[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Kiedy Weinberg i Salam przed­stawili w roku 1967 swą teorię, uwierzyli im początkowo tylko nieliczni fizycy, zaś ówczesne akceleratory nie były dostatecznie potężne, by nadać cząstkom energię 100 GeV, niezbędną do stworzenia rzeczywis­tych cząstek W+, W~ i Z°.Ale po upływie około dziesięciu lat inne przewidywania, odnoszące się do niższych energii, zostały tak dobrze potwierdzone doświadczalnie, że w 1979 roku Weinberg i Salam otrzy­mali Nagrodę Nobla, wspólnie z Sheldonem Glashowem (również z Harvardu), który zaproponował podobną teorię jednoczącą opis sił elektro­magnetycznych i słabych.Od roku 1983 komitet Nagrody Nobla mógł nie obawiać się już, że decyzja ta okaże się błędna, gdyż odkryto wtedy w CERN (European Centre for Nuclear Research — Europejskie Cen­trum Badań Jądrowych) wszystkie trzy brakujące dotąd cząstki stowa­rzyszone z fotonem.Masy i inne własności tych cząstek okazały się zgodne z przewidywaniami teorii.Carlo Rubbia, który kierował zespo­łem paruset fizyków pracujących nad tym odkryciem, oraz Simon van der Meer, inżynier z CERN, który zaprojektował i skonstruował system magazynowania antycząstek, otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla w 1984 roku.(W naszych czasach bardzo trudno dokonać czegoś w dziedzinie fizyki doświadczalnej, jeśli nie jest się już na szczycie hierarchii!)Czwartym rodzajem oddziaływań elementarnych są silne oddziały­wania jądrowe, utrzymujące kwarki w protonach i neutronach, oraz wią­żące protony i neutrony w jądra atomowe.Jesteśmy przekonani, że siły te powstają wskutek wymiany jeszcze innej cząstki o spinie l, zwanej gluonem [od angielskiego słowa glue: klej — P.A.], która oddziałujetylko ze sobą i z kwarkami.Jak pamiętamy, kwarki mają “kolory".Silne oddziaływania mają szczególną własność zwaną uwięzieniem; wiążą one zawsze cząstki w “bezbarwne" kombinacje.Nie istnieją swobodne, pojedyncze kwarki, miałyby one bowiem określone kolory (czerwony, zielony lub niebieski).Czerwony kwark musi połączyć się z kwarkami niebieskim i zielonym, za pomocą “struny" gluonów (czerwony + nie­bieski + zielony = biały).Taka trójka tworzy proton lub neutron.Inną możliwością jest utworzenie pary kwark - antykwark (czerwony + anty-czerwony, zielony + antyzielony lub niebieski + antyniebieski = biały).Cząstki zwane mezonami zbudowane są z takich par; są one nietrwałe, ponieważ kwark i antykwark mogą anihilować, wytwarzając elektrony i inne cząstki.Podobnie, uwięzienie uniemożliwia istnienie swobodnego pojedynczego gluonu, gdyż gluony są także kolorowe.Mogą natomiast istnieć układy gluonów o kolorach, które dodane do siebie dadzą biel.Takie układy, zwane glue-ball (“kulka kleju") są również nietrwałe.Skoro uwięzienie nie pozwala na zaobserwowanie wyizolowanego kwarka lub gluonu, to mogłoby się wydawać, że koncepcja, zgodnie z którą traktujemy je jako cząstki, ma nieco metafizyczny charakter.Oddziaływania silne mają jednak jeszcze inną ważną własność, zwaną asymptotyczną swobodą, która sprawia, że koncepcję tę można uznać za słuszną.Przy normalnych energiach silne oddziaływania jądrowe są istotnie bardzo silne i mocno wiążą kwarki.Doświadczenia wykonane przy użyciu wielkich akceleratorów cząstek elementarnych wskazują jednak, że gdy energia cząstek jest bardzo duża, oddziaływania silne stają się bardzo słabe, a zatem kwarki i gluony zachowują się niemal jak cząstki swobodne.Sukces, jakim było ujednolicenie oddziaływań słabych i elektro­magnetycznych, skłonił wielu fizyków do podjęcia podobnych prób po­łączenia tych dwóch sił z silnymi oddziaływaniami jądrowymi w ramach jednej teorii zwanej teorią wielkiej unifikacji [GUT od angielskiej nazwy Grand Unified Theory — P.A.].W nazwie tej jest spora przesada: teorie tego typu nie są ani tak znów wielkie, ani w pełni zunifikowane, ponieważ pozostawiają na boku grawitację.Nie są to również teorie kompletne, ponieważ zawierają liczne swobodne parametry, których wartości nie dają się obliczyć na podstawie teorii, lecz trzeba je wybrać tak, by wyniki zgadzały się z doświadczeniami.Tym niemniej, może się okazać, że jest to krok w kierunku kompletnej, rzeczywiście zunifikowanej teorii.Pod­stawowa idea GUT jest prosta.Jak już wiemy, oddziaływania silne słabną wraz ze wzrostem energii.Z drugiej strony, oddziaływania słabe i elektromagnetyczne, które nie są asymptotycznie swobodne, stają się coraz mocniejsze, gdy rośnie energia.Przy pewnej, bardzo wysokiej energii, zwanej energią wielkiej unifikacji, wszystkie trzy siły mogą mieć jedna­kową wielkość i wtedy można uważać je za różne przejawy tej samej siły.Teorie GUT przewidują również, że gdy różne cząstki o spinie 1/2, jak kwarki i elektrony, mają energię tej wielkości, to w zasadzie znikają różnice między nimi; dochodzi zatem do innej jeszcze unifikacji.Wielkość energii unifikacji nie jest dobrze znana, ale prawdopodob­nie sięga co najmniej miliona miliardów GeV.Współczesne akcelera­tory umożliwiają badanie zderzeń między cząstkami o energii około 100 GeV, a maszyny obecnie planowane zwiększą energię zderzeń do paru tysięcy GeV.Maszyna zdolna do nadania cząstkom energii równej energii wielkiej unifikacji musiałaby mieć rozmiary Układu Słonecz­nego i trudno byłoby znaleźć chętnych do pokrycia kosztów jej budowy.Wobec tego bezpośrednie sprawdzenie wielkich teorii unifikacji w la­boratorium nie jest możliwe.Podobnie jednak jak w wypadku teorii jednoczącej oddziaływania elektromagnetyczne i słabe, można badać konsekwencje takiej teorii dla zjawisk w niskich energiach.Spośród tych konsekwencji najbardziej interesujący jest wniosek, że protony, które tworzą znaczną część całkowitej masy zwykłej materii, mogą spontanicznie rozpadać się na lżejsze cząstki, takie jak antyelektrony.Dzieje się tak, ponieważ przy energii wielkiej unifikacji nie ma istotnej różnicy między kwarkami i antyelektronami [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • hanula1950.keep.pl

    		•