הישג מדעי משמעותי בדרך למערכות אינפורמציה קוואנטית חדשניות

חיבור בין שתי קבוצות מחקר מובילות בטכניון הוליד תחום מדעי חדש: מטא-חומרים קוואנטיים. המחקר המהווה פריצת דרך בכל הקשור לניסויים באינפורמציה קוואנטית התפרסם היום בכתב העת היוקרתי Science

יושבים מימין לשמאל: אלחנן מגיד, דקלה אורן, פרופ' ארז חסמן, ארקדי פאירמן, תומר סתיו, פרופ'-מחקר מוטי שגב וד"ר ולדימיר קליינר
יושבים מימין לשמאל: אלחנן מגיד, דקלה אורן, פרופ’ ארז חסמן, ארקדי פאירמן, תומר סתיו, פרופ’-מחקר מוטי שגב וד”ר ולדימיר קליינר

מחקר משותף של ראש המכון למצב מוצק פרופ’-מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיזיקה ופרופ’ ארז חסמן מהפקולטה להנדסת מכונות הוליד תחום מדעי חדש: מטא-חומרים קוואנטיים. הממצאים פורסמו היום (13 בספטמבר 2018) במאמר משותף של החוקרים בכתב העת היוקרתי Science. במחקר השתתפו הסטודנטים תומר סתיו ודקלה אורן ממעבדתו של פרופ’-מחקר שגב, ד”ר ולדימיר קליינר והסטודנטים ארקדי פאירמן ואלחנן מגיד ממעבדתו של פרופ’ חסמן.

המחקר מדגים לראשונה את האפשרות ליישם מטא-משטחים בתחום המידע הקוואנטי והמחשוב הקוואנטי וסולל דרך ליישומים רבים ובהם הצפנה חסינה לגמרי. מחקר זה פותח אפשרות לשיתופי פעולה בין-תחומיים ולפיתוח מערכות של מידע קוואנטי על שבב.

מטא-חומרים הם מבנים ננומטריים מהונדסים שאינם קיימים בטבע, ואחת הקטגוריות הייחודיות שלהם היא קבוצת המטא-משטחים (Meta-Surfaces). אלה מבנים מלאכותיים דקים מאוד, דו-ממדיים לצורך העניין, המיוצרים בטכנולוגיות חדשניות ומטרתם לקיים אינטראקציות ייחודיות עם האור. באמצעות אנטנות ננומטריות אופטיות הקטנות בהרבה מאורך הגל. הטכנולוגיה שפיתח פרופ’ חסמן במעבדתו מאפשרת את בנייתם של מטא-משטחים מבודדים מדויקים מאוד עשויים סיליקון שקוף, ללא מתכות, שאינם בולעים את האור.

עומדים מימין לשמאל : פרופ' ארז חסמן, ד"ר ולדימיר קליינר, ארקדי פאירמן, אלחנן מגיד, תומר סתיו, דקלה אורן ופרופ'-מחקר מוטי שגב
עומדים מימין לשמאל : פרופ’ ארז חסמן, ד”ר ולדימיר קליינר, ארקדי פאירמן, אלחנן מגיד, תומר סתיו, דקלה אורן ופרופ’-מחקר מוטי שגב

המחקר האופטי במטא-משטחים עסק עד כה רק באור “רגיל” ממנורת שולחן או ממכשיר לייזר, כלומר באור קלאסי (גלים אלקטרומגנטיים). בעבודה הנוכחית הדגימו חוקרי הטכניון לראשונה בהיסטוריה שימוש במטא-משטחים באופטיקה קוואנטית (האור כזרם של חלקיקים קוואנטיים הנקראים פוטונים) ובמידע קוואנטי. החוקרים הדגימו שימוש במטא-משטחים ליצירת שזירה קוואנטית – המרכיב החיוני ביותר בתקשורת קוואנטית, במחשוב קוואנטי ובהצפנה קוואנטית.

