| Wyjątki z agonii modelu standardowego |
|
|
Wyjątki z agonii
modelu standardowego
|
|
|
eźmy pod uwagę neutrino.
– Które neutrino?
|
| Dowolne, powiedzmy neutrino elektronowe – zwykłą, pospolitą odmianę neutrina – jako że ma najmniejszą masę. (Chyba że masy wszystkich neutrin są zerowe).
|
| W porządku, niech będzie neutrino elektronowe.
|
| Nie ma ładunku elektrycznego.
|
| Nie podlega oddziaływaniom silnym ani elektromagnetycznym.
|
| Nie ma rozmiaru, rozciągłości przestrzennej. Jego promień jest równy zeru.
|
| Możliwe, że nie ma masy.
|
| Nic nie jest tak pozbawione własności (wyjąwszy dziekanów i polityków) jak neutrino. Jego egzystencja jest mniej niż ulotna.
|
| W dzieciństwie niektórzy z nas recytowali wierszyk:
|
|
|
| Mała mucho na ścianie,
|
| Nie masz wcale rodziny?
|
| Ani matki?
|
| Ani ojca?
|
| Szkoda cię, biedny bękarcie.
|
|
|
| A teraz ja:
|
|
|
| Małe neutrino na świecie,
|
| Z prędkością światła lecisz.
|
| Bez ładunku, bez masy, bez żadnych wymiarów?
|
| Wstyd! Nie stosujesz się do konwenansów.
|
|
|
| A jednak neutrino istnieje. Ma coś w rodzaju położenia – trajektorię – zawsze zmierza w jednym kierunku z prędkością bliską (lub równą) prędkości światła. Neutrino ma spin, ale jeśli spytasz, drogi Czytelniku, cóż takiego tam wiruje, zdemaskujesz się jako ktoś, kto nie wyzbył się jeszcze niedoskonałych nawyków przedkwantowego sposobu myślenia. Spin jest nieodłącznie związany z pojęciem cząstki i jeśli neutrino ma rzeczywiście zerową masę, to jego spin w połączeniu ze stałą, niezmienną prędkością poruszania się – równą prędkości światła – składa się na nowy atrybut, zwany skrętnością lub chiralnością (ang. chirality). To nieodwracalnie wiąże kierunek spinu (zgodny lub przeciwny do ruchu wskazówek zegara) z kierunkiem ruchu.
|
| Neutrino może więc być „prawoskrętne” – co oznacza, że przemieszcza się ze spinem zgodnym z ruchem wskazówek zegara – lub „lewoskrętne”, gdy wędruje ze spinem skierowanym przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Mamy tu do czynienia z uroczą symetrią. Teoria preferuje sytuację, w której wszystkie cząstki mają zerową masę i uniwersalną symetrię chiralną. No i znowu to słowo: symetria.
|
| Symetria chiralna jest jedną z tych eleganckich symetrii, które opisują młody Wszechświat; przypomina wzór tapety powtarzający się niezmiennie i bez końca, nie przerywany korytarzami, drzwiami czy załamaniami – jest nieskończona. Nic dziwnego, że Pani uznała ją za nudną i nakazała polu Higgsa, by nadało cząstkom masę i złamało tę symetrię. Ale dlaczego pojawienie się masy zaburza symetrię? Cząstka obdarzona masą porusza się z prędkością mniejszą od prędkości światła. Teraz obserwator może poruszać się szybciej niż cząstka. W takim wypadku, względem tego obserwatora, cząstka zmienia kierunek ruchu, ale nie swój spin. A zatem obiekt dla niektórych obserwatorów lewoskrętny, dla innych staje się obiektem prawoskrętnym. Są jeszcze neutrina, które, być może, stanowią pozostałość z wojny o symetrię chiralną. Neutrino jest zawsze lewoskrętne, antyneutrino – zawsze prawoskrętne. Skrętność to jedna z nielicznych własności, jaką ten mały biedak ma.
|
| Ach tak, neutrina mają jeszcze jedną własność: podlegają oddziaływaniom słabym. Neutrina powstają na skutek słabych procesów, które przebiegają bardzo powoli (czasem zajmują całe mikrosekundy). Jak widzieliśmy, mogą zderzać się z innymi cząstkami, ale wymaga to tak bliskiego kontaktu, tak głębokiej intymności, że do zdarzeń tych dochodzi niezmiernie rzadko. Twarde zderzenie neutrina w kilkucentymetrowej stalowej sztabce jest równie prawdopodobne, jak to, że zaczerpnąwszy do kubka wodę z oceanu, znajdziemy w nim mały kamyk wrzucony w odmęty: innymi słowy, że uda się go wyłowić, zanurzając kubek jeden raz w dowolnym miejscu. Jednak, mimo całego tego braku własności, neutrino wywiera kolosalny wpływ na bieg wydarzeń. To przecież właśnie natłok ogromnej liczby neutrin zgromadzonych w jądrze gwiazdy powoduje jej eksplozję i rozpraszanie się w przestrzeni kosmicznej cięższych pierwiastków, powstałych w skazanej na zagładę gwieździe. Odłamki z takiej eksplozji mogą się łączyć i dlatego mamy krzem, żelazo i inne pożyteczne rzeczy, które można znaleźć na planetach Układu Słonecznego.
|
| Ostatnio podjęto wytężone wysiłki, by określić masę neutrina, jeśli w ogóle jakąkolwiek ma. Trzy neutrina należące do naszego modelu standardowego są kandydatami na to, co astronomowie nazywają „ciemną materią”. Jest to materia, która według nich wypełnia Wszechświat i decyduje o przebiegu jego ewolucji, zdeterminowanej przez grawitację. Na razie wiemy tylko, że neutrina mogą mieć bardzo niewielką masę... albo zerową. Zero jest tak bardzo specyficzną liczbą, że gdyby neutrino miało choćby najmniejszą masę, powiedzmy miliardową część masy elektronu, wynikałyby stąd poważne konsekwencje teoretyczne. Zagadnienia związane z neutrinami i ich masą są tylko niektórymi z licznych otwartych kwestii dotyczących modelu standardowego.
|
|
