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


  Dygresja w stronę nauk społecznych: pochodzenie wielkiej nauki
 
Dygresja w stronę nauk społecznych:
pochodzenie wielkiej nauki
 
D
ruga wojna światowa stanowiła punkt zwrotny, dzielący przedwojenny styl badawczy od powojennego. (Ale mi się udało kontrowersyjne stwierdzenie, co?) Wyznaczyła także początek nowej fazy w  poszukiwaniach a-tomu. Możemy wymienić kilka czynników, które do tego doprowadziły. Wojna spowodowała wielki skok w  rozwoju techniki. Dokonał się on głównie w  Stanach Zjednoczonych, które nie doświadczyły niszczących skutków działań wojennych. Konstrukcja radaru, rozwój elektroniki, budowa bomby jądrowej to przykłady tego, co może zrodzić się ze współpracy nauki z  inżynierią. (Pod warunkiem, że dysponują nieograniczonym budżetem).
       Vannevar Bush, naukowiec odpowiedzialny za politykę naukową w  Stanach Zjednoczonych, określił nowe związki między nauką a  rządem w  raporcie przedstawionym prezydentowi Franklinowi D. Rooseveltowi. Od tego czasu rząd Stanów Zjednoczonych zobowiązywał się łożyć na badania podstawowe w  rozmaitych dziedzinach nauki. Kwoty wydawane na badania i  na nauki stosowane rosły tak szybko, że teraz suma 1000 dolarów, którą Lawrence po wielkich trudach otrzymał na początku lat czterdziestych, wydaje się śmieszna. Nawet po uwzględnieniu inflacji kwota ta blednie w  porównaniu z  federalnymi wydatkami na badania podstawowe w  roku 1990: około 12 miliardów dolarów. Druga wojna światowa spowodowała też wielki napływ uciekinierów – uczonych, którzy walnie przyczynili się do gwałtownego rozkwitu nauki w  USA.
       Na początku lat pięćdziesiątych akceleratory zdolne do prowadzenia badań w  dziedzinie fizyki jądrowej na najwyższym poziomie miało około dwudziestu uniwersytetów. W  miarę jak coraz lepiej rozumieliśmy jądro, linia frontu przesuwała się w  głąb, w  obszary subjądrowe; do ich badania potrzebne były coraz większe i  coraz kosztowniejsze urządzenia. Nadeszła era konsolidacji – łączenia kapitałów i  sił. Dziewięć uniwersytetów połączyło swe fundusze i  wysiłki, by zbudować i  zarządzać akceleratorem w  Brookhaven na Long Island. Od 1952 roku korzystali z  urządzenia o  mocy 3 GeV, a  od 1960 – o  mocy 30 GeV. Uniwersytet w  Princeton i  Uniwersytet Stanu Pensylwania porozumiały się celem skonstruowania maszyny protonowej w  pobliżu Princeton. MIT i  Harvard zbudowały razem akcelerator elektronowy w  Cambridge – urządzenie przyspieszające elektrony do 6 GeV.
       Z  biegiem lat, gdy konsorcja rosły w  siłę, zmniejszała się liczba maszyn zdolnych do prowadzenia badań „na linii frontu”. Potrzebowaliśmy coraz większych energii, aby odpowiedzieć na pytanie: co jest w  środku? – i  aby kontynuować poszukiwania prawdziwego a-tomu, czyli zera i  jedynki z  naszej bibliotecznej metafory. Budowa nowych maszyn powodowała likwidację starych, żeby inaczej wykorzystać uwięzione w  nich fundusze, i  tak Wielka Nauka (termin często używany w  pejoratywnym znaczeniu przez nie doinformowanych publicystów) stawała się coraz większa. W  latach pięćdziesiątych przeprowadzało się być może dwa lub trzy eksperymenty w  zespołach dwu- a  najwyżej czteroosobowych. W następnych dziesięcioleciach zespoły stawały się coraz liczniejsze, a  eksperymenty zajmowały coraz więcej czasu, częściowo z  powodu konieczności budowania coraz bardziej skomplikowanych detektorów. W  roku 1990 w  samym tylko zespole detektorowym (CDF) w  Fermilabie pracowało 360 uczonych i  studentów z  12 uniwersytetów, dwóch laboratoriów państwowych i  instytutów z  Włoch i  Japonii. Okres trwania eksperymentu rozciągnął się do całego roku – lub jeszcze dłuższego czasu – nieprzerwanego (wyjąwszy Boże Narodzenie, Święto Niepodległości i  awarie) zbierania danych.
