Autor: Sean Carroll
-
Tłumaczenie: Bogumił Bieniok, Ewa L. Łokas
Tytuł oryginału: The Particle at the End of the Universe. How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Egde of a New World
Wydawnictwo: Prószyński i s-ka
Seria: Na ścieżkach nauki
Data wydania: 2014
ISBN 978-83-7961-036-5
-
Wydanie: papierowe, e-book
Oprawa: miękka
Liczba stron: 400
Wyobraźmy sobie, że przechadzam się z Angeliną Jolie po pustym pokoju […]. Dla celów tego eksperymentu myślowego przyjmijmy, że Angelina Jolie i ja chodzimy zwykle z tą samą prędkością. W omawianym przykładzie oznacza to, że dotrzemy na drugą stronę pokoju w tym samym czasie. Pojawia się więc pewna symetria: nie ma znaczenia, kto przechodzi przez pokój – czy będę to ja, czy Angelina – czas potrzebny na jego pokonanie zawsze będzie taki sam.
Przypuścmy teraz, że w naszym pokoju odbywa się przyjęcie i pełno jest w nim gawędzących ze sobą gości. Ruszam na drugi koniec pokoju, być może idę nieco wolniej niż wtedy, gdy było tu pusto, bo od czasu do czasy muszę omijać stojących na drodze gości, ale większą część drogi pokonuję bez przeszkód, niezauważony przez nikogo. Gdy jednak Angelina próbuje przejść przez to pomieszczenie, sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Po drodze co krok ktoś ją zatrzymuje, prosi o autograf, robi sobie pamiątkowe zdjęcie lub po prostu do niej zagaduje. Efekt jest taki, że jak gdyby jej „masa” zwiększyła się – przejście na drugą stronę pomieszczenia kosztuje ją więcej wysiłku niż mnie. (Nie chcę przez to powiedzieć, że Angelina Jolie jest gruba – to tylko takie porównanie). Istniejąca między nami symetria została złamana za sprawą pojawienia się w pomieszczeniu innych ludzi.
Fizyk powiedziałby, że Angelina Jolie „silniej oddziałuje” z uczestnikami przyjęcia niż ja. Ta siła oddziaływania jest odzwierciedleniem faktu, że jest bardziej ode mnie znana. Mnie nikt nie zatrzymuje, żeby poprosić o autograf, ale znana aktorka doświadcza częstych oddziaływań z tłumem stanowiącym tło.
Umieśćmy teraz w naszym porównaniu kwark górny zamiast mnie, kwark wysoki zamiast Angeliny, a uczestników przyjęcia zastąpmy polem Higgsa. Gdy przestrzeni nie wypełnia pole Higgsa, między kwarkiem górnym i wysokim występuje doskonała symetria i obie cząstki zachowują się identycznie – tak samo jak Angelina i ja, gdy przechodziliśmy przez pusty pokój z jednakową prędkością. Jednak kwark wysoki silniej oddziałuje z polem Higgsa niż kwark górny. Po „włączeniu” tego pola kwark wysoki otrzymuje większą masę i poruszanie się wymaga większego wysiłku z jego strony, podobnie jak Angelina musiała się bardziej ode mnie natrudzić, by przejść przez pomieszczenie wypełnione gośćmi.
fragment książki
Czwartego lipca 2012 roku świat fizyki wstrzymał oddech. Naukowcy pracujący w CERNie (Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych) zwołali konferencję prasową. W odmętach Internetu od jakiegoś już czasu krążyły pogłoski, co chcą ogłosić fizycy pracujący przy Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC). Plotki jednak nie raz już okazywały się nieprawdziwe. Tym razem potwierdziły się; szefowie zespołów pracujących z dwoma detektorami LHC nazwanymi ATLAS i CMS ogłosili: Odnaleźliśmy bozon Higgsa! Właściwie to takie i podobne nagłówki obiegły świat. Naukowcy byli bardziej powściągliwi: odkryliśmy nową cząstkę, która przypomina poszukiwany przez nas bozon Higgsa! Świat naukowy, również ten działający w blogosferze, oszalał, a zwykli ludzie – często pierwszy raz w życiu – usłyszeli o tajemniczej „boskiej cząstce”. Był to jeden z tych momentów, kiedy odkrycie naukowe było na ustach wszystkich, nawet jeśli mało kto rozumiał, co ono oznacza. Do nielicznych tylko dotarło, dlaczego właściwie ten cały bozon Higgsa jest tak ważny. Otóż nadaje on masę cząsteczkom elementarnym (co nie jest do końca prawdą).
Od tego wydarzenia właśnie zaczyna swoją książkę Sean Carroll, fizyk-teoretyk pracujący na Politechnice Kalifornijskiej (CalTech) i utalentowany popularyzator nauki. Autor Cząstki na końcu Wszechświata postawił sobie ambitny cel wyjaśnienia, dlaczego podatnicy z wielu krajów świata wyłożyli w sumie niemal 5 mld franków, żeby naukowcy mogli potwierdzić istnienie bozonu Higgsa oraz tego, co ta cząstka mówi nam o naturze naszego Wszechświata. Autor nie ogranicza się jednak do wyświechtanego: gdyby nie „Higgs” wszystkie cząstki zachowywałyby się jak foton, pędząc z prędkością światła i uniemożliwiając powstanie materii, a co za tym idzie również i nas samych.
Carroll rozpoczyna swoją opowieść od wyjaśnienia, czym jest Model Standardowy i jakie miejsce zajmuje w nim bozon Higgsa. Odziera też cząstkę tę z boskości, wyjaśniając kto i dlaczego ją tak kiedyś nazwał oraz czemu po dziś dzień tego żałuje. Kolejną rzeczą, którą porusza w swojej książce Carroll jest to, dlaczego LHC kosztował tak dużo. Przy okazji opowiada on historię akceleratorów i odkrywania przy ich pomocy kolejnych klocków, które na najniższym poziomie budują nasz Wszechświat. Dalej bardzo szczegółowo autor omawia historię budowy samego LHC. Mimochodem dowiadujemy się np., jak można zmienić bieg rzeki za pomocą ciekłego azotu czy tego, co by się stało, gdyby wiązka rozpędzonych w akceleratorze protonów uderzyła w ludzkie ciało. Jeśli też chcecie poznać odpowiedzi na te pytania, koniecznie musicie sięgnąć po Cząstkę na końcu Wszechświata. Sean Carroll nie pomija również elementów, z jakich składa się LHC. Szczególnie dużo uwagi przykłada do omówienia budowy i funkcji poszczególnych detektorów. Następnie powraca on do samego bozonu Higgsa i skrupulatnie omawia mechanizm, dzięki któremu interakcja z polem Higgsa – tak polem, nie samą cząstką! – nadaje niektórym cząstkom masę.
Może ciężko w to uwierzyć, ale wszystko to autor przestawia lekkim, przystępnym językiem. Niewiele jest takich momentów, w których czytelnik zmuszony jest do wzmożonej koncentracji, aby podążyć za wywodem. Zmienia się to dopiero w rozdziale „Marzenia o Noblu”. W nim to autor postawił sobie ambitny cel: pokazać, jak naprawdę funkcjonuje dziś nauka. Peter Higgs, jeden z twórców koncepcji bozonu nazwanego jego nazwiskiem, nie jest bowiem samotnym geniuszem, który od początku do końca opracował teorię mechanizmu nadawania masy cząstkom elementarnym. Co zaskakujące, początków badań nad tym zagadnieniem szukać należy na zupełnie innym polu fizyki – badaniach nad nadprzewodnictwem. To od tej odległej dziedziny wychodzi właśnie Carroll, który następnie przedstawia sylwetki wielu różnych naukowców, którzy dokładli kolejne cegiełki, by zbudować wspólnie gmach „mechanizmu Higgsa”. Część z przedstawionych w tym rozdziale koncepcji – o których nigdy pewnie nie słyszeliście – to kwestie niezwykle skomplikowane. Nawet talent Carrolla nie wystarcza, żeby czytać tę część jego książki bez trudu. Wysiłek się jednak opłaca, nawet jeśli nie złapie się wszystkich niuansów.
W zamknięciu książki autor starał się odpowiedzieć na pytanie: co dalej? Czy budowa większych (i kosztowniejszych) akceleratorów ma sens i co moglibyśmy w nich znaleźć? Jakie cząstki zostały jeszcze do odkrycia i dlaczego warto nadal przyglądać się Modelowi Standardowemu.
Rynek książek popularnonaukowych dotyczących fizyki kwantowej i fizyki cząstek jest dość bogaty. Po przeczytaniu kilku z nich można by odnieść wrażenie, że z kolejnych dowiemy się niewiele nowego. Nawet jeśli jest tak w przypadku innych pozycji z tej dziedziny, z pewnością nie jest tak przypadku Cząstki na końcu Wszechświata. Po pierwsze, dokładnie tłumaczy ona, czym jest pole Higgsa i jego wzbudzenie w postaci bozonu Higgsa, a wszystko to w kontekście Modelu Standardowego, czyli wszystkiego, co wiemy o podstawowych składnikach materialnej rzeczywistości. Po drugie, poznajemy dzieje budowy i strukturę akceleratorów, w tym szczególnie LHC. Po trzecie wreszcie, Carroll pokazuje nam, czym jest nauka i w jaki sposób następuje w niej postęp. A wszystko to napisane jest z humorem i naprawdę lekkim językiem, co sprawia, że książkę czyta się z niekłamaną przyjemnością. W efekcie żałuje się, że dobrnęło się do jej końca.