“במחקר הזה הבאנו את תחום המטא-חומרים לעולם המידע הקוואנטי,” אומר פרופ’-מחקר שגב ממייסדי מרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר. “אנו רותמים כאן לראשונה את התכונות הייחודיות של מטא-חומרים ליצירה של אור קוואנטי ולשליטה בו. כעת נוכל להנדס את התכונות הקוואנטיות של האור באמצעות תכנון, ייצור ושליטה בחומר שדרכו הוא עובר. למעשה נולד כאן תחום מדעי חדש שיאפשר מזעור משמעותי מאוד של מערכות אינפורמציה קוואנטיות ופיתוח מגוון של אפשרויות למניפולציה של האור הקוואנטי בדרכים שחומרים רגילים אינם מאפשרים. אם בעבר יצרנו מערכות כאלה על שולחנות גדולים, כעת נוכל לבנות אותן על צ’יפים זעירים בהם משולבים מטא-חומרים”

לדברי פרופ’ חסמן, “המרכיב העיקרי כאן הוא מטא-משטח מבודד היוצר את השזירה בין הפוטונים. המטא-משטח חייב להיות מיוצר מחומרים שקופים (סיליקון) שאינם מוליכים ואינם בולעים אור, ולכן אי אפשר לייצר אותו ממתכת. למעשה לקחנו משטח ועיוותנו אותו, כלומר גרמנו לו דפורמציה מרחבית, וכך נוצר שדה מגנטי אפקטיבי שיוצר את הקורלציה הנדרשת, כלומר את השזירה. זהו הישג ענק של שתי הקבוצות.”

יושבים: פרופ'-מחקר מוטי שגב (מימין) ופרופ' ארז חסמן. עומדים מימין לשמאל: תומר סתיו, דקלה אורן, ארקדי פאירמן, אלחנן מגיד וד"ר ולדימיר קליינר
יושבים: פרופ’-מחקר מוטי שגב (מימין) ופרופ’ ארז חסמן. עומדים מימין לשמאל: תומר סתיו, דקלה אורן, ארקדי פאירמן, אלחנן מגיד וד”ר ולדימיר קליינר

החוקרים הדגימו את השימוש במטא-חומרים ליצירת שזירה (entanglement) – תופעה שבה שני חלקיקים (פוטונים במקרה זה) מתנהגים כתאומים פיזיקליים המשפיעים זה על זה גם כאשר המרחק ביניהם עצום. פעולה המבוצעת על פוטון אחד משפיעה באופן מיידי (ללא הפרש זמן) על הפוטון התאום. המכניקה הקוואנטית גורסת כי פוטונים מתקיימים במצבי ספין חיוביים ושליליים בעת ובעונה אחת, אבל ברגע שהם נמדדים הם מקבלים מצב אחד. האנלוגיה המפורסמת היא “החתול של שרדינגר”, שהציג חתן פרס נובל ארווינג שרדינגר- אנלוגיה שבה החתול חי ומת בעת ובעונה אחת עד לרגע פתיחת הקופסה שבה הוא נמצא.

המחקר הנוכחי מבוסס כאמור על שיתוף פעולה בין שתי מעבדות מהמובילות בטכניון. החוקרים האירו בקרן לייזר על גביש הלא לינארי כדי ליצור זוגות פוטונים המאופיינים באפס תנע זוויתי וכל אחד מאופיין בקיטוב לינארי אחר. כל קיטוב לינארי הוא סכום של קיטוב מעגלי ימני וקיטוב מעגלי שמאלי, התואמים ספין חיובי ושלילי. המערכת כיוונה את צמד הפוטונים למטא-משטח, והאינטראקציה בין האור לחומר יצרה שזירה של שני הפוטונים.

בניסוי הראשון פיצלו החוקרים את זוגות הפוטונים – אחד דרך המטא-משטח ואחד דרך הגלאי. לאחר מכן הם מדדו את הפוטון הבודד שעבר דרך המטא-משטח וגילו כי הוא אכן פיתח תנע זוויתי אורביטלי השזור עם הספין שלו. בניסוי השני, הועברו צמדי הפוטונים דרך המטא-משטח ונמדדו באמצעות שני גלאים. החוקרים גילו כי הספין של אחד הפוטונים בצמד נעשה שזור עם התנע הזוויתי האורביטלי של הפוטון השני, ולהיפך.