       Rząd Stanów Zjednoczonych nadzorował tę ewolucję od nauki kieszonkowej do nauki wykorzystującej akceleratory o  rozmiarach setek i  tysięcy metrów. Wojenny program badawczy, którego celem było skonstruowanie bomby atomowej, dał początek istnieniu Komisji Energii Atomowej (Atomic Energy Commission – AEC), cywilnej agencji nadzorującej badania nad bronią jądrową, jej produkcję i  przechowywanie. Jako państwowemu trustowi, agencji powierzono również misję utrzymywania i  nadzorowania podstawowych badań w  fizyce jądrowej, która później przerodziła się w  fizykę cząstek elementarnych.
       Demokrytejski a-tom zawędrował nawet w  progi sal Kongresu, który powołał wspólny (parlamentu i  senatu) Komitet Energii Atomowej dla sprawowania nadzoru nad badaniami. Przesłuchania prowadzone przez ten komitet, publikowane w  gęsto zadrukowanych zielonych księgach rządowych, będą kiedyś stanowiły nieocenione źródło informacji dla historyków nauki. Można tam znaleźć świadectwa, jakie składali E. O. Lawrence, Robert Wilson, I. I. Rabi, J. Robert Oppenheimer, Hans Bethe, Enrico Fermi, Murray Gell-Mann i  wielu innych, którzy cierpliwie odpowiadali na pytania dotyczące  przebiegu poszukiwań ostatecznej cząstki i  dlaczego jest im potrzebna jeszcze jedna maszyna. Wymiana zdań między wspaniałym budowniczym i  dyrektorem Fermilabu Robertem Wilsonem a  senatorem Johnem Pastore'em, przytoczona na wstępie niniejszego rozdziału, pochodzi z  jednej z  tych zielonych ksiąg.
       By dokończyć tę wyliczankę, wypada dodać, że AEC przekształciła się w  ERDA (Energy Research and Development Agency, czyli Agencję Badań Jądrowych), ta zaś wkrótce ustąpiła miejsca DOE (Department of Energy, czyli Departamentowi Energii), który w  obecnej chwili nadzoruje państwowe laboratoria prowadzące badania za pomocą akceleratorów. Obecnie w  Stanach istnieje pięć takich placówek zajmujących się fizyką wysokich energii. Są to: SLAC, Brookhaven, Cornell, Fermilab oraz SSC (w  budowie).
       Laboratoria z  akceleratorami z  reguły należą do rządu, ale zarządzają nimi na mocy kontraktu różne uniwersytety – jak to jest w  wypadku SLAC – albo konsorcja uniwersytetów czy instytucji (przykład Fermilabu). Zarząd zatrudnia dyrektora, a  potem się modli. Dyrektor kieruje pracami laboratorium, podejmuje wszystkie ważne decyzje i  zbyt długo sprawuje swoją ważną funkcję. Gdy w  latach 1979–1989 piastowałem funkcję dyrektora Fermilabu, moim głównym zadaniem było wcielanie w  życie wizji R. R. Wilsona: budowa tewatronu, pierwszego nadprzewodzącego akceleratora. Musieliśmy także stworzyć akcelerator protonów i  antyprotonów oraz monstrualne detektory zdolne do rejestrowania efektów zderzeń zachodzących przy energiach bliskich 2 TeV.
       Jako dyrektor Fermilabu, bardzo martwiłem się zmianami, które zaszły w  stylu prowadzenia prac badawczych. W  jaki sposób studenci i  młodzi doktorzy mają doświadczać radości poznania i  tworzenia, będącej udziałem uczniów Rutherforda, twórców teorii kwantowej, czy mojej własnej małej grupki kolegów wspólnie pracującej nad różnymi problemami na podłodze gdzieś w  czeluściach cyklotronu Nevis? Ale im dłużej przypatrywałem się temu, co się dzieje w  laboratorium, tym spokojniejszy się stawałem. Gdy odwiedzałem CDF w  środku nocy (także wtedy, gdy nie było tam starego Demokryta), spotykałem ogromnie przejętych studentów nadzorujących swe eksperymenty. Na wielkim ekranie rozświatlały się zderzenia interpretowane przez komputer na użytek 10–12 fizyków czuwających na nocnej zmianie. Od czasu do czasu na ekranie ukazywało się coś tak intrygującego i  tak wyraźnie wskazującego na to, że gdzieś w  trzewiach akceleratora zachodzą procesy należące do „nowej fizyki”, iż rozlegał się zbiorowy jęk zachwytu.
