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


  Chimera unifikacji
 
Chimera unifikacji
 
E
uropejczycy zaangażowali wszystkie siły i  środki w  poszukiwania cząstki W. Chcieli pokazać światu, że w  tej dziedzinie są liczącym się partnerem. Aby znaleźć W, trzeba było dysponować maszyną o  dostatecznie dużej energii – takiej, by poszukiwana cząstka miała szansę w  ogóle powstać. Jakiej? To zależy od ciężaru cząstki. W  roku 1978, w  odpowiedzi na nieustępliwą i  gwałtowną argumentację Carla Rubbii, CERN przystąpił do budowy akceleratora protonów i  antyprotonów. Nowe urządzenie miało korzystać z  istniejącego już akceleratora protonów o  mocy 400 GeV.
       Pod koniec lat siedemdziesiątych teoretycy uważali, że masa cząstek W  i  Z  jest „sto razy większa od protonu”. (Przypomnijmy, że masa spoczynkowa protonu wynosi około 1 GeV). Ocenę mas cząstek W  i  Z  przyjęto z  tak wielkim zaufaniem, że CERN nie zawahał się zainwestować ponad 100 milionów dolarów w  „pewniaka” – akcelerator mogący wyprodukować taką ilość energii, by powstały w  nim cząstki W  i  Z,  i  w  zestaw odpowiednio czułych i  kosztownych detektorów dla obserwowania zderzeń. Skąd się brało to zuchwałe przekonanie?
       W  środowisku fizyków zapanowało radosne przeświadczenie, że wielka zunifikowana teoria – ostateczny cel naszych zmagań – jest tuż za zakrętem. To już nie miał być model opisujący świat za pomocą sześciu kwarków, sześciu leptonów i  czterech sił, ale jedno wielkie – och, jakże wielkie! – zunifikowane oddziaływanie. Z  pewnością mogłoby ono stanowić spełnienie starożytnej idei, przyświecającej nam przez cały czas wędrówki od wody przez powietrze i  ziemię do ognia, a  wreszcie do całej czwórki.
       Unifikacja, poszukiwanie prostej i  wszechobejmującej teorii jest świętym Graalem fizyki. Einstein już w  1901 roku (w  wieku 22 lat) pisał o  związkach między oddziaływaniem molekularnym (elektrycznym) a  grawitacyjnym. Od roku 1925 aż do śmierci w  1955 roku na próżno poszukiwał jednolitej teorii oddziaływania elektromagnetycznego i  grawitacji. Ten ogromny wysiłek jednego z  największych fizyków tamtej epoki, a  właściwie wszech czasów, nie przyniósł spodziewanych efektów. Wiemy teraz o  istnieniu dwóch pozostałych rodzajów oddziaływania: słabego i  silnego. Bez ich uwzględnienia wysiłki Einsteina były skazane na porażkę. Innym istotnym powodem jego porażki było to, że zanegował centralne osiągnięcie fizyki XX wieku (do którego powstania sam walnie się przyczynił) – teorię kwantową. Do końca nie zaakceptował tej radykalnej i  rewolucyjnej koncepcji, która stanowi punkt wyjścia do unifikacji wszystkich oddziaływań. Już pod koniec lat sześćdziesiątych trzy z  czterech oddziaływań zostały opisane w  języku kwantowej teorii pola i  wprost wołały o  unifikację.
       Wszyscy wielcy teoretycy nad nią pracowali. Pamiętam seminarium na Uniwerystecie Columbia na początku lat pięćdziesiątych, podczas którego Heisenberg i  Pauli przedstawiali swoją nową zunifikowaną teorię cząstek elementarnych. Sala (nr 301 w  Puppin Hall) była zatłoczona do granic możliwości. W  pierszym rzędzie siedzieli: Niels Bohr, I. I. Rabi, Charles Townes, T.  D. Lee, Polycarp Kusch, William Lamb i  James Rainwater – sami ówcześni i  przyszli laureaci Nagrody Nobla. Asystenci, jeśli mieli dość siły przebicia, by w  ogóle otrzymać zaproszenie, tłoczyli się w  sali wbrew wszelkim przepisom przeciwpożarowym. Studenci zwisali pod stropem, podwieszeni hakami do belek. Było naprawdę tłoczno. Teoria mnie zupełnie przerastała, ale choć jej nie rozumiałem, wcale nie musiało to oznaczać, że jest prawdziwa. Pod koniec Pauli przyznał: „Tak, to jest szalona teoria”. Odpowiedź Bohra brzmiała mniej więcej tak: „Problem tkwi w  tym, że nie jest dostatecznie szalona”. Bohr znowu miał słuszność, jako że teoria ta odeszła w  niepamięć jak wiele innych śmiałych prób.
       Wewnętrznie spójna teoria oddziaływania musi być kwantową teorią pola łączącą w  sobie szczególną teorię względności i  symetrię cechowania. Ta ostatnia własność – i, o  ile wiemy, tylko ona – gwarantuje, że teoria taka będzie matematycznie spójna i  da się zrenormalizować. Ale to jeszcze nie wszystko. Idea symetrii cechowania ma istotny aspekt estetyczny, który – co ciekawe – pochodzi od tej jedynej siły, która nie została jeszcze sformułowana jako kwantowa teoria pola: od grawitacji. Teoria grawitacji Einsteina (w  odróżnieniu od sformułowanej przez Newtona) wyrosła z  pragnienia znalezienia takiego ujęcia praw przyrody, aby były identyczne dla wszystkich obserwatorów: zarówno znajdujących się w  stanie spoczynku, jak i  poruszających się z  pewnym przyspieszeniem w  polu grawitacyjnym, na przykład na powierzchni Ziemi, która obraca się z  prędkością 1600 km/h. W takim wirującym laboratorium pojawiają się siły, które sprawiają, że wyniki eksperymentu są inne, niż gdyby został on przeprowadzony w  laboratorium poruszającym się ruchem jednostajnym, czyli bez przyspieszenia. Einstein poszukiwał praw, które wyglądałyby jednakowo dla wszystkich obserwatorów. Z tego wymagania niezmienniczości, które narzucił przyrodzie w  roku 1915 w  ogólnej teorii względności, logicznie wynikało istnienie oddziaływania grawitacyjnego. Mówię to wszystko tak szybko, ale ciężko się napracowałem, żeby to zrozumieć! W  teorię względności jest wbudowana symetria, która implikuje istnienie oddziaływania – w  danym wypadku oddziaływania grawitacyjnego.
       Podobnie symetria cechowania, zakładająca bardziej abstrakcyjny warunek niezmienniczości nałożony na odpowiednie równania, daje oddziaływania: słabe, silne oraz elektromagnetyczne.
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