להתחרות עם קבוצות מחקר מכל העולם – ולנצח

מימין לשמאל : אלחנן מגיד, דקלה אורן, ד"ר ולדימיר קליינר, ארקדי פאירמן, פרופ' ארז חסמן, תומר סתיו ופרופ'-מחקר מוטי שגב
מימין לשמאל : אלחנן מגיד, דקלה אורן, ד”ר ולדימיר קליינר, ארקדי פאירמן, פרופ’ ארז חסמן, תומר סתיו ופרופ’-מחקר מוטי שגב

לדברי הפרופסורים שגב וחסמן, “המחקר הנוכחי נולד מרעיון של שני סטודנטים שלנו לתואר שני – תומר סתיו וארקדי פאירמן. הם הגיעו אלינו עם רעיון חדשני ופורץ דרך שהוביל לכיוונים חדשים של מחקר ויישום, למשל מערכות של מידע קוואנטי על שבב ושליטה בתכונות קוואנטיות בצורות אשר הן לחלוטין בלתי אפשריות בחומרים רגילים. הצעירים האלה עשו עבודה נהדרת בלוח זמנים קצר. התחרינו מול קבוצות מחקר גדולות מאוד מכל העולם והצלחנו לנצח.”

שני הסטודנטים, עדיין לא בני 30, הם חברים ותיקים שהשלימו במקביל תואר ראשון בטכניון – תומר בתוכנית המצוינים של הפקולטה לפיזיקה וארקדי במגמת האופטיקה בפקולטה להנדסת מכונות. בתום התואר הראשון הם המשיכו לתואר שני במעבדותיהם של פרופ’-מחקר שגב ושל פרופ’ חסמן, בהתאמה. במהלך לימודיהם לתואר השני הגו וערכו את המחקר הנוכחי.

המחקר נערך במרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר בטכניון. שתי קבוצות המחקר קשורות למכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה בטכניון (RBNI)  ולשני החוקרים פרסומים קודמים רבים ב-Science.


פרופ’-מחקר מוטי שגב,
חתן פרס ישראל לחקר הכימיה וחקר הפיזיקה לשנת תשע”ד- 2014, הוא ראש הקתדרה ע”ש ד”ר בוב שילמן בפקולטה לפיזיקה וממייסדי מרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר בטכניון. פרופ’-מחקר שגב הוא חבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים וחבר האקדמיה האמריקאית למדעים ולאמנויות.


פרופ’ ארז חסמן
השלים דוקטורט במכון ויצמן ולאחר מכן עבד והוביל פיתוח במשך עשור בתעשייה האזרחית והביטחונית. ב-1998 התמנה לחבר סגל בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, הקים את המגמה להנדסה אופטית בפקולטה וכיום הוא עומד בראש המעבדה למיקרו וננואופטיקה וראש הקתדרה ע”ש שלזינגר. קבוצת המחקר שלו הניחה בשנת 2001 את היסודות לתחום המטא-משטחים האופטיים, הנחשב כיום לאחד התחומים החמים ביותר באופטיקה.

פרופ'-מחקר מוטי שגב
פרופ’-מחקר מוטי שגב
פרופ' ארז חסמן
פרופ’ ארז חסמן
פרופ' ארז חסמן (מימין) יחד עם סטודנט המחקר ארקדי פאירמן
פרופ’ ארז חסמן (מימין) יחד עם סטודנט המחקר ארקדי פאירמן
הדוקטורנטים דקלה אורן (מימין) ואלחנן מגיד
הדוקטורנטים דקלה אורן (מימין) ואלחנן מגיד

למאמר ב- Science לחצו כאן
לסרטון המסביר את המחקר

לאנימציה המדגימה את המחקר

הסבר: מצד ימין מגיע פוטון בודד בקיטוב לינארי (מיוצג בצהוב על ידי אמפליטודת השדה החשמלי), שהוא בעצם סופרפוזיציה של קיטובים מעגליים ימני ושמאלי וללא תנע זוויתי אורביטלי (מיוצג בצהוב על ידי חזית הפאזה השטוחה).

