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

Jak działa
Wszechświat?

Początki nauki
Pochwycenie Leona
Biblioteka materii
Kwarki i papież
Niewidzialna piłka
Piramida nauk
Eksperymentatorzy
i teoretycy: farmerzy,
świnie i trufle

Ci, którzy nie dosypiali
Ratunku, matematyka!
Wszechświat istnieje
dopiero od
1018 sekund

Opowieść o dwóch
cząstkach i ostatecznej
koszulce

Tajemniczy pan Higgs
Wieża i akcelerator
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

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


  Pochwycenie Leona
 
Pochwycenie Leona
 
N
ajpierw fascynowały mnie cząsteczki. W  średniej szkole i  na początku studiów uwielbiałem chemię, jednak stopniowo moje zainteresowania przesuwały się w  kierunku fizyki, która wydawała mi się czystsza od chemii – bezwonna w  gruncie rzeczy. Poza tym duży wpływ wywarli na mnie studenci fizyki, którzy byli zabawniejsi od chemików i  lepiej grali w  koszykówkę. Przewodził naszej grupie Isaac Halpern, obecnie profesor fizyki na Uniwersytecie Stanu Waszyngton. Twierdził, że chodzi oglądać wywieszone oceny wyłącznie po to, by sprawdzić, czy dostał A  z  czubkiem czy z  daszkiem*. Wszyscy go uwielbialiśmy. Potrafił też skakać w  dal lepiej niż ktokolwiek z  nas.
       Zacząłem interesować się zagadnieniami z  dziedziny fizyki ze względu na ich niepodważalną logikę i  wyraźne konsekwencje eksperymentalne. Gdy byłem na ostatnim roku studiów, mój przyjaciel ze szkoły średniej, Martin Klein, obecnie znakomity badacz spuścizny Einsteina na Uniwersytecie Yale, podczas długiego wieczoru przy wielu piwach wygłosił mi wykład o  wyższości fizyki. To przesądziło sprawę. Wstąpiłem do wojska ze stopniem bakałarza w  dziedzinie chemii i  mocnym postanowieniem zostania fizykiem, o  ile uda mi się przeżyć szkolenie i  drugą wojnę światową.
       Dla świata fizyki narodziłem się pod koniec 1948 roku, kiedy rozpocząłem studia doktoranckie. Pracowałem przy synchrocyklotronie na Uniwersytecie Columbia. W  owym czasie był to akcelerator o  największej na świecie mocy. Dwight Eisenhower, prezydent uniwersytetu, przecinając wstęgę dokonał uroczystej inauguracji maszyny w  czerwcu 1950 roku. Ponieważ przedtem pomogłem mu wygrać wojnę, władze uczelni bardzo mnie ceniły,  płacąc mi prawie cztery tysiące dolarów rocznie – za 90 godzin pracy tygodniowo. To były ciężkie czasy.
       W  latach pięćdziesiątych synchrocyklotron i  inne podobne urządzenia przyczyniły się do powstania nowej dyscypliny – fizyki cząstek elementarnych.
       Z  punktu widzenia osoby postronnej najbardziej charakterystyczną cechą fizyki cząstek elementarnych jest sprzęt – narzędzia, jakimi się posługuje. Ja przyłączyłem się do badań w  okresie, gdy właśnie wkraczaliśmy w  wiek akceleratorów. Urządzenia te do dziś pełnią najważniejszą rolę w  naszej pracy badawczej. Pierwszy „rozbijacz atomów” miał niewiele centymetrów średnicy. Obecnie akceleratorem o  największej mocy jest urządzenie znajdujące się w  Narodowym Laboratorium Akceleratorowym im. Enrico Fermiego (w  tak zwanym Fermilabie) w  Batawii, w  stanie Illinois. Urządzenie to, zwane tewatronem, ma około 6 km obwodu i  rozpędza protony i  antyprotony do bezprecedensowych energii. Około roku 2000 skończy się monopol tewatronu na osiąganie najwyższych energii. Obwód nadprzewodzącego superakceleratora (Superconducting SuperCollider, czyli SSC), matki wszystkich akceleratorów, budowanego obecnie w  Teksasie będzie miał 86,5 kilometra.**
