[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Możemy sobie wyobrażać, że fotony te pełnią jak gdyby rolę posłańców,które powiadamiają jedne cząstki o sile działającej na nie ze strony innych cząstek, a te z kolei wten sam sposób odpowiadają.Otóż teoretycy doszli do przekonania, że coś podobnego zachodzi w przypadkuoddziaływań słabych w jądrach atomowych.Wynaleziono hipotetyczną cząstkę, nazwana dośćtajemniczo cząstką W, która miałaby odgrywać rolę pośrednika, analogicznie jak fotony.Jednakże, w przeciwieństwie do fotonów, które były dobrze znane w laboratorium, nikt nigdy niewidział cząstki W, więc można było opierać się wyłącznie na matematyce.Teorię oddziaływańsłabych przeformułowano tak, aby uwydatnić jej zasadnicze podobieństwo doelektromagnetyzmu.Idea była taka, że jeżeli mamy dwa zbliżone opisy matematyczne, to możnaje ze sobą połączyć w jeden jednolity opis.Przeformułowanie to obejmowało wprowadzeniejeszcze jednej cząstki pośredniczącej, nazwanej cząstką Z, która przypomina foton w jeszczewiększym stopniu niż cząstka W.Problem polegał na tym, że nawet w tym nowymsformułowaniu oba opisy - teoria elektromagnetyzmu i oddziaływań słabych - nadal cechowałapewna zasadnicza różnica.Mimo wielu podobieństw cząstek Z do fotonów ich masy byłykrańcowo odmienne.Powodem było to, że masa cząstki pośredniczącej wiąże się bezpośrednio zzasięgiem danego oddziaływania: im krótszy zasięg, tym większa masa cząstek.Zasięg siłelektromagnetycznych jest nieskończony, co wymaga, aby pośrednicząca w nich cząstka miałamasę równą zeru, podczas gdy zasięg oddziaływań słabych nie przekracza rozmiarów jądra,wskutek czego pośredniczące cząstki muszą mieć masę bardzo dużą, rzędu mas całych atomów.Kilka słów trzeba poświęcić faktowi zerowej masy fotonu.Masa cząstki wiąże się z jejbezwładnością.Im mniejsza masa, tym mniejsza bezwładność cząstki i tym większegoprzyśpieszenia doznaje ona pod wpływem działającej na nią siły.Gdy dane ciało ma bardzo małąmasę, to dany impuls siły nada mu bardzo dużą prędkość.Jeśli wyobrazimy sobie cząstki o corazto mniejszej masie, to prędkość ta będzie coraz większa.Można by sądzić, że cząstka o zerowejmasie będzie poruszać się nieskończenie szybko, ale tak nie jest.Teoria względności zabrania, bycokolwiek poruszało się z prędkością przewyższającą prędkość światła, a zatem cząstki o masiezerowej poruszają się z prędkością światła.Fotony, jako  cząstki światła , są tu oczywistymprzykładem.Natomiast z obliczeń wynikało, że cząstki W i Z powinny mieć masy równeodpowiednio osiemdziesięciu i dziewięćdziesięciu masom protonu, najcięższej ze znanychtrwałych cząstek.Problem, przed jakim stanęli teoretycy w latach sześćdziesiątych, polegał na tym, w jakisposób połączyć z sobą eleganckie pod względem matematycznym opisy oddziaływańelektromagnetycznych i słabych, skoro różnią się one od siebie jednym tak istotnym szczegółem.Przełom nastąpił w roku 1967.W oparciu o aparat matematyczny, rozwinięty wcześniej przezSheldona Glashowa, dwaj fizycy teoretyczni, Abdus Salam i Steven Weinberg, niezależnie odsiebie, znalez
li wyjście z syluacji.Zasadnicza myśl była następująca.Przypuśćmy, że dużewartości masy cząstek W i Z nie są ich własnością pierwotną, lecz zostały nabyte w wynikujakiegoś oddziaływania zewnętrznego; to znaczy, przypuśćmy, że cząstki te nie posiadają, że siętak wyrażę, masy wrodzonej, lecz  niosą ją ze sobą.Ta różnica, choć może wydawać siędrobna, jest niezwykle istotna.Oznacza bowiem, że masa nie jest kwestią teorii fizycznej, leczkonkretnego stanu, w jakim normalnie się te cząstki znajdują.Posłużę się analogią, aby to bliżejwyjaśnić.Gdy ustawimy ołówek pionowo na ostrym końcu i puścimy, przewróci się on,układając w pewnym kierunku.Powiedzmy, że będzie wskazywał na północny wschód.Stan tenzostał osiągnięty pod wpływem sił ciążenia ziemskiego, lecz  północny wschód nie jestbynajmniej wewnętrzną cechą grawitacji.Siły ciążenia niewątpliwie wyróżniają kierunek góra-dół, ale nie północ-południe, wschód-zachód, ani żaden kierunek pośredni.Z punktu widzeniagrawitacji wszystkie kierunki w poziomie są równoważne.Zatem ułożenie ołówka na północnywschód jest jedynie przypadkową cechą układu ołówek + siła ciężkości, związaną zeszczególnym stanem, w jakim akurat znalazł się ołówek.W przypadku cząstek W i Z rolę grawitacji odgrywa hipotetyczne nowe pole, zwanepolem Higgsa, od nazwiska Petera Higgsa z University of Edinburgh.Pole Higgsa działając na Wi Z powoduje ich  przewrócenie w sensie symbolicznym.W wyniku tego nie otrzymujemy północnego wschodu , lecz masę, i to dużą.Zostaje w ten sposób otwarta droga do unifikacji zelektromagnetyzmem, jako że cząstki W i Z teraz  naprawdę nie posiadają masy, podobnie jakfoton.Dwa matematyczne opisy można teraz z sobą połączyć, otrzymując jednolitą teorię, wktórej występuje tylko jedno  elektrosłabe oddziaływanie.Reszta, jak to się mówi, jest historią.Na początku lat osiemdziesiątych w akceleratorachEuropejskiego Ośrodka Badań Jądrowych (CERN) pod Genewą udało się w końcu otrzymaćcząstki W, a następnie Z.Teoria zyskała w ten sposób wspaniałe potwierdzenie.Dwa zwystępujących w przyrodzie oddziaływań okazały się być naprawdę dwoma obliczami tegosamego oddziaływania.Najwidoczniej przyroda dostrzegła także lukę w rozumowaniu, że niemożna utożsamić cząstek o masie zerowej i niezerowej - jest to możliwe, gdy wykorzysta sięmechanizm Higgsa.Historia ta ma jeszcze ciąg dalszy [ Pobierz całość w formacie PDF ]