Prof.Frank Wilczek, współtwórca Kwantowej Chromodynamiki [ QCD],czyli teorii oddziaływania silnego, noblista ,w jednej ze swych znakomitych książek popularyzujących fizykę mikroświata napisał, że Standardowy Model Cząstek Elementarnych to “jedno z największych osiągnięć ludzkości”[1].
Niewątpliwie Frank Wilczek wie o czym pisze. Kwantowa chromodynamika ,model oddziaływania silnego [jądrowego],którą stworzył i rozwinął jest drugim skrzydłem Standardowego Modelu ,gdy jego pierwsze skrzydło, to teoria oddziaływania elektrosłabego autorstwa: Weinberg –Salam-Glashow.
Czyli Frank Wilczek uformował [ z innymi noblistami] Standardowy Model.
Możliwe ,że podstawą jego tak doniosłej opinii o Standardowym Modelu jest ten fakt, iż do pojawienia się tej teorii [ początek lat 60-tych],świat cząstek elementarnych przedstawiał się fizykom jako totalny chaos wciąż wzrastającej liczbie obiektów, których kwantowe własności były całkowicie niepojęte.
Rys.1.
Dopiero Standardowy Model odsłonił struktury bytu na poziomie mikro i podał prawa rządzące nimi, zminimalizował sensownie liczbę fundamentalnych składników bytu i przewidział szereg nieznanych przedtem.
To nie małe osiągnięcia modelu teoretycznego takiej ścisłej nauki, jaką jest fizyka [2].
Rys.2
Z drugiej jednak strony ,średni student fizyki potrafi wyliczyć ciemne strony Standardowego Modelu ,które kompletnie nie pasują do “jednego z największych osiągnięć ludzkości”.
Po pierwsze ,Standardowy Model jest względnie spójną teorią tylko dlatego ,że posługuje się blisko dwudziestoma dowolnie lecz bardzo sprytnie dobranymi parametrami ,czyli stałymi fizycznymi, których sens ,pochodzenie i rola są absolutnie zagadkowe.
Wystarczy zmienić wartości kilku z nich, a cały model przestaje być opisem istniejącej rzeczywistości, stając się modelem światów rodem z scientific science.
Standardowy Model jest także jawnie bezsilny w odniesieniu do grawitacji. Oddziaływanie grawitacyjne nie ma żadnych koneksji z oddziaływaniami detalicznie opisanymi w tym modelu[silnym i elektrosłabym],jest poza Modelem Standardowym. Oddziaływanie ,które prawdopodobnie organizuje materię w megaskali i jest odpowiedzialne za powstanie wszystkich poznanych struktur kosmicznych, nie ma w ramach tego modelu wyjaśnienia swojej niedostępności dla procedur kwantowania.
I wreszcie, na koniec przedstawiania ciemnych stron Standardowego Modelu nie można zapomnieć, iż teoria ta nie daje satysfakcjonującej unifikacji wszystkich trzech oddziaływań: silnego[jądrowego], słabego i elektromagnetycznego.
Nic więc dziwnego ,że już od kilkunastu lat podejmowane są próby wyjścia poza ten model .Najciekawsze i najbardziej obiecujące są modele funkcjonujące w astrofizyce i kosmologii.
Rys.3
Ciemna materia i ciemna energia to poletko intensywnych hipotez istnienia egzotycznych cząstek materii o własnościach burzących spójną strukturę Modelu Standardowego.
Rys.4
Wśród nich wyróżnić należy hipotezę istnienia drugiego rodzaju [w stosunku do dotychczas dobrze znanych] fotonów ,kwantów energii promieniowania ExB w zakresie widzialnej części widma.
Zostały one nazwane przez fizyków-ekpserymentalnych “Hidden photons”, czyli w polskiej wersji językowej - ”ukryte fotony lub skryte fotony”.
Jest to wąska kwestia poważnego problemu teoretycznego zwanego w slangu fizyków – łowców cząstek elementarnych : “SUSY”.
Supersymetria –bo niej w tej chwili piszę - to idea o istnieniu świata symetrycznego względem każdego z dwóch poznanych do tej pory światów ,a mianowicie względem : świata fermionów [ materii cząsteczkowej ], oraz świata bozonów [ materii polowej ].