       Czasem zadajemy sobie pytanie, czy nie pobłądziliśmy gdzieś po drodze? Czy sprzęt nie stał się naszą obsesją? Czy fizyka cząstek elementarnych nie przekształciła się w  tajemną cybernaukę, w  której wielkie zespoły naukowców i  megalityczne maszyny zajmują się zjawiskami tak abstrakcyjnymi, że nawet Bóg niezupełnie się w  nich orientuje. Łatwiej będzie nam zrozumieć, jak do tego doszło, jeśli prześledzimy Drogę, która doprowadziła nas do obecnego stanu. Droga ta przypuszczalnie bierze swój początek w  greckiej kolonii, Milecie, w  650 r. p.n.e., natomiast kończy się w  mieście, w  którym wszystko jest już zrozumiałe – gdzie najprostsi robotnicy, a  nawet i  sam burmistrz, wiedzą już, jak działa Wszechświat. Na przestrzeni wieków wielu podążało tą Drogą: Demokryt, Archimedes, Kopernik, Galileusz, Newton, Faraday i  inni, aż do Einsteina, Fermiego i  licznych współczesnych Wędrowców.
       Droga ma odcinki węższe i  szersze; prowadzi przez rozległe pustkowia (jak autostrada nr 80 w  stanie Nebraska), gdzie indziej robi się kręta i  ruchliwa. Odchodzi od niej wiele bocznych ulic o  kuszących nazwach: „elektronika”, „chemia”, „radiokomunikacja” czy „fizyka plazmy”. Ci, którzy je wybrali, sprawili, że zupełnie zmienił się sposób życia ludzi na naszej planecie. Ci, którzy pozostali wierni Drodze, przekonali się, że jest ona na całej swej długości jednakowo i  wyraźnie oznakowana tablicami, na których widnieje napis: „Jak działa Wszechświat?” Przy tej właśnie Drodze znajdują się współczesne akceleratory.
       Na Drogę tę wstąpiłem w  Nowym Jorku, na skrzyżowaniu Broadwayu i  120. Ulicy. W  tamtych latach problemy naukowe wydawały się jasno określone i  bardzo istotne. Dotyczyły własności tak zwanego silnego oddziaływania jądrowego oraz pewnych przewidzianych przez teoretyków cząstek – mezonów p, znanych także jako piony. Akcelerator Uniwersytetu Columbia był tak zaprojektowany, by w  wyniku bombardowania niewinnych tarcz protonami produkować jak najwięcej pionów. Przyrządy, którymi się wówczas posługiwaliśmy, były raczej proste; doktoranci bez trudu mogli pojąć zasady ich działania.
       W  latach pięćdziesiątych Uniwersytet Columbia był wylęgarnią wielkich talentów fizycznych. Charles Townes miał wkrótce skonstruować laser i  otrzymać Nagrodę Nobla. James Rainwater dostał Nagrodę Nobla za model jądra atomowego, a  Willis Lamb za zmierzenie maleńkiego przesunięcia linii spektralnych widma wodoru. Noblista Isidor Rabi – na wielu z  nas wywarł on ogromny wpływ – kierował zespołem, w  którego skład wchodzili między innymi Norman Ramsay i  Polycarp Kusch; obaj w  swoim czasie mieli zostać Laureatami. T. D. Lee uzyskał Nobla za teorię łamania parzystości. Zagęszczenie profesorów namaszczonych szwedzkimi świętymi olejkami było jednocześnie podniecające i  przygnębiające. Wielu z  nas, młodych pracowników naukowych, nosiło w  klapie znaczek: „Jeszcze nie”.
       Mój osobisty Wielki Wybuch uznania w  środowisku naukowym wydarzył się w  latach 1959–1962, gdy razem z  dwoma kolegami po raz pierwszy zarejestrowaliśmy zderzenia wysokoenergetycznych neutrin. Neutrina to moje ulubione cząstki. Są pozbawione jakichkolwiek własności: nie mają masy (a  jeśli, to bardzo niewielką), ładunku elektrycznego ani promienia, a  na domiar złego nie podlegają silnym oddziaływaniom. Eufemistycznie bywają określane jako „ulotne”. Neutrino może przeniknąć przez miliony kilometrów litego ołowiu i  szansa na to, że weźmie udział w  dającym się zarejestrować zderzeniu, jest niewielka.
       Nasz eksperyment z  1961 roku stał się kamieniem węgielnym teorii, która w  latach siedemdziesiątych została nazwana  „modelem standardowym” fizyki cząstek elementarnych. W  1988 roku eksperyment ten został uhonorowany przez Szwedzką Akademię Nauk Nagrodą Nobla. (Wszyscy mnie pytają, dlaczego czekali z  tym 27 lat. Sam nie wiem. Rodzinie odpowiadałem żartobliwie, że Akademia ociągała się tak długo, bo nie mogła się zdecydować, które z  moich licznych osiągnięć ma wyróżnić). Otrzymanie Nagrody Nobla jest oczywiście wielkim przeżyciem, ale żadną miarą nie da się go porównać z  niewiarygodnym podnieceniem, które ogarnęło nas w  momencie, gdy uświadomiliśmy sobie, że nasz eksperyment się powiódł.