כאשר הוא מגיע למטא-משטח מתרחשת האינטראקטציה בין הספין (הקיטוב המעגלי) לתנע הזוויתי האורביטלי. כאשר הוא יוצא מהמטא-משטח אפשר לראות שהוא במצב שזור בין ספין חיובי (מיוצג באדום על ידי אמפליטודת השדה החשמלי) ותנע זוויתי אורביטלי נגד כיוון השעון (מיוצג באדום על ידי חזית הפאזה עםvortex ) לבין הספין השלילי (כחול) ותנע זוויתי אורביטלי עם כיוון השעון (כחול). קרדיט: Ella Maru studio

שגרירים של רצון טוב

המרכז הבינלאומי בטכניון ציין את סיום המחזור השישי, שבו למדו סטודנטים מסין, מהודו, מארצות הברית וממקדוניה

המרכז הבינלאומי בטכניון ציין את סיום המחזור השישיבמרכז הבינלאומי בטכניון (Technion International) הסתיים מחזור הלימודים השישי ובו 16 סטודנטים וסטודנטיות: 11 מסין, 3 מהודו, אחד מארצות הברית ואחת ממקדוניה. הסטודנטים למדו יחד לתואר ראשון בהנדסה אזרחית וסביבתית. שניים מהם סיימו את לימודיהם בהצטיינות ואחד בהצטיינות יתרה.

מנהלת המרכז הבינלאומי רונית ליס הכהן אמרה בטקס הסיום כי “זו גאווה גדולה לראות את הבוגרים חוגגים עם משפחותיהם, שהגיעו מרחבי העולם. אנחנו רואים בפעילות שלנו תרומה משמעותית לעשייה הבינלאומית של הטכניון, ושמחים על כך שרבים מהסטודנטים ממשיכים לתארים מתקדמים ו-6 מהם יעשו זאת בטכניון.”

המשנה לנשיא הטכניון פרופ’ אדם שורץ בירך את הבוגרים ואמר “כשאני הייתי בגילכם, הנדסה אזרחית לא נחשבה להיי-טק, אבל מאז זה השתנה. אנשים חושבים שהסיבה היא טכנולוגית אבל לא – השינוי טמון בחוקרי הטכניון, באנשים שבנו את התוכנית הזאת והשקיעו מחשבה רבה בעתידה של ההנדסה האזרחית. למדתם כאן נושאים שכלל לא התקיימו כשאני הייתי סטודנט. אני מקווה שתהיו שגרירים של רצון טוב לטכניון ולמדינת ישראל.”

המרכז הבינלאומי נפתח בטכניון באוגוסט 2009 עם 19 סטודנטים, ומאז הפך למוקד ידע עולמי. כיום לומדים בטכניון למעלה מ-800 סטודנטים ומשתלמים זרים שבאו לחיפה מיותר מ-30 מדינות. עם זאת, אין ספק שגולת הכותרת של הפעילות הבינלאומית של הטכניון היא שלוחותיו בארה”ב ובסין – מכון טכניון-קורנל ע”ש ג’ייקובס בניו יורק ומכון גואנגדונג-טכניון-ישראל לטכנולוגיה בסין – שני המוסדות אשר נחנכו בשנה האחרונה.

המרכז הבינלאומי בטכניון ציין את סיום המחזור השישי

 

ד”ר נעמה גבע זטורסקי זכתה במלגת CIFAR היוקרתית

12 הזוכים במלגה נבחרו מתוך 402 מועמדים מ-55 מדינות

ד"ר נעמה גבע זטורסקי
ד”ר נעמה גבע זטורסקי

ד”ר נעמה גבע זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון זכתה במלגת CIFAR מטעם קרן עזריאלי העולמית. השנה הגישו 402 חוקרים מ-55 מדינות את מועמדתם למלגה, והקרן בחרה 12 זוכים מ-5 מדינות: ישראל, סינגפור, הולנד, ארצות הברית וקנדה. שניים מהזוכים הם ישראלים: ד”ר גבע זטורסקי וד”ר יניב זיו מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע.

