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 Higgsa
 
Kryzys Higgsa
 
M
nóstwo pytań czeka na odpowiedź. Jakie własności mają cząstki Higgsa i, co ważniejsze, jakie masy? Jak je rozpoznać, jeśli napotkamy je w  zderzeniu. W  ilu odmianach występują. Czy dziełem Higgsa jest cała masa, czy tylko jej część. I  w  jaki sposób możemy dowiedzieć się o  tym czegoś więcej? Ponieważ jest to Boska Cząstka, wystarczy poczekać i  jeśli będziemy wieść przykładne życie, dowiemy się wszystkiego, kiedy już znajdziemy się w  Królestwie Niebieskim. Albo możemy wydać osiem miliardów dolarów i  zbudować nadprzewodzący superakcelerator w  Waxahachie w  Teksasie, aby wyprodukował cząstkę Higgsa.
       Kosmolodzy także ulegli fascynacji ideą Higgsa, gdy stwierdzili, że potrzebują pola skalarnego, które uczestniczyłoby w  skomplikowanym procesie rozszerzania się Wszechświata. W  ten sposób powiększyli, już i  tak niemały, ciężar, który ta cząstka musi dźwigać. Szerzej pomówimy o  tym w  następnej części.
       Obecnie uważa się, że pole Higgsa można zniszczyć za pomocą wysokiej energii (czyli temperatury). Powstają wtedy fluktuacje kwantowe, które neutralizują pole Higgsa. Mamy zatem wspólny cząstkowo-kosmologiczny obraz młodego Wszechświata – czystego i  jaśniejącego olśniewającą symetrią – w  którym jest zbyt gorąco dla Higgsa. Ale gdy temperatura/energia spada poniżej 1015 kelwinów lub 100 GeV, Higgs się uaktywnia i  zaczyna wytwarzać masę. Zatem przed Higgsem mieliśmy pozbawione masy cząstki W, Z i  fotony zjednoczone w  oddziaływaniu elektrosłabym. Wszechświat rozszerza się i  stygnie, Higgs zaczyna działać, czyni cząstki W i  Z  tłustymi i  z  jakiegoś powodu ignoruje foton. W  rezultacie symetria elektrosłaba zostaje złamana. Otrzymujemy oddziaływanie słabe przenoszone przez masywne cząstki W+, W i  Z0 oraz, oddzielnie, oddziaływanie elektromagnetyczne przenoszone przez fotony. To tak, jakby dla pewnych cząstek pole Higgsa było gęstą mazią, w  której jest im trudno się poruszać, i  przez to wydają się masywne; dla innych cząstek pole Higgsa jest jak woda, a  jeszcze inne – fotony  i,  być może, neutrina – go nie wyczuwają.
       Powinienem zapewne wreszcie wyjaśnić, skąd się wzięła koncepcja cząstki i  pola Higgsa, nawet jeśli dotąd udało mi się uniknąć zdradzenia tej tajemnicy; nazywa się ją także ukrytą symetrią lub spontanicznym złamaniem symetrii. Do fizyki cząstek elementarnych idea ta została wprowadzona przez Petera Higgsa z  Uniwersytetu w  Edynburgu. Odwoływali się do niej teoretycy Steven Weinberg i  Abdus Salam, niezależnie od siebie pracujący nad wyjaśnieniem, jak jednolite i  symetryczne oddziaływanie elektrosłabe przenoszone przez szczęśliwą rodzinę czterech cząstek o  zerowej masie uległo przemianie w  dwa bardzo różne oddziaływania: QED z  fotonem i  oddziaływanie słabe z  masywnymi cząstkami W+, W i  Z0. Weinberg i  Salam korzystali z  wcześniejszych prac Sheldona Glashowa, który postępując śladami Juliana Schwingera po prostu wiedział, że istnieje spójna, jednolita teoria oddziaływania elektrosłabego, ale nie zebrał razem wszystkich koniecznych szczegółów. Były jeszcze prace Jeffreya Goldstone'a, Martinusa Veltmana i  Gerarda 't  Hoofta. Należałoby wspomnieć także o  innych, ale... cóż, takie jest życie. Poza tym, ilu teoretyków potrzeba, żeby wkręcić żarówkę?
       Można także patrzeć na Higgsa z  punktu widzenia symetrii. W wysokich temperaturach symetria jest odsłonięta – królewska, czysta prostota. W  niższych temperaturach ulega załamaniu. Pora na kolejne metafory.
       Rozważmy magnes. Jest on magnesem dlatego, że w  niskich temperaturach jego atomowe magnesiki są uporządkowane, dzięki czemu można w  nim wyróżnić pewien szczególny kierunek: oś północ-południe. W  ten sposób magnes stracił symetrię charakterystyczną dla kawałka niemagnetycznego żelaza, w  którym wszystkie kierunki przestrzenne są równoważne. Możemy jednak „naprawić” magnes. Podnosząc temperaturę kawałka magnetycznego żelaza, otrzymujemy żelazo niemagnetyczne. Ciepło powoduje drgania molekularne, które w  końcu niszczą stan uporządkowania, i  otrzymujemy czystszą symetrię. Jeszcze inaczej można tę myśl przedstawić poprzez porównanie do meksykańskiego kapelusza – sombrera. Jest to symetryczna kopułka otoczona symetrycznym, wywiniętym do góry rondem. Na szczycie kopułki umieszczamy szklaną kulkę. Układ taki stanowi przykład doskonałej symetrii obrotowej, ale jest bardzo niestabilny. Gdy kulka stoczy się do bardziej stabilnego położenia (o  niższej energii) gdzieś na rondzie, symetria ulega zniszczeniu, choć podstawowa struktura pozostaje symetryczna.
       W  jeszcze innej metaforze wyobrażamy sobie doskonałą kulę wypełnioną parą wodną o  bardzo wysokiej temperaturze. Mamy układ o  doskonałej symetrii. Jeśli go ochłodzimy, w  końcu otrzymamy bajorko wody z  pływającymi w  nim kawałkami lodu i  unoszącymi się nad powierzchnią resztkami pary. Symetria uległa całkowitemu zniszczeniu za sprawą zwykłego ochłodzenia, które pozwala polu grawitacyjnemu wywrzeć swój wpływ. Jednak można powrócić do stanu rajskiej symetrii – wystarczy podgrzać układ.
       Tak więc przed Higgsem – symetria i  nuda; po Higgsie – złożoność i  bogactwo doznań. Gdy następnym razem spojrzysz, drogi Czytelniku, na usiane gwiazdami niebo, miej świadomość, że całą przestrzeń wypełnia tajemnicze działanie Higgsa, który jest odpowiedzialny, jak głosi teoria, za złożoność naszego kochanego świata.
       Wyobraź sobie teraz, drogi Czytelniku, wzory matematyczne (a fe!), które poprawnie przewidują i  opisują własności cząstek i  oddziaływań, mierzone w  Fermilabie i  innych laboratoriach akceleratorowych w  latach dziewięćdziesiątych. Te same wzory zastosowane do reakcji zachodzących przy wysokich energiach prowadzą do bzdurnych wyników. Jeśli jednak uwzględnimy pole Higgsa, zmodyfikujemy teorię i  otrzymamy rozsądne wyniki nawet przy energiach sięgających 1 TeV. Higgs ratuje teorię, ratuje model standardowy z  wszystkimi jego zaletami. Czy to dowodzi, że wszystko jest OK? Nie, wcale nie. Ale teoretyków nie stać na razie na nic więcej. Możliwe, że Bogini jest jeszcze sprytniejsza.
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