       Dziś fizycy odczuwają te same emocje, które towarzyszyły uczonym na przestrzeni wieków. Ich życie wypełnione jest niepokojem, bólem i  trudnościami. Obfituje w  napięcia, przypływy beznadziejności i  zniechęcenia. Ale od czasu do czasu pojawiają się jasne chwile – radość, śmiech, triumf i  uniesienie. Epifanie te przychodzą niespodziewanie. Często pojawiają się wówczas, gdy uda nam się zrozumieć coś nowego i  ważnego, coś pięknego, co zostało odkryte przez kogoś innego. Jednak zwykli śmiertelnicy – do których należy większość znanych mi naukowców – przeżywają daleko słodsze chwile, gdy sami odkrywają jakąś nową prawdę o  świecie. Zadziwiające, jak często zdarza się to około trzeciej nad ranem, gdy jesteś sam w  laboratorium i  nagle zdajesz sobie sprawę, że żaden osobnik z  pozostałych pięciu miliardów ludzi na Ziemi nie wie tego, co wiesz ty. Taką przynajmniej żywisz nadzieję. Postarasz się, oczywiście, zawiadomić ich o  tym jak najszybciej – nazywamy to „publikowaniem wyników”.
       Wykład ten opowiada o  łańcuchu nieskończenie słodkich chwil, które były udziałem uczonych na przestrzeni ostatnich dwu i  pół tysiąca lat. Owocem tych przeżyć jest nasza obecna wiedza o  Wszechświecie i  jego mechanizmach. Ból i  rozczarowanie także są częścią tej historii. Często opór i  upór samej przyrody utrudniają rozwikłanie zagadki. Jednak uczony nie może liczyć na to, że wspaniałe chwile odkryć wypełnią mu całe życie. Powinien także czerpać radość ze zwykłych, codziennych czynności. Wielką przyjemność sprawia mi na przykład planowanie i  konstruowanie urządzeń, które pozwalają dowiedzieć się więcej o  tych nadzwyczaj abstrakcyjnych zagadnieniach.
       Gdy byłem jeszcze nieopierzonym studentem, razem ze światowej sławy profesorem z  Rzymu budowałem licznik cząstek. W  pracy tej byłem nowicjuszem, a  on starym mistrzem. Wspólnie wytoczyliśmy na tokarce mosiężny walec (było po piątej i  wszyscy mechanicy już wyszli). Przylutowaliśmy do niego szklane zaślepki i  przez krótką metalową izolowaną rurkę zatopioną w  szkle przewlekliśmy złoty drucik. Potem znowu trochę polutowaliśmy. Przez kilka godzin specjalny gaz przepłukiwał nasz licznik, a  my zajmowaliśmy się w  tym czasie podłączaniem oscyloskopu do drucika, który za pośrednictwem kondensatora podłączyliśmy do źródła prądu o  napięciu tysiąca woltów. Mój przyjaciel profesor, nazwijmy go Gilberto, bo tak właśnie miał na imię, spoglądał co chwila na zieloną linię w  oscyloskopie i  bezbłędnie łamaną angielszczyzną wykładał mi historię i  ewolucję liczników cząstek. Nagle zesztywniał i  zaczął dziko wykrzykiwać: Mamma mia! Regardo incredibilo! Primo securoso! (Czy coś w  tym rodzaju). Krzyczał, wymachiwał rękami, uniósł mnie w  górę – mimo że byłem o  20 centymetrów wyższy i  o  dobre 25 kilogramów cięższy od niego – i  wykonał ze mną taniec wokół pracowni.
       – Co się stało? – wymamrotałem.
       – Mufiletto – odpowiedział. – Jusz liczi. Jusz liczi.
       Prawdopodobnie część tej sceny została odegrana tylko na mój użytek, ale Gilberta podnieciło to, że sami – za pomocą własnych rąk, używając naszych oczu i  umysłów – skonstruowaliśmy urządzenie, które wykrywało przepływ promieni kosmicznych i  rejestrowało je w  postaci małych zygzaków na ekranie oscyloskopu. Choć niewątpliwie oglądał to zjawisko tysiące razy, nigdy mu nie spowszedniało. To, że jedna z  tych cząstek, które trafiły do pracowni na dziesiątym piętrze budynku stojącego przy rogu Broadwayu  i  120. Ulicy, mogła rozpocząć swoją wędrówkę wiele lat świetlnych temu w  odległej galaktyce, tylko w  części miało swój udział w  naszej euforii. Niewyczerpany entuzjazm Gilberta był zaraźliwy.

* W  amerykańskich szkołach stosuje się literową skalę ocen od A  do F  (przyp. tłum.).
** Budowa SSC została wstrzymana przez Kongres Stanów Zjednoczonych pod koniec 1993 roku (przyp. red.).
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