Supersymetria zamienia świat fermionów w świat bozonów ,a świat bozonów zamienia w świat fermionów .Dla każdego fermionu powinien istnieć w przyrodzie supersymetryczny partner -bozon ,cząstka o tej smej masie i ładunku tylko o spinie większym o 1/2 lub 1,5 [czyli całkowitym ],i odwrotnie ,każdy bozon ma suprsymetrycznego partnera, fermiona o spinie mniejszym o 1/2 lub 1,5.Niestety , aktualnie nie stwierdzono doświadczalnie supersymetrii, jesli jest to musi być złamana,szczątkowa.Supersymetryczni partnerzy muszą być zjawiskiem niezwykle rzadkim do odkrycia.
rys.5
Galaktyka Abel 520,niebieska-ciemna materia,czerwona-zwykła materia
Trwa intensywny wyścig eksperymentatorów : kto pierwszy złapie supersymetrycznego partnera dowolnego fermionu ,bądź dowolnego bozonu.
Najbardziej intrygujące są supersymetryczni partnerzy o znikomych masach [ rzędu meV] i jednocześnie ultrarelatywistyczni. Będą to superpartnerzy neutrino lub fotonu.
Hidden photon [HP] ,to hipotetyczna cząstka światła idealnie niewidzialnego. Nie oddziaływuje z fermionami, czyli z materią “ciężką” cząsteczkową, wszystko przenika niezauważone.
W strumieniu światła emitowanego np. przez Słońce, gęstość HPS jest znikoma, ale można pośrednio stwierdzić ich istnienie dzięki przewidywanym przez teoretyków oscylacjom HP z fotonami zwyczajnymi.
Efekt ten jest podobny do wykrytego już dawniej zjawiska oscylacji dwóch rodzajów neutrin.
Tutaj , ukryte fotony [HPS] biegnące od Słońca bardzo rzadko zamieniają się na fotony zwyczajne [ zgodnie z działaniem funkcji falowej “psi”].
Modelem doświadczenia wykrywającego takie oscylacje HPS à foton zwykły [i odwrotnie] może być taki pomyślany eksperyment.
Strumień fotonów biegnący od Słońca jest miksem fotonów zwyczajnych i fotonów ukrytych. Jeśli na jego drodze jest ściana absorbująca wszystkie fotony zwykłe ,to za ścianą pojawią się tylko hidden photons [ 100% przenikalność przez materię], które mogą ulec oscylacji czyli przemianie na fotony zwykłe. Detekcja więc bardzo rzadko pojawiających się fotonów zwykłych za ścianą – pośrednio zmierzy obecność hidden photons.
Dwa zespoły utalentowanych fizyków z Monachium i Hamburga ,pod kierownictwem G.Wiedemanna i A.Ringwalda [3] wspólnie rozpoczynają eksperyment o akronimie SHIPS [ Solar Hidden Photon Search] ,który jest dla mnie doskonałym wzorcem spójni między wybitną fizyką teoretyczna, a fizyką techniczną [ niezwykły projekt techniczny aparatury pomiarowej ].
Zresztą ,fizyka na tych dwóch uniwersytetach od lat jest na poziomie światowym a zakresie eksperymentu laboratoryjnego w niczym nie ustępuje amerykańskim centrom badawczym w rodzaju Fermilab.
Wykrycie doświadczalne Hidden Photons nie tylko rzuci światło na wzajemne oddziaływanie różnych rodzajów ciemnej materii [ Cold Dark Matter(CDM),Warm Dark Matter(WDM) i Hot Dark Matter (HDM)], gdyż są podejrzenia ,że właśnie HP są nośnikami tego oddziaływania ,ale przede wszystkim nada sens wszystkim próbom wyjścia poza Standardowy Model.
Przyroda odkrywa przed nami nowe dziedziny swego istnienia, sugeruje występowanie w niej obiektów i relacji między nimi tego rodzaju, wobec których wyobraźnia człowieka wręcz zawodzi. Fizyka mikroświata jest w przededniu radykalnej przemiany: nowe niewidzialne światy odsłaniają się przed umysłem, w których cudowna niepojętość fascynuje, a zarazem trwoży. Przecież niewidzialne, ukryte światło zastosowane w technologii może uczynić cywilizację “nie-ziemską”.
A Hidden Photons, to tylko bardzo maleńki wycinek wszechświata utkanego z substancji hiper-subtelnej, nieważkiej, nieuchwytnej i hiper-energetycznej bardziej niż światło .Przed nami tajemnicze cząstki Majorany które mogą należeć do świata bardzo dziwnego,o niewyobrażalnych własnościach elektrycznych. Czy ten świat istnieje naprawdę i gdzie?
Literatura
[1]F.Wilczek, Lekkość bytu, Prószyński i Ska,Warszawa,2011,s.173
[2] P. Langacker, “The Standard Model and Beyond”, CRC Press, N.Y. 2010.
[5] J.Jaeckel,J.Redondo,A.Ringwald ,Hidden Laser Communications Through Matter -An application of meV-scale hidden photons
-www.arxiv.org/abs/0903.5300
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
