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?

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

A–tom!
I wreszcie Boska
Cząstka

Wyjątki z agonii
modelu
standardowego

Ukryta prostota:
upojenie modelem
standardowym

Model standardowy
A. D. 1980

Chimera unifikacji
Cechowanie
Wytropić W
Carlo i goryl
Przejażdżka na
numerze 29

Triumf
Zwieńczenie modelu
standardowego

O co tu chodzi?
Poszukiwania kwarka t
Model standardowy to
chwiejna podstawa

I wreszcie...
Kryzys masowy
Kryzys unitarności?
Kryzys Higgsa
Dygresja o niczym
Znaleźć Higgsa
Pustyniatron
Prezydent Reagan
i superakcelerator:
prawdziwa historia

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


  Przejażdżka na numerze 29
 
Przejażdżka na numerze 29
 
B
yć może wyimaginowana podróż najlepiej zilustruje sposób działania detektorów. Przeniesiemy się do detektora CDF, ponieważ jest nowocześniejszy od UA-1, choć ogólne zasady działania wszystkich detektorów typu 4-pi są jednakowe. (Cztery pi – 4p   oznacza, że detektor ze wszystkich stron otacza punkt, w  którym dochodzi do zderzenia). Pamiętaj, drogi Czytelniku, że podczas zderzenia protonu z  antyprotonem cząstki rozpryskują się na wszystkie strony. Przeciętnie jedna trzecia z  nich jest neutralna, reszta – naładowana. Nasze zadanie polega na tym, by dowiedzieć się dokładnie, gdzie każda cząstka leci i  co robi. Jak w  każdym przypadku fizycznej obserwacji, można odnieść tylko częściowy sukces.
       Udajmy się na przejażdżkę na jednej z  cząstek. Powiedzmy, że zostawia ona ślad oznaczony numerem 29. Wylatuje pod pewnym kątem do kierunku zderzających się cząstek, napotyka cienką metalową ścianę komory próżniowej, przedostaje się przez nią bez przeszkód i  przez następne 50 cm wędruje przez gaz, w  którym jest mnóstwo bardzo cienkich złotych drucików. Choć nie informują o  tym żadne znaki drogowe, jest to terytorium Charpaka. Cząstka może minąć 40 lub 50 takich drutów, zanim dotrze do końca tej komory. Jeśli jest naładowana, każdy z  mijanych przez nią drucików zarejestruje jej przejście i  pozwoli na ocenienie odległości dzielącej cząstkę od drucika. Zebrana informacja pochodząca od wielu drucików pozwala określić tor cząstki. Ponieważ komora drutowa umieszczona jest w  silnym polu magnetycznym, tor naładowanej cząstki ulega zakrzywieniu i  pomiar promienia tej krzywizny (dokonuje go komputer) pozwala fizykom poznać pęd cząstki numer 29.
       Następnie cząstka przechodzi przez cylindryczną ścianę, ograniczającą magnetyczną komorę drutową, i  wpada do sektora kalorymetru, gdzie mierzy się jej energię. Teraz dalsze zachowanie cząstki zależy od tego, czym ona jest. Jeśli jest elektronem, to fragmentuje na serii leżących blisko siebie cienkich płyt ołowianych, oddając całą swą energię wrażliwym detektorom, które tkwią w  ołowianych kanapkach jak plasterki wędliny. Komputer dostrzega, że cząstka numer 29 zatrzymuje się po przebyciu w  ołowianym kalorymetrze scyntylacyjnym 7–10 cm i  stwierdza: elektron! Jeśli jednak jest to hadron, to zanim wyczerpie całą swą energię, wniknie w  kalorymetr na 25–50 cm. W obu wypadkach energię się mierzy i  porównuje z  danymi o  pędzie, otrzymanymi na podstawie pomiaru promienia krzywizny ruchu cząstki w  komorze drutowej. Komputer łaskawie pozwala uczonemu wyciągać ostateczne wnioski.
