Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Czy Bogini stwarza to
wszystko . . .

Dlaczego aż tyle
energii?

Szczelina
Umasywniacz
Katedra Moneta, czyli
trzynaście sposobów
widzenia protonu

Nowa materia:
kilka przepisów

Cząstki z próżni
Wyścig
Wpływowa osobistość
z Kalifornii

Wielka nauka i genius
loci Kalifornii

Synchrotron: tyle
okrążeń, ile chcesz

Ike i piony
Damy Beppa
Pierwsza wiązka
zewnętrzna:
przyjmujemy zakłady

Dygresja w stronę
nauk społecznych:
pochodzenie wielkiej
nauki

Z powrotem do
maszyn: trzy przełomy
technologiczne

Czy większe jest
lepsze?

Czwarty przełom:
nadprzewodnictwo

Kowboj dyrektorem
laboratorium

Dzień z życia protonu
Decyzje, decyzje:
protony czy elektrony

Zderzenie czołowe
czy tarcza?

Wytwarzając
antymaterię

Zaglądanie do czarnej
skrzynki: detektory

Kłopoty
z pęcherzykami

Czego się
dowiedzieliśmy:
akceleratory i postęp
w fizyce

Trzy finały:
wehikuł czasu, katedry
i akcelerator na orbicie

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Czego się dowiedzieliśmy: akceleratory i postęp w fizyce
 