החוקרים הנבחרים התקבלו על סמך מצוינות במחקר, תרומה פוטנציאלית לתוכנית הרלוונטית
ב-CIFAR ופוטנציאל מנהיגותי מחוץ לכותלי האקדמיה. הקרן הכריזה על הזוכים בשבוע שעבר וציינה כי הם עוסקים בספקטרום רחב של נושאים ובהם אנרגיה מתחדשת, אסטרופיזיקה, הבנת התודעה והשפעת המיקרוביום על האבולוציה של האדם ועל בריאותו.

ד”ר גבע זטורסקי חוקרת את המיקרוביום – אוכלוסיית החיידקים המתקיימת בגופנו וממלאת תפקיד קריטי במצבנו הבריאותי. במחקריה, שהתפרסמו ב-CELL, ב-Science ובכתבי עת מובילים אחרים היא הראתה כי הקשרים בין המיקרוביום למערכת החיסון משפיעים באופן דרמטי על תפקודה של מערכת זו. בתקופת שהותה בארה”ב היא פיתחה טכנולוגיה חדשה המאפשרת לעקוב אחר חיידקי המעיים באורגניזם החי בזמן אמת. לדבריה, “הטכנולוגיה שלנו מאפשרת לנו לזהות את תפקידו של כל חיידק בתהליך הזה, והרעיון הוא שבעתיד נייצר מהחיידקים האלה תרופות ייעודיות לשיבושים שונים במערכת החיסון וכן למחלות שונות.”

ד”ר גבע זטורסקי השלימה תואר ראשון באוניברסיטת תל אביב ותואר שני ושלישי במכון ויצמן למדע. לאחר פוסט-דוקטורט ועבודה במחקר בבית הספר לרפואה בהרווארד. לפני כשנתיים היא הצטרפה לפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט והמרכז המשולב לחקר הסרטן בטכניון כחברת סגל. היא זכתה במלגת אלון – מלגה יוקרתית שנועדה לאפשר קליטה של חוקרים צעירים באוניברסיטאות בישראל – ונבחרה כ”עמיתת חורב” במסגרת תוכנית הטכניון למנהיגים מובילים במדע וטכנולוגיה.

 

על מלגת CIFAR Azrieli Global Scholars

באתר קרן עזריאלי מוסבר כי “המלגה נועדה לגשר בין מדינות ודיסציפלינות ולהתניע רעיונות פורצי דרך באמצעות חיבור בין חוקרים. היא מספקת לחוקרים את המשאב החשוב ביותר: חירות לקחת סיכונים אינטלקטואליים החיוניים ליצירת ידע משנה עולם”.

הזכייה ב- CIFAR מספקת לחוקרים בתחילת דרכם האקדמית מימון ותמיכה בבניית קשרים אקדמיים ובפיתוח הכישורים החיוניים למנהיגות מחקרית באקדמיה ומחוצה לה. עד היום נבחרו על ידי CIFAR כ-400 חוקרים מבטיחים. כל זוכה מקבל מענק מחקר של 100,000 דולר קנדיים ומשתלב באחת מ-12 התוכניות של CIFAR  למשך שנתיים. התוכנית מסייעת למשתתפים להציג את מחקריהם בפני עמיתיהם, לתרום לדיונים, ליזום שיתופי פעולה חדשים ולהגיע לקובעי מדיניות, למנהיגים בתעשייה ועוד.

נשיא ומנכל CIFAR אלן ברנשטיין אמר כי “עתיד המחקר טמון בצעירים. CIFAR שמחה לספק תמיכה לקבוצה מופלאה זו של חוקרים צעירים ולקדם את כישוריהם המנהיגותיים והפיננסיים. מרצם של חוקרים אלה והתלהבותם מחוללים דרכי חשיבה חדשות שיקדמו את המדע ויספקו פתרונות לאתגרים הניצבים בפני האנושות.”

