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


  Kryzys unitarności?
 
Kryzys unitarności?
 
C
hoć bardzo nas intryguje ciekawa zdolność nadawania masy, którą przejawia to nowe pole, jeden z  moich ulubionych teoretyków – Tini Veltman – twierdzi, że pełni ono jeszcze inną, znacznie ważniejszą rolę. Jest nią ni mniej, ni więcej tylko uratowanie modelu standardowego. Bez Higgsa model nie spełnia prostego kryterium wewnętrznej spójności.
       Mam tu na myśli rzecz następującą. Mówiliśmy wiele o  zderzeniach. Skierujmy sto cząstek na określoną tarczę, powiedzmy kawałek żelaza o  powierzchni jednego centymetra kwadratowego. Nawet umiarkowanie zdolny teoretyk potrafi obliczyć prawdopodobieństwo (pamiętaj, drogi Czytelniku, że teoria kwantowa pozwala nam jedynie na określanie prawdopodobieństwa) rozproszenia. Teoria może na przykład przewidywać, że ze stu cząstek skierowanych na tarczę dziesięć ulegnie rozproszeniu, co daje prawdopodobieństwo równe 10 procent. Dalej, według wielu teorii, prawdopodobieństwo rozproszenia zależy od energii padających cząstek. Przy niskich energiach teorie wszystkich znanych oddziaływań – słabego, silnego i  elektromagnetycznego – przewidują wielkości prawdopodobieństwa pozostające w  zgodzie z  wynikami eksperymentów. Jednak wiadomo, że w  wypadku oddziaływania słabego prawdopodobieństwo rośnie ze wzrostem energii. Przy średniej energii prawdopodobieństwo rozproszenia może wzrosnąć do 40 procent. Jeśli z teorii wynika, że przekroczyło ono sto procent, jest to nieomylny znak, że przestaje być poprawna, bo prawdopodobieństwo nie może przyjmować takiej wartości. Wynik taki oznaczałby, że odbiciu ulega więcej cząstek niż zostało wysłanych. Gdy zachodzi taka sytuacja, mówimy, że teoria łamie unitarność.
       W  naszej historii zagadkę stanowi to, że teoria oddziaływania słabego jest zgodna z  danymi eksperymentalnymi przy niskich energiach, ale prowadzi do nonsensownych rezultatów przy wysokich. Kryzys ten odkryto w  okresie, kiedy energia, przy której miała nastąpić katastrofa, pozostawała jeszcze poza zasięgiem możliwości istniejących akceleratorów. Niemniej niepowodzenie teorii wskazywało na to, że czegoś nie uwzględniono, jakiegoś nowego procesu – być może jakiejś nowej cząstki, która (gdybyśmy tylko wiedzieli, czym ona jest) zapobiegłaby wzrostowi prawdopodobieństwa do nonsensownych wielkości. Jak pamiętasz, drogi Czytelniku, Fermi wynalazł oddziaływanie słabe, aby opisać radioaktywny rozpad jądra. Rozpady takie są w  zasadzie zjawiskami zachodzącymi przy niskich energiach. W  miarę jak teoria Fermiego się rozwijała, coraz dokładniej opisywała ogromną liczbę procesów w  zakresie energii bliskim 100 MeV. Jednym z  powodów, dla których przeprowadziliśmy nasz dwuneutrinowy eksperyment, była chęć sprawdzenia teorii przy wyższych energiach, ponieważ przewidywano, że kryzys ma wystąpić już przy 300 GeV. Nasz eksperyment przebiegający przy energii kilku GeV potwierdził, że teoria zmierzała ku kryzysowi. Wiązało się to z  tym, że teoretycy nie uwzględnili cząstki W  o  masie bliskiej 100 GeV.
       Pierwotna teoria Fermiego – bez cząstki W – z  matematycznego punktu widzenia była równoważna używaniu nieskończenie ciężkiego nośnika oddziaływania. Sto GeV jest wielkością tak dużą (w porównaniu z  energiami poniżej 100 MeV, dostępnymi we wcześniejszych eksperymentach), że tak sformułowana teoria działała zupełnie dobrze. Kiedy jednak zapragnęliśmy dowiedzieć się czegoś o  zachowaniu neutrin o  energii 100 GeV, musieliśmy włączyć do teorii cząstkę W  o  masie 100 GeV, aby uniknąć kryzysu unitarności. Lecz to jeszcze nie wystarczyło, by uratować teorię.
       Mam nadzieję, iż ten krótki przegląd wykazał, że model standardowy cierpi na chorobę unitarnościową w  jej najbardziej zjadliwej postaci. Obecnie do katastrofy dochodzi przy energii równej około 1 TeV. Obiektem, który mógłby pomóc jej uniknąć, gdyby... gdyby istniał, jest neutralna cząstka o  szczególnych własnościach, którą nazywamy – tak, zgadłeś, drogi Czytelniku! – cząstką Higgsa. (Do tej pory mówiliśmy o  polu Higgsa, ale należy pamiętać, że kwanty pola są cząstkami). Możliwe, że jest to ta sama cząstka, której zawdzięczamy rozmaitość mas; możliwe, że tylko ją przypomina. Możliwe, że istnieje tylko jedna cząstka Higgsa; możliwe również, że cała ich rodzina...
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