Czego się dowiedzieliśmy:
akceleratory i postęp w fizyce
 
W
iesz teraz, drogi Czytelniku, wszystko, co powinieneś wiedzieć o  akceleratorach, a  może nawet więcej. Możliwe, że wiesz więcej niż niejeden teoretyk. To nie złośliwość, tylko stwierdzenie faktu. Ale najważniejsze jest to, co te nowe maszyny powiedziały nam o  świecie.
       Jak wspomniałem, synchrocyklotrony z  lat pięćdziesiątych pozwoliły nam dowiedzieć się wiele o  pionach. Teoria Hideki Yukawy sugerowała, że silne oddziaływanie, które wiąże protony z  protonami, protony z  neutronami i  neutrony z  neutronami, może powstawać na skutek wymiany cząstki o  określonej masie. Yukawa przewidział masę oraz  długość życia tej cząstki – pionu.
       Masa spoczynkowa pionu wynosi 140 MeV. Maszyny o  mocy 400–800 MeV w  ośrodkach uniwersyteckich na całym świecie produkowały te cząstki w  dużych ilościach. Pion rozpada się na mion i  neutrino. Mion – wielka zagadka lat pięćdziesiątych – sprawiał wrażenie cięższej wersji elektronu. Richard Feynman był jednym z  wybitniejszych teoretyków, którzy łamali sobie głowę nad dwoma obiektami, które pod wielomi względami zachowują się identycznie, z  tą tylko różnicą, że jeden z  nich jest 200 razy cięższy od drugiego. Bardzo nam zależy na rozwiązaniu tej zagadki. Wydaje się, że jej rozwiązanie może prowadzić do Boskiej Cząstki.
       Następna generacja maszyn sprawiła nam wielką niespodziankę: podczas bombardowania jąder cząstkami o  energiach sięgających miliarda elektronowoltów działo się „coś innego”. Powtórzmy sobie przy okazji, co można osiągnąć za pomocą akceleratora, zwłaszcza, że zbliża się termin egzaminu końcowego. W  zasadzie współczesne akceleratory i  detektory pozwalają nam na dwie rzeczy: rozpraszanie obiektów albo – i  to właśnie jest to „coś innego” – produkowanie nowych obiektów.
       1. Rozpraszanie. W  eksperymentach rozproszeniowych obserwujemy, w  jaki sposób bombardujące cząstki po zderzeniu rozlatują się na wszystkie strony. Technicznym określeniem produktu końcowego takich eksperymentów jest „rozkład kątowy”. Gdy analizuje się takie doświadczenie zgodnie z  regułami fizyki kwantowej, możemy się wiele dowiedzieć o  jądrze, na którym rozpraszają się przyspieszone cząstki. W  miarę wzrostu energii cząstek przybywających z  akceleratora coraz wyraźniej ukazuje się struktura jądra. Dzięki temu poznaliśmy części składowe jądra – neutrony i  protony – oraz dowiedzieliśmy się, jak są względem siebie ułożone i  jak się poruszają, aby zachować ten swój układ przestrzenny. Gdy dalej zwiększamy energię naszych bombardujących protonów, możemy „zajrzeć” do wnętrza protonów i  neutronów.
       Aby uprościć całą sprawę, możemy w  charakterze tarcz używać pojedynczych protonów (jąder wodoru). Dzięki eksperymentom rozproszeniowym poznaliśmy rozmiary protonu oraz dowiedzieliśmy się, jak rozkłada się w  nim dodatni ładunek elektryczny. Bystry czytelnik może zapytać, czy sama sonda – cząstka uderzająca w  tarczę – nie przyczynia się do ogólnego zamieszania? Odpowiedź brzmi: tak. Dlatego właśnie używamy rozmaitych rodzajów sond. Cząstki a  ze źródeł radioaktywnych ustąpiły miejsca protonom i  elektronom wystrzeliwanym z  akceleratorów, potem zaczęto używać wtórnych cząstek: fotonów pochodzących z  elektronów, pionów pochodzących ze zderzeń protonów z  jądrami. W  miarę jak coraz lepiej opanowywaliśmy tę technikę, w  latach sześćdziesiątych i  siedemdziesiątych w  charakterze pocisków zaczęliśmy używać cząstek trzeciej generacji. Sondami stały się miony i  neutrina, produkty rozpadu pionów oraz wiele innych rodzajów cząstek.
       Laboratorium przeobraziło się w  centrum usługowe sprzedające rozmaite produkty. Pod koniec lat osiemdziesiątych dział sprzedaży oferował potencjalnym klientom następujące rodzaje zimnych i  gorących wiązek: protony, neutrony, piony, kaony, miony, neutrina, antyprotony, hiperony, spolaryzowane protony (o jednakowym spinie) oraz oznakowane fotony (o  znanej energii), a  jeśli potrzebne Ci są jakieś inne, wystarczy zamówić!
       2. Produkcja nowych cząstek. Pragniemy się przekonać, czy osiągnięty nowy obszar energii pozwala wytwarzać nowe nie-widziane-dotąd cząstki. Jeśli tak, to chcemy się o  tych cząstkach jak najwięcej dowiedzieć: poznać ich masę, ładunek, spin; określić, do której rodziny należą i  tak dalej. Ciekawi nas też, jaki jest ich średni czas życia i  jak się rozpadają. Oczywiście, musimy im nadać imię i  określić, jaką rolę odgrywają w  wielkim układzie architektonicznym świata cząstek. Pion odkryto w  promieniowaniu kosmicznym, ale szybko się przekonaliśmy, że nie pojawia się w  komorze mgłowej ni stąd, ni zowąd w  dojrzałej postaci. Życiorys pionu wygląda następująco: protony pochodzące z  promieniowania kosmicznego wpadają do ziemskiej atmosfery, gdzie zderzają się z  jądrami azotu i  tlenu (dziś oprócz tych dwóch pierwiastków mamy też sporo zanieczyszczeń). Na skutek tych zderzeń powstają piony. W  trakcie badań nad promieniowaniem kosmicznym zidentyfikowano także parę innych, dziwacznych obiektów, jak na przykład K+, K i  obiekty zwane lambda (oznaczane grecką literą L). Coraz więcej egzotycznych cząstek zaczęło powstawać w  latach pięćdziesiątych, gdy pałeczkę przejęły akceleratory o  większej mocy. W  latach sześćdziesiątych strumyk nowych obiektów przerodził się już w  powódź. Ogromne ilości energii dostępnej w  zderzeniach pozwoliły na odkrycie nie jednej, pięciu czy dziesięciu, ale całych setek nowych cząstek, o  których nawet nie śniło się większości naszych filozofów, Horacjuszu. Odkrycia te były efektem grupowego wysiłku, owocem Wielkiej Nauki i  rozwoju nowych technologii i  technik w  eksperymentalnej fizyce cząstek elementarnych.
       Każdemu nowemu obiektowi nadaje się imię, wybierając zazwyczaj jedną z  greckich liter. Odkrywcy, zwykle zespół składający się z  sześćdziesięciu trzech i  połowy naukowca, obwieszcza światu znalezienie nowego obiektu i  podaje możliwie najbardziej obszerną listę jego własności – masę, ładunek, spin, średni czas życia i  inne liczby kwantowe. Następnie członkowie zespołu piszą jedną lub dwie prace doktorskie i  czekają na zaproszenia na seminaria, konferencje i  na awans. Przede wszystkim zależy im, by inni potwierdzili ich odkrycie, najlepiej stosując inną technikę, tak aby zminimalizować błędy pomiarowe. Chodzi o  to, że każdy akcelerator wraz ze swym detektorem ma tendencję do specyficznego „widzenia” zdarzeń. Realność zdarzenia powinna zatem zostać potwierdzona przez inną parę oczu.
       Komora pęcherzykowa świetnie się sprawdziła przy odkrywaniu cząstek, ponieważ można było obserwować i  mierzyć wiele szczegółów bliskich spotkań. Eksperymenty, w  których brały udział elektroniczne detektory, zazwyczaj miały na celu badanie bardziej specyficznych procesów. Gdy nowa cząstka znajdzie się już w  gronie obiektów, których istnienie uda się potwierdzić, nadchodzi czas, by wykonać następny krok. Planuje się konkretne rodzaje zderzeń i  projektuje urządzenia, które umożliwiłyby zebranie danych na temat innych jej własności, takich jak średni czas życia – wszystkie nowe cząstki są nietrwałe – i  sposobów jej rozpadu. L  na przykład rozpada się na proton i  pion, S  na L i  pion i  tak dalej. Zestawić tabelę, uporządkować, nie dać się przytłoczyć temu strumieniowi danych – oto wytyczne pozwalające na zachowanie zdrowych zmysłów, podczas gdy subatomowy świat rozrasta się i  wykazuje coraz bardziej złożoną strukturę. Wszystkie cząstki nazwane greckimi literami, powstające w  wyniku zderzeń z  udziałem oddziaływania silnego, określa się mianem hadronów (po grecku hadros oznacza ciężki), a  odkryto ich całe setki – dosłownie. Nie tego się spodziewaliśmy. Zamiast jednej, maleńkiej, niepodzielnej cząstki, poszukiwania demokrytejskiego a-tomu dostarczyły nam setek ciężkich i  bardzo podzielnych cząstek. Nieszczęście! Od kolegów biologów nauczyliśmy się, co można robić, kiedy zupełnie nie wiadomo co robić: klasyfikować! I  temu zajęciu oddaliśmy się bez reszty. Rezultaty i  konsekwencje tej klasyfikacji omówię w  następnej części.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach