fizyka.org  ::  fizyka.jamnika.pl

Fizyka
Fizyka
Strona główna
Twoje konto
Płatności
FORUM
Szukaj
FAQ
O nas
 
Strona główna > Artykuły - Fizyka > Nagroda Nobla z fizyki 2004
Nagroda Nobla z fizyki 2004

Nobel z fizyki za odkrycie, jak uwięzione są kwarki - najmniejsze cząstki materii. 1,3 mln dol. podzielą między siebie trzej amerykańscy uczeni: David J. Gross, H. David Politzer oraz Frank Wilczek, autorzy kluczowych prac teoretycznych, które wyjaśniły własności najdziwniejszych i najpotężniejszych sił w przyrodzie.

Na istnienie kwarków fizycy wpadli z rozpaczy. W latach 50. zaczęli odkrywać dziesiątki nowych cząstek elementarnych, które zupełnie nie pasowały do wcześniej ułożonego, prostego schematu budowy materii - tylko z elektronem, neutronem i protonem. Powstawały długie tabele grupujące te cząstki, aż zaczęło brakować greckich liter do oznaczenia tych tabunów kaonów, delt, ksi, psi, omeg, alf, et etc. Słynny Enrico Fermi żartował: "Gdybym potrafił je wszystkie spamiętać, to zostałbym botanikiem".

Przyroda nie może być przecież aż tak złośliwa i skomplikowana - niepokoili się fizycy. Ale kilku teoretyków, m.in. Murray Gell-Mann, odkryło, że te cząstki można podzielić na jeszcze mniejsze cegiełki. Te hipotetyczne klocki - nazwane kwarkami - łączą się w pary lub trójki (a przed rokiem odkryto, że również w piątki) i tworzą całe zoo innych cząstek, których wielka liczba tak niepokoiła naukowców. Fizycy uspokoili się, choć wielu sądziło, że kwarki nie istnieją w rzeczywistości, lecz są tylko wygodnym opisem matematycznym.

Ale wkrótce na kwarki natrafiono. W 1967 roku w nowym akceleratorze w Stanford w USA przeprowadzono dość brutalny eksperyment - rozpędzoną wiązkę elektronów skierowano wprost w wodorową tarczę. Elektrony zderzały się z tam protonami. Wynik zderzeń zaskoczył fizyków. Wyglądało na to, że proton zawiera kilka twardych "ziaren", od których elektrony odbijały się jak od ściany. To były kwarki.

Był tylko jeden kłopot. Nikomu nie udawało się złapać pojedynczego kwarka. Na próżno szukano ich w promieniowaniu kosmicznym, fragmentach meteorytów, mule z dna oceanicznego, a nawet w starym winie. A przecież kwarki łatwo powinny manifestować swą obecność dzięki swojemu unikalnemu, ułamkowemu ładunkowi elektrycznemu.

Dlaczego więc nie obserwujemy pojedynczych kwarków, np. swobodnie poruszających się w próżni, jak elektrony czy fotony światła? Bo występują tylko w grupach. Są na zawsze ze sobą zlepione. Jak mawiają fizycy - są dożywotnio uwięzione w innych cząstkach.

W czerwcu 1973 roku w "Physical Review Letters" ukazały się dwie kluczowe prace - jedna autorstwa Grossa i Wilczka, a druga Politzera - które tłumaczyły "uwięzienie" kwarków. Za to właśnie dostali nagrodę Nobla.

Trzej fizycy domyślili się, że siła jądrowa - najpotężniejsza w naturze - która zespala kwarki, ma zadziwiające własności. Wszystkie inne, jakie do tej pory fizycy poznali - a więc grawitacja, magnetyzm czy elektryczność - słabły wraz z odległością. Im dalej od siebie położone są masy lub ładunki elektryczne - tym słabiej się przyciągają lub odpychają. W oddziaływaniach jądrowych - zwanych też silnymi - jest jednak przeciwnie. Można to porównać do rozciągania gumki. Jeśli chcemy kwarki odsunąć od siebie, to napotkamy opór - tym większy, im bardziej je chcemy rozdzielić. Rakieta uwalnia się od ziemskiego ciążenia, kiedy dostatecznie daleko odleci od Ziemi. Podobnie elektron ucieka od jądra atomowego. Tymczasem kwarki są najbardziej "wolne", kiedy są bardzo blisko siebie. Wtedy siła, jaka je spaja, jest najmniejsza (to się nazywa ich "asymptotyczną swobodą").

W takim też przypadku - tej asymptotycznej swobody - fizycy potrafią wykonać rachunki, które przewidują zachowanie kwarków. A ponieważ kwarki zbliżają się do siebie np. podczas zderzeń cząstek w akceleratorach, teoria tegorocznych Noblistów umożliwiła z powodzeniem prognozę wyników takich eksperymentów. - Jeśli np. proton bierze udział w zderzeniu, to znajdujące się w jego wnętrzu kwarki i gluony zachowują się tak, jakby były swobodne, przynajmniej przez krótka chwilę zderzenia - mówi prof. Filip Żarnecki z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego.

- To nam daje m.in. pewność, że wiemy, jak będzie działać akcelerator LHC, wielki zderzacz protonów, budowany teraz kosztem miliardów euro w ośrodku CERN pod Genewą - dodaje prof. Maria Krawczyk z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego.

Odmienne własności sił jądrowych są jednak na razie głównym powodem porażki fizyków teoretyków, którzy szukają swojego świętego Graala - jednej teorii wyjaśniającej wszystkie otaczające nas zjawiska. Siły elektryczne, magnetyczne i tzw. siły słabe (te rządzą rozpadami promieniotwórczymi) już udało się objąć jednolitą teorią. Ale kwarki wciąż nie pasują do tego schematu. Od lat fizycy marzą więc o superteorii, w której wszystkie te siły - a może jeszcze i grawitacja na dokładkę - byłyby przejawem tego samego mechanizmu.

Jedną z najpoważniejszych i najpiękniejszych kandydatek jest teoria superstrun (w powstaniu której maczał palce tegoroczny noblista - prof. Gross). Według niej świat wcale nie jest zbudowany z cząstek materii, lecz jest symfonią drgających strun. Przy tym drgają one nie tylko w znanych nam czterech wymiarach, lecz też w sześciu dodatkowych, dla człowieka niewidocznych. Czyste tony ich drgań mają być przejawem wszystkich znanych sił i cząstek we Wszechświecie.

(gazeta.pl)



 
 Teoria
Wyprowadzenia wzorów
Zadania fizyczne
Doświadczenia fizyczne
Tablice fizyczne
Biografie fizyków
FORUM
 
 Alfred Nobel
Nagroda Nobla z fizyki 2005
 
 Płaskie zbieżne układy sił [0]
Relatywistyka [0]
Wykres Mocy, solenoid z przewodnikiem, U-rurka [0]
Elektrostatyka (zadania problemowe) [1]
Pojazd napedzany lub związany z powietrzem [1]
 
Fizyka Jamnika i jej kontrahenci używają plików cookies m.in. w celach: reklamowych, statystycznych oraz świadczenia usług. Jeżeli nie zmienisz ustawień, cookies będą zapisywane w pamięci Twojego urządzenia.
Więcej szczegółów na stronie "Polityka Prywatności".
OK
 
© 2003-2017 Fizyka Jamnika, Wszelkie prawa zastrzeżone. Online: 62
e-deklaracje:Fronty meblowe:Katalog stron
Obsługa informatyczna