotovo nakon II. svjetskog rata u SAD-u, gdje se koriste za razbijanje dominacija vrhunskih sveučilišta kao što su Princeton, Harvard, Yale, Stanford i sl.

Ideja je bila privući velike znanstvenike na manja sveučilišta, a centralni aspekt tih pozicija je stvaranje istraživačke grupe oko nositelja chaira. Lijep primjer toga je stvaranje vrhunske fizike na Sveučilištu Teksas u Austinu, koje je chair pozicijom privuklo Stevena Weinberga, koji se do nedavne smrti smatrao najvećim živim fizičarom.

U Hrvatskoj to nikada nije postojalo, ali je nedavno prof. Dragan Ljutić, rektor Sveučilišta u Splitu, odlučio stvoriti chair poziciju za fiziku elementarnih čestica. Prošli tjedan, nakon što je Senat usvojio prijedlog, stigla mi je i konkretna ponuda. Ovim presedanom mijenja se struktura organizacije znanosti u Hrvatskoj i to je po meni povijesni trenutak. Nema garancije, naravno, ali nije nezamislivo da bi to moglo stvoriti efekt lavine u Hrvatskoj, te s vremenom našu znanost približiti svjetskom vrhu.

Moram reći da je originalna ideja o chair poziciji potekla od Danice Ramljak, bivše ravnateljice Instituta Ruđer Bošković.

Gdje trenutno radite i hoćete li prihvatiti poziciju chair profesora u Splitu?

Ja sam profesor emeritus na International Centre for Theoretical Physics (ICTP) u Trstu, jednom od glavnih centara teorijske fizike na svijetu, koji je osnovao Abdus Salam, uz Weinberga i Sheldona Glashowa, jednog od očeva standardnog modela čestica. Salam je bio ne samo veliki fizičar koji je zauvijek ušao u povijest ove znanosti, već i vizionar koji je 1960-ih stvorio prvi stvarno internacionalni centar fizike, na svjetskom nivou. Već četiri godine sam i gostujući profesor na sveučilištu Ludwig Maximilians u Münchenu, danas vodećem u Njemačkoj i jednom od prestižnijih u svijetu.

Kako chair pozicija u Splitu uključuje i stvaranje internacionalne grupe oko mene, te uz to i doktorski studij elementarnih čestica, skoro je sigurno da ću je prihvatiti. U Münchenu imam specijalnu poziciju s velikom slobodom i vrhunskim kolegama i studentima, ali tamo očigledno ne mogu činiti tako veliku razliku kao u Splitu i Hrvatskoj.

Uz to, mogućnost stvaranja svjetske grupe za teorijsku fiziku ogroman mi je izazov i to me, unatoč velikoj odgovornosti, jako privlači. Ja živim za takve izazove i ponosan sam što sam 1991., na poziv Salama, uspio na ICTP-ju stvoriti grupu iz fizike čestica.

Meni je u tome ključno da privučemo briljantne mlade fizičare i time pomognemo priljevu mozgova u Hrvatsku. Problem bi eventualno mogle biti male plaće znanstvenika u Hrvatskoj, što otežava dovođenje vrhunskih ljudi. No, na sreću, splitski gradonačelnik Ivica Puljak je i sam znanstvenik i sveučilišni profesor pa vjerujem da će bezrezervno i konkretno podržati ovaj projekt. Tu je još i pitanje adekvatnog prostora za rad i o tome se dogovaramo s rektorom Ljutićem.

Zašto ste postali fizičar? Što Vas je privuklo? U čemu je ljepota znanstvenih istraživanja?

Iako nisam siguran, rekao bih da sam slučajno postao fizičar. Kao dijete bio sam jako nemiran. Nikada nisam uspijevao zagrijati stolicu. Nisam htio učiti, nisam mogao zbog nemira. Uz igranje moj je život ispunjavalo još samo neumorno čitanje. Na sreću, škola mi je bila laka i bio sam odličan đak. No tko zna što bi bilo sa mnom da jednog popodneva kad sam imao 14 godina moj stariji brat nije stavio Matematički vjesnik, zbirku problema, na moj radni stol.

Dovoljno je bilo da sjednem za stol i pogledam prvi problem i otkrijem sve bogatstvo i širinu svijeta, neopisivi mir. Vrijeme je bilo stalo i nisam mogao stati do kasno u noć. Roditelji su me jedva uspjeli nagovoriti da idem spavati, bez večere, bez svijesti o ičem drugom. Mjesecima nisam mogao izaći na ulicu – bio sam nekako proglašen izdajnikom.

