|
|
| |
Nobel z fizyki za odkrycie, jak uwiêzione s± kwarki - najmniejsze cz±stki materii. 1,3 mln dol. podziel± miêdzy siebie trzej amerykañscy uczeni: David J. Gross, H. David Politzer oraz Frank Wilczek, autorzy kluczowych prac teoretycznych, które wyja¶ni³y w³asno¶ci najdziwniejszych i najpotê¿niejszych si³ w przyrodzie.
Na istnienie kwarków fizycy wpadli z rozpaczy. W latach 50. zaczêli odkrywaæ dziesi±tki nowych cz±stek elementarnych, które zupe³nie nie pasowa³y do wcze¶niej u³o¿onego, prostego schematu budowy materii - tylko z elektronem, neutronem i protonem. Powstawa³y d³ugie tabele grupuj±ce te cz±stki, a¿ zaczê³o brakowaæ greckich liter do oznaczenia tych tabunów kaonów, delt, ksi, psi, omeg, alf, et etc. S³ynny Enrico Fermi ¿artowa³: "Gdybym potrafi³ je wszystkie spamiêtaæ, to zosta³bym botanikiem".
Przyroda nie mo¿e byæ przecie¿ a¿ tak z³o¶liwa i skomplikowana - niepokoili siê fizycy. Ale kilku teoretyków, m.in. Murray Gell-Mann, odkry³o, ¿e te cz±stki mo¿na podzieliæ na jeszcze mniejsze cegie³ki. Te hipotetyczne klocki - nazwane kwarkami - ³±cz± siê w pary lub trójki (a przed rokiem odkryto, ¿e równie¿ w pi±tki) i tworz± ca³e zoo innych cz±stek, których wielka liczba tak niepokoi³a naukowców. Fizycy uspokoili siê, choæ wielu s±dzi³o, ¿e kwarki nie istniej± w rzeczywisto¶ci, lecz s± tylko wygodnym opisem matematycznym.
Ale wkrótce na kwarki natrafiono. W 1967 roku w nowym akceleratorze w Stanford w USA przeprowadzono do¶æ brutalny eksperyment - rozpêdzon± wi±zkê elektronów skierowano wprost w wodorow± tarczê. Elektrony zderza³y siê z tam protonami. Wynik zderzeñ zaskoczy³ fizyków. Wygl±da³o na to, ¿e proton zawiera kilka twardych "ziaren", od których elektrony odbija³y siê jak od ¶ciany. To by³y kwarki.
By³ tylko jeden k³opot. Nikomu nie udawa³o siê z³apaæ pojedynczego kwarka. Na pró¿no szukano ich w promieniowaniu kosmicznym, fragmentach meteorytów, mule z dna oceanicznego, a nawet w starym winie. A przecie¿ kwarki ³atwo powinny manifestowaæ sw± obecno¶æ dziêki swojemu unikalnemu, u³amkowemu ³adunkowi elektrycznemu.
Dlaczego wiêc nie obserwujemy pojedynczych kwarków, np. swobodnie poruszaj±cych siê w pró¿ni, jak elektrony czy fotony ¶wiat³a? Bo wystêpuj± tylko w grupach. S± na zawsze ze sob± zlepione. Jak mawiaj± fizycy - s± do¿ywotnio uwiêzione w innych cz±stkach.
W czerwcu 1973 roku w "Physical Review Letters" ukaza³y siê dwie kluczowe prace - jedna autorstwa Grossa i Wilczka, a druga Politzera - które t³umaczy³y "uwiêzienie" kwarków. Za to w³a¶nie dostali nagrodê Nobla.
Trzej fizycy domy¶lili siê, ¿e si³a j±drowa - najpotê¿niejsza w naturze - która zespala kwarki, ma zadziwiaj±ce w³asno¶ci. Wszystkie inne, jakie do tej pory fizycy poznali - a wiêc grawitacja, magnetyzm czy elektryczno¶æ - s³ab³y wraz z odleg³o¶ci±. Im dalej od siebie po³o¿one s± masy lub ³adunki elektryczne - tym s³abiej siê przyci±gaj± lub odpychaj±. W oddzia³ywaniach j±drowych - zwanych te¿ silnymi - jest jednak przeciwnie. Mo¿na to porównaæ do rozci±gania gumki. Je¶li chcemy kwarki odsun±æ od siebie, to napotkamy opór - tym wiêkszy, im bardziej je chcemy rozdzieliæ. Rakieta uwalnia siê od ziemskiego ci±¿enia, kiedy dostatecznie daleko odleci od Ziemi. Podobnie elektron ucieka od j±dra atomowego. Tymczasem kwarki s± najbardziej "wolne", kiedy s± bardzo blisko siebie. Wtedy si³a, jaka je spaja, jest najmniejsza (to siê nazywa ich "asymptotyczn± swobod±").
W takim te¿ przypadku - tej asymptotycznej swobody - fizycy potrafi± wykonaæ rachunki, które przewiduj± zachowanie kwarków. A poniewa¿ kwarki zbli¿aj± siê do siebie np. podczas zderzeñ cz±stek w akceleratorach, teoria tegorocznych Noblistów umo¿liwi³a z powodzeniem prognozê wyników takich eksperymentów. - Je¶li np. proton bierze udzia³ w zderzeniu, to znajduj±ce siê w jego wnêtrzu kwarki i gluony zachowuj± siê tak, jakby by³y swobodne, przynajmniej przez krótka chwilê zderzenia - mówi prof. Filip ¯arnecki z Instytutu Fizyki Do¶wiadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego.
- To nam daje m.in. pewno¶æ, ¿e wiemy, jak bêdzie dzia³aæ akcelerator LHC, wielki zderzacz protonów, budowany teraz kosztem miliardów euro w o¶rodku CERN pod Genew± - dodaje prof. Maria Krawczyk z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego.
Odmienne w³asno¶ci si³ j±drowych s± jednak na razie g³ównym powodem pora¿ki fizyków teoretyków, którzy szukaj± swojego ¶wiêtego Graala - jednej teorii wyja¶niaj±cej wszystkie otaczaj±ce nas zjawiska. Si³y elektryczne, magnetyczne i tzw. si³y s³abe (te rz±dz± rozpadami promieniotwórczymi) ju¿ uda³o siê obj±æ jednolit± teori±. Ale kwarki wci±¿ nie pasuj± do tego schematu. Od lat fizycy marz± wiêc o superteorii, w której wszystkie te si³y - a mo¿e jeszcze i grawitacja na dok³adkê - by³yby przejawem tego samego mechanizmu.
Jedn± z najpowa¿niejszych i najpiêkniejszych kandydatek jest teoria superstrun (w powstaniu której macza³ palce tegoroczny noblista - prof. Gross). Wed³ug niej ¶wiat wcale nie jest zbudowany z cz±stek materii, lecz jest symfoni± drgaj±cych strun. Przy tym drgaj± one nie tylko w znanych nam czterech wymiarach, lecz te¿ w sze¶ciu dodatkowych, dla cz³owieka niewidocznych. Czyste tony ich drgañ maj± byæ przejawem wszystkich znanych si³ i cz±stek we Wszech¶wiecie.
(gazeta.pl)
|
|
|
|
|
