Klucz do narodzin czasu - Teoria - Unifikacja

Unifikacja

Podobnie jak dawniej, fizycy poszukują prawidłowości, lub symetrii, które mogłyby uprościć obraz cząstek i oddziaływań. Szukając podstawowych praw rządzących zachowaniem się cząstek materii oraz cząstek pośredniczących dążą do wyjaśnienia wszystkich oddziaływań w ramach pojedynczej teorii. Następnie sprawdzają słuszność swoich hipotez w takich laboratoriach jak CERN.

Pierwszy krok ku unifikacji oddziaływań uczynił szkocki matematyk James Clerk Maxwell w drugiej połowie XIX wieku. Uświadomił sobie, że elektryczność i magnetyzm mają wiele wspólnego i stworzył teorię, która opisywała oba wspomniane oddziaływania. Następnie w latach sześćdziesiątych XX wieku trzej naukowcy, Amerykanie Sheldon Glashow i Stephen Weinberg wraz z pakistańskim fizykiem Abdusem Salamem wymyślili, jak zunifikować elektromagnetyzm i oddziaływania słabe w jedną teorię oddziaływań elektrosłabych.

Unifikacja musiała wyjaśnić różne zasięgi obu oddziaływań, co, jak się okazało, wynikało z różnicy mas ich nośników. Fotony nie mają masy, co daje im nieskończony zasięg. Hipotetyczne nośniki oddziaływań słabych musiały być bardzo masywne, aby ich zasięg ograniczał się do skali jądra atomowego.

W XIX wieku Maxwell zunifikował elektryczność i magnetyzm w jedną teorię: elektromagnetyzm. Mniej więcej wiek później Glashow, Salam i Weinberg rozwinęli teorię, która łączyła elektromagnetyzm i oddziaływania słabe: teorię oddziaływań elektrosłabych. W 1979 roku trzej ostatni otrzymali wspólnie nagrodę Nobla.

Potwierdzeniem teorii oddziaływań elektrosłabych było znalezienie cząstek W i Z, więc CERN wkrótce włączył się do poszukiwań. W 1983 roku wysiłki Laboratorium zostały uwieńczone powodzeniem, co rok później zaowocowało pierwszą w historii CERN-u nagrodą Nobla. Zostali nią uhonorowani dwaj pracujący tam fizycy, Carlo Rubbia i Simon van der Meer. Po osiągnięciu tego sukcesu naukowcy z CERN-u skupili się na szczegółowym badaniu cząstek W i Z. Wy także, pracując później nad zadaniami, zajmiecie się badaniem cząstek Z.

Carlo Rubbia i Simon van der Meer świętują otrzymanie nagrody Nobla w roku 1984.

Aby unifikacja osiągnęła swój ostateczny cel, należy jeszcze dołączyć oddziaływania silne i grawitację. Oddziaływania te trudniej będzie przyłączyć, ponieważ ich natężenia tak bardzo się różnią - elektromagnetyzm i oddziaływania słabe mają porównywalne natężenia.

Fizycy uważają, że im wyższa energia oddziaływania cząstek, tym bardziej natężenia różnych oddziaływań zbliżają się do siebie, tak że przy pewnej bardzo wysokiej energii rzeczywiście dochodzi do ich unifikacji w jedno oddziaływanie.

Ostateczna teoria będzie opisywała jedno pierwotne oddziaływanie, z którego narodził się Wszechświat.

Znaleziono już dowody na to, iż powyższa idea może się okazać słuszna. Wykazano doświadczalnie, że natężenia oddziaływań zmieniają się wraz z energią zderzenia. Będziecie się tym zajmowali w drugim zadaniu.