Sve što sam želio bilo je da sjedim za svojim radnim stolom i pišem matematičke formule po čistom, bijelom papiru. Nikada više nisam stao i nikada nisam pogledao nazad. Sve što želim je da ne stanem do smrti. 

Teško je kazati u čemu je ljepota nečeg bez čega ne možete. Kao da me pitate u čemu je ljepota disanja. Proces pisanja formula na papiru dok razmišljam o nekom problemu daje mi neodoljivu lakoću postojanja. No ima i više. Momenti kada, nakon ponekad mjeseci i mjeseci tog procesa, ne znam da li da ga nazovem radom ili igrom, osjetite da ste otkrili nešto novo, razumjeli nešto dublje, na drugi način i promijenili sliku gledanja na stvarnost oko sebe.

To su momenti ogromnog zanosa. Sjetite se kako je Arhimed trčao gol ulicama Sirakuze vičući - Eureka. Ne kažem da je točno isto, on je otkrio duboki zakon prirode, no često bi mi došlo da izađem na ulicu - odjeven za razliku od njega - i trčim od sreće, da prilazim ljudima da im kažem da sam nešto razumio. To ima sličnosti s ushićenjima nakon gledanja velikog filma ili slušanja glazbe koja vas potrese.

Ali rekao bih da ipak ima neku još veću dimenziju. Moram priznati da pored gušta i ljubavi koje osjećam prema radu, da bih se potpuno posvetio nekom problemu mjesecima pa čak i godinama, pomagao mi je jako, a pomaže i danas, san da otkrijem nešto fundamentalno i uđem u povijest. Da time dobijem i društveno priznanje, pa čak i slavu ako hoćete. Iznenadit će vas možda koliko i najveći među nama, pa čak i geniji nad genijima kao što je bio Einstein, sanjaju o tome, naročito o priznanju. To je slično kao kad čujete Đokovića ili Federera kako kažu da su, dok su provodili beskonačno vrijeme trenirajući i igrajući, sanjali da budu na centralnom terenu u finalu Wimbledona i da uđu u povijest.

Bavite se teorijskom fizikom elementarnih čestica, možete li nam pobliže reći što ona izučava?

Fizika elementarnih čestica traži odgovor na centralno pitanje - od čega je svijet sačinjen na fundamentalnom nivou. Ideja da postoji nešto elementarno što gradi materijalni svijet stara je preko 2000 godina. Mi dan danas slavimo Demokrita, koji je vjerovao u postojanje atoma, što je naziv koji dolazi od grčke riječi atomos, nedjeljiv. Danas znamo da je atom sastavljen od jezgre i elektrona koji kruže oko nje.

Jezgra se sastoji od protona i neutrona, koji se razlikuju samo po tome što proton ima električni naboj, a neutron ne. No ni oni nisu elementarni, napravljeni su od kvarkova. Fascinantno je da je cijeli svemir, ma kako daleko da gledamo, napravljen od tih istih čestica. Pored njih, tu je i neutrino, možda najfascinantniji od svih, jer se ne vezuje praktički ni za što, već slobodno putuje svemirom i prolazi kroz sve.

No još interesantnija od čestica je interakcija među njima. Danas se zna da sve relevantne sile među elementarnim česticama - jaka, koja vezuje kvarkove i omogućuje postojanje atoma, elektromagnetska, koja djeluje među česticama koje imaju električni naboj, te slaba, odgovorna za nuklearnu fisiju i fuziju, što uključuje energiju Sunca - imaju svoje glasnike, tzv. bozone. Tu je, među ostalima, i Higgsov bozon, odgovoran za masu svih ostalih čestica.

Prikaz nastanka Higgsovog bozona u sudaru protona u LHC-u

Prije desetak godina otkriven je Higgsov bozon kojeg spominjete, čije je postojanje teorija predvidjela još 1960-ih. Je li otkrićem Higgsovog bozona na neki način zaokružena teorija našeg fundamentalnog razumijevanja prirode? Ako ima otvorenih pitanja, koja su to pitanja?

Da, otkriće Higgsovog bozona je kruna standardnog modela čestica, teorije svih relevantnih sila među elementarnim česticama. Nema nijednog fizičara čestica koji ne zna gdje je bio 4. srpnja 2012. kada je službeno objavljeno to otkriće, tolika je važnost Higgsovog bozona. To nije samo posljednja nađena elementarna čestica, već možda i najvažnija. Upravo ona, preko tzv. Higgsovog mehanizma, daje masu svim elementarnim česticama. Standardni model je krenuo dosta ambiciozno da bude teorija svih fundamentalnih sila u prirodi, time što predviđa postojanje glasnika sila, odnosno bozona. No postao je mnogo više - teorija o izvoru mase.