להודעת קרן עזריאלי על הזוכים במלגת CIFAR (באנגלית) לחצו כאן

 

 

בטכניון מכשירים דור ראשון של מהנדסי נתונים ומידע

בטכניון מכשירים דור ראשון של מהנדסי הנתונים והמידע

 

הנוף הטכנולוגי סביבנו מתפתח בקצב מהיר ומשפיע ישירות על אורח חיינו. פרסום, כתבות תוכן ומוצרי צריכה מותאמים לנו אישית. הבינה המלאכותית מולידה ערים חכמות, מכוניות חכמות, מערכות דוגמת “ווטסון” של יבמ וצ’אטבוטים (Chatbots – רובוטים המשוחחים עם בני אדם). כל אלה מבוססים על נתוני העתק – הביג-דאטה. טכנולוגיות ביג-דאטה כבר חזו את בחירתו של ברק אובמה לנשיאות ארה”ב ואת הצלחתה של קבוצת הכדורסל “גולדן סטייט ווריורס” וסייעו לייעל התנהלות ארגונית של חברות רבות.

אנו צועדים לעולם מונחה-נתונים שיהיה שונה מאוד מהעולם המוכר לנו. חיינו ישתפרו על סמך נתונים רבים ומגוונים ובהם מדדי תקציב, צריכת קלוריות ושריפת קלוריות. כבר כיום מאפשרים לנו כלי ביג-דאטה ורשתות חברתיות לנבא אסונות טבע, מפגעים בריאותיים ושינויים כלכליים ולפתח שיטות לזיהוי הזדמנויות עסקיות, לייעול פעילות של בתי חולים, לתכנון מערכות תחבורה יעילות וירוקות במטרופולין ואפילו לחזות התפרצות מגפות ואת דרכי התפשטותן ולפתח טכניקות לניתוח מידע המקודד ברצף הדנ”א.

מדי יממה נאגרים ברחבי העולם נתונים בהיקף אדיר של כ-5 אקסה בייט – נפח מידע שקשה לתארו בשפה פשוטה. בכל שנה גדלה כמות המידע בעולם ב-20%. האתגרים של מדעני הנתונים הם הצלבת נתונים ממאגרים שונים, טיובם ובניית תשתיות לעיבוד כמויות אדירות של נתונים. עמידה באתגרים אלה מקנה ערך מוסף ותובנות משמעותיות לקבלת החלטות.

לכתבה בעיתון הארץ: http://bit.ly/2PxTfDG

אימות תצפיתי נוסף לחלקיק היגס

חוקרי הטכניון המעורבים בגלאי אטלס במאיץ החלקיקים LHC: “מדובר בזיהוי של היגס בוודאות עצומה”

פרופ' שלומית טרם
פרופ’ שלומית טרם

מאיץ החלקיקים LHC מדווח על תצפית חדשה המאמתת את קיומו של חלקיק היגס. זאת כעשור לאחר פתיחתו של המאיץ ב-10 בספטמבר 2008. LHC הוא המאיץ הגדול בעולם, והוא פועל במנהרה תת קרקעית על גבול שוויץ-צרפת במסגרת CERN – הארגון האירופי למחקר גרעיני.

קיומם של חלקיקי היגס נחזה כבר ב-1964 ואומת לראשונה באופן ניסויי ב-LHC ב-4 ביולי 2012. האימות ההיסטורי זיכה את הפיזיקאים פיטר היגס (בריטניה) ופרנסואה אנגלר (בלגיה), שניבאו את קיומו של החלקיק, בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2013.

לחלקיק היגס מסה גבוהה מאוד ולכן דרושה אנרגיה עצומה כדי ליצור אותו באופן יזום. ב-LHC, שבו מתרחשות בכל שנייה עשרות מיליוני אינטראקציות, מיוצרים חלקיקים אלה באמצעות שתי קרני פרוטונים עתירות אנרגיה המתנגשות זו בזו.

כדי להדגים את קיומם של חלקיקים כגון היגס לא די ביכולת לייצר אותם; דרושים גלאים חזקים ומתוחכמים ויכולת מתקדמת בניתוח הנתונים המתקבלים בהם. ואכן, ב-LHC פועלים שני גלאים, וליתר דיוק – שני מתקני גילוי עצומים, אטלס ו-CMS. האירוע המדווח היום נצפה בשניהם, ולכן מדובר באימות משמעותי מאוד.

פרופ' יורם רוזן
פרופ’ יורם רוזן

באטלס לבדו פעילים כ-3,000 מדענים. הצוות הישראלי כולל נציגים מהטכניון, ממכון ויצמן ומאוניברסיטת תל אביב ומובילים כמה תחומים ובהם מערכת הבקרה, מערכת ה”טריגר” (הבוחרת ומתעדת את הארועים הרלוונטיים למחקר) ומערכת ה”גריד” המנתחת את הנתונים באמצעות מחשוב מבוזר. את פעילות הטכניון באטלס מובילים שלושה חוקרים מהפקולטה לפיזיקה: הפרופסורים שלומית טרם ויורם רוזן ופרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ.

חלקיק היגס נחשב במשך שנים לחוליה החסרה במודל הסטנדרטי, שהוא התיאוריה המרכזית בפיזיקה בת ימינו. חוליה חסרה – משום שהיגס מעניק לחלקיקים רבים את המסה שלהם, מסה שבלעדיה לא יפעלו חוקי הטבע כפי שהם מוכרים לנו. חלקיק היגס אינו ניתן לתצפית ישירה, וזאת משום שהוא דועך במהירות עצומה (10-20 שניות). עם זאת, אפשר להסיק את קיומו מחלקיקים אחרים הנוצרים כשהוא דועך (מתפרק).

האימות של שנת 2012 התבסס על זיהוי פוטונים – חלקיקי אור שנוצרו כתוצאה מדעיכה של חלקיקי היגס. למרות חשיבותה העצומה של אותה תצפית, מדעני LHC שאפו להדגים את קיומם של חלקיקי היגס באמצעות אירוע נפוץ הרבה יותר: היווצרות של צמדי קווארקים כבדים. לדברי פרופ’ רוזן, “רוב ארועי הדעיכה של חלקיקי היגס, כ-60% מהם, מובילים ליצירה של צמדי קווארקים אלה, המכונים קווארקי b. הבעיה היא שדעיכה זו קשה לזיהוי, ואפילו כאשר זיהינו אותם היה עלינו לוודא שהם לא נוצרו בעקבות אירוע אחר, מה שמכונה ‘רקע’.”

ההישג שנרשם היום נשען על צבירה של כמות נתונים עצומה, על שיפור בלתי פוסק באנליזה של הנתונים ועל הצלבת מידע בין אטלס ו-CMS. התוצאה:

פרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ
פרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ

זיהוי האירוע כדעיכת היגס בוודאות כמעט מוחלטת – יותר מ-5 סטיות תקן. “במילים אחרות, הוודאות שמה שראינו כאן הוא עקבות של חלקיק היגס גבוהה הרבה יותר מ-99.99%.”

דובר אטלס קרל יאקובס אמר כי “התצפית היא אבן דרך חשובה בחקר בוזון היגס. היא מראה כי אטלס ו-CMS הובילו להישג העולה על כל הציפיות ולהבנה עמוקה של המידע המתקבל מהמאיץ תוך שליטה ברעשי הרקע.”

מנהל המחקר והמחשוב ב-CERN אקהרד אלסן אמר כי “הניסויים שלנו ממשיכים להתמקד בחלקיק היגס, הנחשב בעיני רבים לשער לפיזיקה החדשה.” ב-LHC מעריכים כי בעתיד יבוצע אימות של חלקיק היגס באמצעות מיואונים, שהם חלקיקים בעלי מסה נמוכה יותר.

LHC הוא מאיץ חלקיקים עצום שקוטרו 27 קילומטרים. בכל שנייה של פעילות מתרחשות בו עשרות מיליוני התנגשויות בין חלקיקים הנעים במהירות האור, בסביבה חמה פי 100 מהטמפרטורה השוררת במרכז השמש. בסוף השנה הנוכחית יפסיק המאיץ את פעילותו לתקופה מוגבלת לצורך הכנסת התאמות טכנולוגיות שישפרו את ביצועיו.

 

להודעה מטעם אטלס באנגלית:

ATLAS: http://bit.ly/2wvcBT1

בתמונה: היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים. האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN
בתמונה: היווצרות של צמד קווארקי b כתוצאה מדעיכת חלקיק היגס. שני האזורים הירוקים בתמונה הם החתימות של שני סילוני חלקיקים שיצרו הקווארקים.
האיור באדיבות ATLAS Collaboration/CERN