Najmniejsza cegiełka

Kosztujące miliardy urządzenia naukowe, trwające całe tygodnie eksperymenty, ale sposób taki sam jak w dzieciństwie. Jeżeli chcesz się dowiedzieć, co jest w środku pudełka, musisz je bez litości rozwalić. Tak działa fizyka cząstek elementarnych, która stara się odpowiedzieć na pytanie, co jest najmniejszym kawałkiem materii.

Podstawowy problem polega na tym, że aby w ogóle mówić o rozmiarach przedmiotów, muszą mieć one „ostre” granice. Obiekty, które nas otaczają, stół, książka, filiżanka czy komputer, z naszego punktu widzenia rzeczywiście mają ostre granice. Ale im niżej schodzimy, im głębiej zaglądamy, tym sprawa bardziej się komplikuje. O wyznaczeniu dokładnych rozmiarów atomu można już zapomnieć. Podobnie jest z elektronem, którego rozmiar w ogóle dość trudno określić. Materia na tym poziomie nie przypomina bowiem małych kulek czy kamyczków, tylko raczej obłoczki. Obłoczki, których kształt nie musi być cały czas taki sam, tylko zależy od otoczenia. Jądra atomów niekoniecznie muszą być kulkami, mogą mieć kształt np. stożków.

To wszystko nie oznacza oczywiście, że naukowcy nie interesują się rozmiarami obiektów w mikroświecie. Znaczy tylko, że w przeciwieństwie do świata makro trzeba do tych pomiarów podchodzić ze sporą tolerancją. Nie ma wątpliwości, że zrozumienie tego, jak zbudowana jest materia w najmniejszych skalach, da odpowiedź dotyczącą struktury materii w skali największej, a więc całego wszechświata. To, co dzisiaj zajmuje cały kosmos, kiedyś, w chwili Wielkiego Wybuchu, było ściśnięte do rozmiarów cząstki najmniejszej z najmniejszych. Czy to nie jest fascynujące?
 

Historia najmniejszego

Jedno nie zmieniało się nigdy i chyba nigdy się nie zmieni. Umysł człowieka i jego wyobraźnia zawsze wyprzedzały możliwości eksperymentu. Pierwszymi, którzy formułowali teorie dotyczące budowy świata, byli filozofowie greccy. Jeden z nich – Demokryt – w dziele „O małym porządku świata” stwierdził, że „nie istnieje nic oprócz atomów i przestrzeni, a wszystko inne jest opinią”.

Koncepcje atomistyczne Demokryta odżyły dopiero po ponad 2000 lat, gdy w 1803 roku John Dalton podał naukowe podstawy atomistyki. Doświadczalnie stwierdził, że pierwiastki chemiczne zbudowane są z atomów. Niedługo potem okazało się jednak, że atom wcale nie jest „najmniejszą i absolutnie niepodzielną cząstką materii”. Pod koniec XIX wieku odkryto elektron – pierwszą cząstkę elementarną.

Za jeden z najlepszych sposobów badania atomów czy cząstek elementarnych naukowcy uznali zderzanie ich ze sobą. Analiza „gruzów” pozostałych po zderzeniu pozwala wyciągnąć wiele informacji o samych cząstkach. Aby jednak efekt zderzenia był zadowalający, konieczne jest użycie zaawansowanej technologii. Rozpędzenie cząstek do wymaganej prędkości to jednak tylko połowa sukcesu. Konieczne jest także zastosowanie zaawansowanego systemu detekcji, zbierania i przechowywania danych. Po co tyle trudu współczesny człowiek wkłada w poznanie czegoś, czego nawet nie widać? Odpowiedź naukowców dziś nie różni się zapewne od tej, jakiej udzieliliby setki lat temu filozofowie greccy. Co to jest materia? Skąd się bierze i jak tworzy tak skomplikowane struktury, jak chociażby istoty żywe? I pytanie najważniejsze. Jak to wszystko powstało? Nie ma wątpliwości, że odpowiedź zamknięta jest gdzieś głęboko, bardzo głęboko w strukturze materii. By ją stamtąd wyrwać, potrzeba sporej energii.
 

Jak walnąć, to porządnie

W 1932 roku na Kalifornijskim Uniwersytecie w Berkeley wybudowano pierwszy akcelerator (przyspieszacz) protonów. Pomysł zderzania cząstek okazał się – nomen omen – trafiony i w ośrodkach naukowych na całym świecie powstawało coraz więcej akceleratorów. W 1954 roku 12 państw podpisało konwencję CERN – Europejskiego Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych. Dzisiaj w CERN pracuje mniej więcej połowa wszystkich fizyków cząstek na świecie. Duże akceleratory są także w Niemczech, Francji czy USA. Pomysł na badanie cząstek elementarnych za każdym razem jest taki sam. Rozpędzić i zderzyć. Olbrzymie pole elektryczne nadaje im przyspieszenie, a pole magnetyczne utrzymuje je w zwartej wiązce. We wspomnianym wyżej CERN znajduje się największy akcelerator na świecie – LHC (Large Hadron Collider – Wielki Zderzacz Hadronów). W długiej na prawie 30 km podziemnej rurze protony przyspieszane są do prędkości prawie takiej, jaką osiąga światło w próżni. Tak naprawdę to rury są dwie, a protony są w nich przyspieszane w przeciwnych kierunkach. Celem – jak zawsze – jest kolizja. Na długiej trasie w kilku miejscach wspomniane dwie rury krzyżują się. I to właśnie w te miejsca skierowane są oczy fizyków. Oczy elektroniczne – największe na świecie detektory. Urządzenia, które w ciągu ułamków sekund są w stanie zebrać tyle informacji, ile europejska sieć telekomunikacyjna przesyła przez kilka miesięcy. Ważą nawet kilkanaście tysięcy ton i pracują około 100 metrów pod powierzchnią ziemi. Wyglądają jak statki należące do innej cywilizacji. Jak twory nie z tego świata. I rzeczywiście coś w tym jest.
 

Wybuch złapany!

Przez miliardowe części miliardowych części sekundy warunki w punkcie zderzenia cząstek przypominają te, które występowały w czasie Wielkiego Wybuchu. Bingo!!! Mamy go!!!
Po co fizykowi taki kataklizm? Im większe uderzenie, w tym drobniejszy maczek rozsypuje się materia. I tym wyraźniej widać, z czego jest złożona i jakie siły (oddziaływania) rządzą tym mikroświatem.

«« | « | 1 | 2 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Ze względów bezpieczeństwa, kiedy korzystasz z możliwości napisania komentarza lub dodania intencji, w logach systemowych zapisuje się Twoje IP. Mają do niego dostęp wyłącznie uprawnieni administratorzy systemu. Administratorem Twoich danych jest Instytut Gość Media, z siedzibą w Katowicach 40-042, ul. Wita Stwosza 11. Szanujemy Twoje dane i chronimy je. Szczegółowe informacje na ten temat oraz i prawa, jakie Ci przysługują, opisaliśmy w Polityce prywatności.