Kad kažem mase svih čestica, moram biti precizniji, svih osim neutrina, koji bi po standardnom modelu morao imati masu nula. To je jedino pogrešno predviđanje inače skoro savršene teorije, koja se u svemu drugom slaže s eksperimentom s velikom preciznošću.

Dakle, očigledno ima otvorenih pitanja, a centralno je pitanje izvor mase neutrina. Ono je prozor u novu fiziku, jer standardni model mora biti upotpunjen da bi odgovorio na to pitanje. To vodi do potrage za teorijom iznad standardnog modela. Tu je i pitanje tzv. tamne materije. Znamo da u svemiru ima puno više materije koju ne vidimo, za razliku od one u zvijezdama koju vidimo.

Jedan ste od začetnika teorije lijevo-desne simetrije. Što ona kaže? Je li priroda potpuno simetrična ili ipak nije?

Da bi se razumio značaj te teorije, treba se prisjetiti da je stoljećima vladala neka vrsta dogme da su sve fundamentalne sile u prirodi iste bez obzira u kojem smjeru se promatraju, odnosno da su simetrične. No u ljeto 1956. dva mlada Kineza, T.D. Lee i C.N. Yang, dovode u pitanje lijevo-desnu simetriju kada je riječ o tzv. slaboj sili. Već oko Božića iste godine C.S. Wu, inače kolegica T.D. Leeja na sveučilištu Columbia u New Yorku, sa suradnicima eksperimentom pokazuje da slaba sila ne samo da nije lijevo-desno simetrična, već je potpuno asimetrična.

To je bio takav šok da su već deset mjeseci kasnije Lee i Yang dobili Nobelovu nagradu i zauvijek ušli u povijest. Ta asimetričnost je u suštini standardnog modela i očitava se u tome što glasnik slabe sile, tzv. W bozon, interagira samo lijevim česticama. Važno je reći da sve čestice dolaze kao lijeve i desne. One se razlikuju po tzv. kiralnosti, koja se odnosi na to kako se čestica okreće u odnosu na njezin smjer kretanja – u lijevo ili u desno. No to ne vrijedi za neutrino koji je dosada viđen samo kao lijevi. Upravo to dovodi do predikcije da neutrino ima masu nula.

Meni je osobno bilo neprihvatljivo da je u svojoj osnovi priroda asimetrična pa sam 1970-ih, s Rabijem Mohapatrom, Jogeshom Patijem i Abdusom Salamom, bio jedan od arhitekata tzv. lijevo-desno simetrične teorije. Ta teorija zastupa ideju da je u svojoj osnovi, na manjim distancama ili većim energijama, priroda ipak lijevo-desno simetrična. To zahtijeva da postoji i novi glasnik nove još slabije sile, tzv. desni WR bozon koji interagira samo s desnim česticama, za razliku od W bozona, koji bi se u tom slučaju trebao zvati WL bozon.

On mora biti puno teži jer još nije nađen, a nedavno je LHC postavio donju granicu za njegovu masu, negdje oko 50 puta iznad mase WL bozona. Istraživanje težih čestica zahtijeva rad na višim energijama. Potraga za WR bozonom jedan je od prioriteta u oba velika LHC-ova eksperimenta - na CMS-u na kojem sudjeluju i naši eksperimentalci i na ATLAS-u.

Ova teorija zahtijeva postojanje i desnog neutrina koji još nikada nije viđen i koji po standardnom modelu ne postoji. Ta teorija automatski predviđa da neutrino ima masu kao i sve ostale čestice jer je masa to što povezuje lijeve i desne čestice. Lijevo-desno simetrična teorija je dakle samom svojom strukturom proročanski predvidjela da neutrino mora imati masu, skoro 25 godina prije nego što se to eksperimentalno potvrdilo. Ako se definitivno potvrdi, ta teorija će promijeniti paradigmu svijeta u kojem živimo i vratiti lijevo-desnu simetriju nazad na prijestolje na kojem je dugo vladala.

Detektor neutrina Super-Kamiokande u Japanu

Neutrini su najnedokučivije elementarne čestice, a predmet su vašeg intenzivnog proučavanja. Zašto su vam toliko zanimljivi?

Štos je u tome da su neutrini bizarno cool, kako bi se kazalo na engleskom. Vidite, svi mi i sve u prirodi interagira s drugim, osim neutrina - oni praktički ignoriraju sve i svakoga. Dok mi pričamo, stotinjak milijardi neutrina prolazi kroz nas u svakoj sekundi, bez da nam rade ikakvu štetu. To je nešto nedokučivo. Bilo koje druge čestice u takvom mnoštvu ubile bi nas zračenjem u kratkom roku. To je čak inspiriralo velikog američkog pisca Johna Updikea da napiše Cosmic Gall, lijepu pjesmu o cool neutrinu. Među ostalim, Updike u pjesmi kaže da, dok momak i djevojka vode ljubav u Nepalu, neutrini mrtvi-hladni prolaze kroz njih bez ikakvog poštovanja. On to prezire, smatra neutrine odvratnima, glupima, a ja ih upravo zbog toga volim, zbog njihove jedinstvenosti. Zbog toga što su tako cool. Oni su zbog toga uvijek bili prozor u novu fiziku, jer jednom kad ipak interagiraju s nečim, otkrivate nešto novo, te služe kao prozor u fiziku iznad standardnog modela.

Dugo vremena smatralo se da su neutrini bez mase, a vi ste u jednom svom jako poznatom radu objasnili zašto je masa neutrina tako mala, ali ipak nije nula. Možete li nam objasniti kako ste došli do toga?

Taj moj najslavniji rad predstavlja Mehanizam klackalice, odnosno Seesaw Mechanism, koji je više fizičara razvilo nezavisno krajem 70-ih i koji, kao što ste rekli, nudi prirodno objašnjenje zašto je masa neutrina toliko manja od mase elektrona. Kao što sam rekao, predviđanje da je masa neutrina različita od nule proizlazi izravno iz ideje lijevo-desne simetrije, pošto ona zahtijeva postojanje i desnog neutrina. Time neutrino postaje sličan svim drugim česticama. No samo po sebi to bi značilo da bi masa neutrina trebala biti slična masi elektrona, jer neutrino i elektron su kao blizanci - neutrino se uvijek rađa s elektronom.

U mehanizmu klackalice desni neutrino dobiva veliku masu, veću od masa najtežih poznatih čestica. Lijevom neutrinu on pak daje jako malu masu, mnogo manju od mase elektrona, dok lijevi i desni elektron imaju jednaku masu. Danas eksperimenti CMS i ATLAS na LHC-u tragaju za desnim neutrinom, čije postojanje mora imati dramatične posljedice narušavanja elektronskog broja, što još nikada nije viđeno u prirodi.

Naime, prije 40 godina moj suradnik Wai-Yee Keung i ja pokazali smo da desni neutrino, kad se raspada, proizvodi jednako elektrone kao i pozitrone, odnosno antielektrone, koji imaju suprotan električni naboj od elektrona, što nužno dovodi do narušenja elektronskog broja. Taj process, nazvan Keung-Senjanovic (KS), jedan je od centralnih procesa koji se pokušavaju izmjeriti na LHC-u.

Da zaključim, naša teorija predvidjela je masu neutrina četvrt stoljeća prije eksperimentalne potvrde, a mehanizam klackalice potom objašnjava i razlog zašto je ta masa tako mala. Sedamdesetih godina mnogi su mi govorili da gubim vrijeme radeći na tome, a ja sam sretan što me je povijest opravdala.

Je li Higgsov bozon, koji daje masu elementarnim česticama, također odgovoran za masu neutrina?

Odlično pitanje, danas po meni centralno. Siguran sam da je većina mojih kolega u oblasti uvjerena u to, kao i ja sam. Higgsov mehanizam davanja mase je toliko lijep, toliko jednostavan i već toliko provjeren kod dobrog broja čestica u standardnom modelu - uključujući i glasnike slabe sile - da je teško sumnjati u njega.

Naša teorija lijevo-desne simetrije temelji se upravo na tom uvjerenju, što čini da još više vjerujem u nju. Nažalost, još nema eksperimentalne potvrde za to. U tome će LHC, ili sljedeći hadronski sudarač ako LHC ne uspije, igrati ključnu ulogu. Naravno, to je teorija iznad standardnog modela i ona zahtijeva postojanje novih Higgsovih bozona od kojih nekih imaju i električni naboj, te su idealni kandidati za novu fiziku na velikim sudaračima čestica. Moram napomenuti da je lijevo-desna teorija samodostatna, ona ne trażi nikakve dodatne pretpostavke zbog čega su njezina predviđanja precizna i lako provjerljiva.

Jedan vaš rad je među dvadeset najcitiranijih u povijesti fizike elementarnih čestica. Možete li reći u čemu je njegova važnost?

To je upravo taj rad o mehanizmu klackalice, danas glavnom scenariju za razumijevanje mase neutrina. On je već citiran oko 8000 puta i moram priznati da mi puno znači da je i danas, preko 40 godina nakon objavljivanja, u žiži istraživanja. Probao sam već opisati važnost, no mogu dodati da je upravo razumijevanje izvora mase elektrona i kvarkova dovelo do teorije Higgsovog mehanizma i epohalnog otkrića Higgsovog bozona. To čini, da još jednom naglasim, da vjerujemo da će upravo pitanje mase neutrina otvoriti vrata u novu fundamentalnu fiziku prirode.

Danas, u vrijeme kada sve više svjedočimo širenju pseudoznanosti i šarlatanstva, često se spominje potreba za promocijom znanosti. U medijima se navode i prezentiraju nova otkrića, a vidimo da u javnosti raste skepticizam prema znanosti. Kako bi se trebala promovirati znanost da se zaustavi rastuće nepovjerenje prema znanosti?

Dobro pitanje. Prvo, nisam siguran da je rast nepovjerenja prema znanosti globalan problem. Moja iskustva, recimo u Kini, Indiji, Vijetnamu, na Tajvanu, su obrnuta i bilo bi dobro imati neku svjetsku sliku s činjenicama. Znam pouzdano, čitajući, a i izravno, da nepovjerenje raste u Americi. Osobno ne znam dovoljno za Europu. Izgleda da se to stvarno događa i u Hrvatskoj.

Sigurno ne pomaže da imamo samo par televizijskih emisija o znanosti, a uz to i napad na nju koji se zove Na rubu znanosti, gdje se daje prostor šarlatanima i konstantno zbunjuje gledatelje. Vidite, da imamo stotinu emisija o znanosti, možda bih i pristao - no teška srca - da postoji i nešto "na rubu znanosti". Ali u ovoj situaciji to je zastrašujuće.  Dakle, na TV-u bi se kao prvo trebala promovirati znanost, a ne njezino ugrožavanje.

Bilo bi dobro imati neku statistiku moguće povezanosti između ekonomskih, političkih i socijalnih problema u društvu s jedne strane, i nepovjerenja prema znanosti s druge.

Što se tiče samog promoviranja znanosti, sigurno bi pomoglo da mi znanstvenici govorimo istinu i da je vi novinari provjeravate. Nažalost, među nama ima mnogo lažnih promotora znanosti, čak i šarlatana. Najbolji primjer je Michio Kaku, koji je bio profesor na CCNY pa sam ga dobro poznavao. On je opskuran istraživač, bez i jednog jedinog stvarno relevantnog rada, a postao je glavni svjetski tumač u fizici čestica, pa čak i u kozmologiji, s milijunima klikova na YouTubeu. Skoro sve o čemu govori su bombastične teme bez ikakve veze sa znanošću, tipa paralelnih svemira, samog početka stvaranja svemira - stvari o kojima ne znamo ništa i koje služe da se vara javnost.

Poslušajte njegov intervju na CNN-u o otkriću Higgsovog bozona i otkrit će te da on ne zna što je ta čestica; zato i mora pričati o nebuloznim temama. Fizika je prirodna filozofija kako ju je definirao Newton i kako su veliki fizičari često ponavljali kroz povijest - ma koliko bila filozofska, ima zadatak da opisuje prirodu, da povezuje naizgled različite fenomene. To vrijedi samo ako uspijeva doći s preciznim, provjerljivim predviđanjima, u protivnom je pseudoznanost. Stoga je krucijalno da promocija znanosti govori o konkretnim temama koje se istražuju i teorijski i eksperimentalno.  

Ovo o čemu govorim je duboki problem koji truje i znanost i njenu promociju. Siguran sam da pomaže nepovjerenju prema znanosti, jer je zamjenjuje spektaklom i lažnim sjajem.

Već mi se znalo događati da saznam da na HRT pozivaju Kakua, koji je šarlatan, a ne pada im na pamet pozvati mene. To je zastrašujuće i jasno govori koliko je problem dubok - ne samo da lažni znanstvenici tumače fiziku nego u tome imaju podršku novinara. Meni svi govore da sam rođen da komuniciram i tumačim fiziku, no u 40 godina ja do nedavno gotovo nikada nisam bio pozivan da držim javna predavanja. Isto tako nisam praktički nikad bio intervjuiran u našim medijima. Čak ni u trenutku otkrića Higgsovog bozona - fizike kojom se bavim cijelog żivota u znanosti - nisam uopće bio prisutan u medijima.