       Każdy wielki program badawczy wymaga współpracy wielu grup liczących od pięciu do dziesięciu osób: jednego lub dwóch profesorów, kilku asystentów i  kilku doktorantów. Profesor opiekuje się swoją trzódką, pilnuje, by nie zagubili się w  tłumie. Od początku każdy członek grupy bierze udział w  planowaniu, budowaniu oraz  testowaniu aparatury. Później dochodzi analiza danych. Każdy z  eksperymentów dostarcza tak wielkiej liczby danych, że wiele z  nich musi długo czekać na interpretację. Poszczególni młodzi adepci nauki pod okiem profesora wybierają sobie konkretne problemy, które zyskały aprobatę rady naukowej. A  problemów jest pod dostatkiem. Na przykład: jak przebiega proces powstawania cząstek W i  W+ w  trakcie zderzeń protonów z  antyprotonami? Ile energii unoszą one ze sobą? Pod jakimi kątami są emitowane? I  tak dalej. Rozwiązanie może być interesującym szczegółem albo wskazówką dotyczącą jakiegoś kluczowego mechanizmu, w  którym bierze udział silne lub słabe oddziaływanie. Najbardziej intrygującym zadaniem czekającym nas w  latach dziewięćdziesiątych jest znalezienie kwarka t* i  analiza jego własności. W  roku 1992 poszukiwania te były prowadzone przez cztery niezależne grupy pracujące w  CDF.
       Tu młodzi fizycy zostają rzuceni na głęboką wodę, zmagają się ze skomplikowanymi programami komputerowymi i  nieuniknionymi zniekształceniami, powstałymi na skutek niedoskonałości aparatury. Ich zadanie polega na wyciąganiu prawidłowych wniosków na temat praw przyrody, na ułożeniu kolejnego kawałka mozaiki – naszego obrazu mikroświata. Udziela im wsparcia cały zespół: eksperci od oprogramowania, od analiz teoretycznych i  mistrzowie w  dziedzinie poszukiwania danych potwierdzających robocze hipotezy. Jeśli znaleźli jakiś interesujący szczegół w  śladzie pozostawionym przez cząstkę W opuszczającą rejon zderzenia, muszą rozstrzygnąć, czy jest on artefaktem spowodowanym przez aparaturę (ujmując rzecz metaforycznie: czy pojawił się na skutek małej rysy na soczewce mikroskopu?) lub wadliwie działający program komputerowy. A  może ten szczegół jest prawdziwy? Jeśli tak, to czy kolega Henry nie powinien zauważyć podobnego efektu w  swoich analizach dotyczących cząstki Z, a  koleżanka Marjorie podczas analiz śladów odrzutu?
       Wielka Nauka zagościła na stałe nie tylko w  dziedzinie fizyki cząstek elementarnych. Astronomowie dzielą się wielkimi teleskopami, porównują swoje obserwacje, by wyciągać prawidłowe wnioski dotyczące całego kosmosu. Oceanografowie wspólnie korzystają ze statków badawczych wyposażonych w  wyrafinowane sonary, przyrządy do nurkowania oraz specjalne aparaty fotograficzne i  kamery. Prace nad rozwiązaniem kodu genetycznego są w  dziedzinie mikrobiologii odpowiednikiem naszej Wielkiej Nauki. Nawet chemicy potrzebują spektrometrów masowych, kosztownych laserów barwnikowych i  ogromnych komputerów. Nieuchronnie niemal we wszystkich dziedzinach uczeni zaczynają wspólnie korzystać z  kosztownych urządzeń niezbędnych dla dalszego rozwoju nauki.
       Powiedziawszy to wszystko, muszę podkreślić, że jest niezmiernie ważne, by młodzi adepci nauki mogli także pracować w  bardziej tradycyjnym systemie, skupieni wokół niewielkiego projektu, w  niewielkiej grupie i  pod opieką profesora. To daje im wspaniałą możliwość, by samemu nacisnąć guzik, zgasić światło i  pójść do domu pomyśleć, a  może nawet spać. Mała Nauka także dokonywała odkryć i  wprowadzała innowacje, które w  nieoceniony sposób przyczyniły się do rozwoju wiedzy. Musimy dążyć do osiągnięcia odpowiedniej równowagi w  naszej polityce wobec nauki i  z  wielką wdzięcznością przyjmować istnienie obu opcji. Naukowcy zajmujący się fizyką wysokich energii dziś mogą już jednak tylko narzekać i  z  nostalgią wspominać dawne, dobre czasy, kiedy samotny uczony siedział w  zagraconym laboratorium i  mieszał barwne eliksiry. To czarująca wizja, ale nigdy nie doprowadzi nas do Boskiej Cząstki

* Istnienie kwarka t  zostało ostatecznie potwierdzone w  Fermilabie na przełomie 1994 i 1995 roku (przyp. tłum.).
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