       Jeśli cząstka numer 29 jest neutralna, nie pozostawia żadnego śladu w  komorze drutowej. Gdy pojawia się w  kalorymetrze, zachowuje się w  zasadzie tak samo jak cząstka naładowana. W  obu wypadkach dochodzi do zderzeń z  jądrami atomów tworzywa, z  którego wykonany jest kalorymetr. Odłamki pochodzące z  tych zderzeń powodują dalsze zderzenia, tak długo, aż wyczerpany zostanie cały początkowy zasób energii. Możemy więc rejestrować i  mierzyć energię cząstek neutralnych, ale nie możemy badać ich pędu i  dlatego nie potrafimy precyzyjnie określić kierunku ich ruchu, ponieważ nie zostawiają żadnych śladów w  komorze drutowej. Jedną z  cząstek neutralnych – foton – łatwo jest zidentyfikować dzięki temu, że ulega stosunkowo szybkiej absorpcji w  ołowiu, podobnie jak elektron. Inna cząstka neutralna – neutrino – opuszcza detektor, unosząc pęd oraz energię i  nie pozostawiając po sobie nawet najmniejszego śladu. Wreszcie mion oddaje w  kalorymetrze nieznaczną część swej energii (nie podlega silnym zderzeniom jądrowym). Gdy wyłania się z  kalorymetru, napotyka 75–150 cm żelaza, przenika je i  ląduje w  detektorze mionów: w  komorze drutowej albo w  liczniku scyntylacyjnym. W  ten właśnie sposób oznaczamy miony.
       Podobnie postępujemy ze wszystkimi 47 cząstkami (czy z  jakąś inną ich liczbą) pojawiającymi się na skutek każdego zderzenia. System zbiera dane dotyczące zderzenia – blisko milion bitów informacji o  każdym zderzeniu, co jest równoważne informacji zawartej w  stustronicowej książce. System gromadzenia danych musi szybko zdecydować, czy zdarzenie jest interesujące, czy też nie. Musi je odrzucić lub zachować w  pamięci buforowej i  przygotować wszystkie rejestry do analizy następnych zderzeń. Jeśli akcelerator pracuje jak należy, do następnego zderzenia dochodzi zazwyczaj po upływie miliardowej części sekundy. W ostatnim zakończonym cyklu eksperymentalnym tewatronu (1990–1991) całkowita ilość zebranej informacji odpowiadała milionowi powieści albo pięciu tysiącom kompletów Encyclopaedia Britannica.
       Niektóre spośród powstałych w  zderzeniu cząstek mają bardzo krótki czas życia. Mogą przelecieć zaledwie kilka dziesiątych centymetra od punktu zderzenia w  komorze próżniowej, po czym ulegają spontanicznemu rozpadowi. Cząstki W  i  Z  żyją tak krótko, że nawet nie ma możliwości zmierzenia długości toru ich lotu. O ich istnieniu wnioskuje się na podstawie analizy cząstek, którym dają początek. Zazwyczaj kryją się one wśród odłamków, które wylatują z  każdego zderzenia. Ponieważ cząstki W  są masywne, produkty ich rozpadu mają większą energię i  dzięki temu można je łatwiej zlokalizować. Tak egzotyczne obiekty, jak kwark t  czy bozon Higgsa, mają określony zbiór możliwych sposobów rozpadu, które trzeba będzie wypatrzyć pośród mnóstwa wyłaniających się cząstek.
       Proces przetwarzania ogromnych ilości elektronicznych danych na wnioski dotyczące przebiegu zderzeń wymaga kolosalnego wysiłku. Trzeba sprawdzić dziesiątki tysięcy sygnałów. Dziesiątki tysięcy linii kodu należy porównać ze znanymi rodzajami zderzeń. Nic dziwnego, że nie obejdzie się bez całego batalionu specjalistów o  wysokich kwalifikacjach i  motywacji (nawet jeśli oficjalnie niektórzy z  nich są tylko doktorantami czy asystentami), uzbrojonych w  potężne komputery i  precyzyjne programy analizujące. A  i  tak potrzeba dwóch czy trzech lat pracy, by w  pełni przeanalizować wszystkie dane zebrane w  czasie jednego cyklu pracy tewatronu.
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