Delta mi!

Bez przerwy, niemal codziennie, fizycy - jak zresztą także przedstawiciele innych nauk przyrodniczych - odkrywają nowe fakty, wykonują nowe doświadczenia, ustalają nowe zależności. Niektóre z tych odkryć stanowią "tylko" potwierdzenie pewnych ogólnych przewidywań teoretycznych, inne nie mają wprawdzie żadnej podbudowy teoretycznej, ale jakoś tam zgadzają się z naszą intuicją; są jednak także i takie, które spadają na nas zupełnie nieoczekiwanie, które do niczego nie pasują i w żadnym schemacie się nie mieszczą...

Fizyka wysokich energii powitała narodziny Delty spektakularnymi wydarzeniami. Najpierw, w listopadzie 1974 roku, w USA, w laboratoriach w SLAC i w Brookhaven odkryto (niemal) niezależnie mezon o spinie masie około GeV i bardzo długim w porównaniu z typowymi rezonansami hadronowymi czasie życia...

Czy kiedykolwiek byliście na biegunie południowym? Bezkresny śnieg, średnia temperatura sięgająca silny zimny wiatr, pół roku całkowitej ciemności (i pół ciągłego światła, bo słońce wschodzi i zachodzi tam raz na rok!). Kto chciałby przebywać w takich warunkach? Co mogłoby spowodować, żeby ktoś z własnej woli poświęcił kilka miesięcy swojego życia, aby spędzić je w tak nieprzyjaznym środowisku?

Model Standardowy powstał jako synteza początkowo luźno powiązanych ze sobą badań nad oddziaływaniami słabymi i silnymi. Historia jego powstania jest przede wszystkim historią idei teoretycznych. Same bowiem badania doświadczalne i nagromadzone fakty, jakkolwiek absolutnie niezbędne jako wskazówki i testy koncepcji, nigdy nie mogą doprowadzić do sformułowania teorii o charakterze fundamentalnym.

W XX wieku fizyka zdecydowanie wykroczyła poza zasięg zjawisk dostępnych bezpośrednio postrzeganiu zmysłowemu. Niemal automatycznie pociągnęło to za sobą utratę naoczności wielu koncepcji pojęciowych fizyki współczesnej. Popularyzatorzy fizyki starają się oczywiście zrobić na tym interes i przedstawiają niektóre trudniejsze zagadnienia w sposób paradoksalny. Czytelnik, któremu się mówi na przykład, że fizyka nie wie, czym jest elektron - cząstką czy falą - albo patrzy na tę naukę z pogodnym sceptycyzmem, albo oburza się i usiłuje sposobem chałupniczym wymyślić jakąś nową teorię. W każdym razie jest on skutecznie zaszczepiony przeciwko próbom prawidłowego wyjaśnienia mu tego "paradoksu"...

Strumienie cząstek takich, jak elektrony, protony, cząstki czy neutrony, bądź kwantów promieniowania elektromagnetycznego, jak promienie X, czy określamy niekiedy wspólną nazwą promieniowania jonizującego. Nazwa pochodzi stąd, że wszystkie wspomniane cząstki czy kwanty przechodząc przez ośrodek materialny oddziałują z jego atomami i cząsteczkami i - bezpośrednio lub pośrednio - wywołują ich jonizację.

Grupa fizyków z Narodowego Laboratorium w Argonne (USA) wraz z zespołem lekarzy Wydziału Medycznego Uniwersytetu w Chicago prowadzi badania nad zastosowaniem wiązki protonów do prześwietlania żywej tkanki w celach diagnostycznych.

Pytaniu zawartemu w tytule można zarzucić, że jest bardzo nieprecyzyjne. Bo czym jest promieniowanie jądrowe? Wiemy, że mogą to być lżejsze lub cięższe cząstki naładowane (np. elektrony, protony, cząstki alfa), cząstki neutralne (np. neutrina, neutrony) czy też promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo małej długości fali (tzw. promieniowanie gamma). Każdy z typów promieniowania oddziałuje z materią na swój sposób. Oczywiście najprościej można sobie wyobrazić to oddziaływanie w przypadku cząstek naładowanych.

W poprzednim odcinku omówiliśmy najważniejsze cechy Modelu Standardowego oddziaływań cząstek elementarnych. Tutaj, zgodnie z zapowiedzią, postaram się pokazać bogactwo struktury teoretycznej ukrytej za prostym fenomenologicznym opisem cząstek i ich oddziaływań.

Chciałbym opisać tu historię odkrycia hiperjądra podwójnego dokonanego w roku 1962 w Warszawie. Interesowała nas wtedy sprawa tworzenia hiperjąder w oddziaływaniach szybkich mezonów Zespół nasz, złożony z Mariana Danysza, Krystyny Garbowskiej, Jerzego Pniewskiego, Tadeusza Pniewskiego i autora niniejszego artykułu, uczestniczył w badaniach prowadzonych w ramach szeroko zakrojonej współpracy międzynarodowej, zwanej Europejską Współpracą

Pytanie postawione w tytule można rozumieć dwojako: po pierwsze - co chcielibyśmy rozumieć przez cząstkę elementarną, a po drugie - co dziś obejmujemy tą nazwą. W pierwszym znaczeniu chodziłoby więc o podanie definicji, która by mogła nam dostarczyć kryterium rozpoznawania cząstek elementarnych, w drugim zaś o ustalenie stanu faktycznego, do którego doszło w wyniku wieloletnich badań teoretycznych i eksperymentalnych.

Od swych narodzin z początkiem roku 1974 Delta asystowała burzliwemu rozwojowi fizyki cząstek elementarnych. Na jej łamach regularnie pojawiały się doniesienia z "frontu" oraz artykuły przybliżające jej Czytelnikom wybrane zagadnienia tej fascynującej dziedziny fizyki. Nic więc dziwnego, że do jubileuszowego pięćsetnego numeru Redakcja zamówiła artykuł podsumowujący, co się wydarzyło w fizyce cząstek elementarnych, zwanej dziś częściej fizyką wysokich energii, przez ponad 40 lat istnienia Delty...

Takaaki Kajita i Arthur B. McDonald podzielą się tegoroczną Nagrodą Nobla z fizyki przyznaną im "za odkrycie oscylacji neutrin, wskazujących na niezerową masę tych cząstek".

...mogą być interesujące. Znacząca część publikacji naukowych opiera się na dopasowaniu modelu teoretycznego do danych doświadczalnych. Jest tak w poniższych przykładach...

Ukazaniu się tego numeru Delty będzie, mam nadzieję, towarzyszyć prezentowanie wstępnych wyników uzyskanych po miesiącu działania LHC przy nowej, wyższej energii trzynastu bilionów elektronowoltów

Przygotowania biegną zgodnie z planem. Schłodzony już został hel, i to aż do nadciekłości (styczeń 2015), w największej i najzimniejszej lodówce znanego wszechświata. Pierwsze wiązki protonów o energii spodziewane są tuż po ukazaniu się tego numeru Delty, a pierwsze zderzenia przy mają zajść dwa miesiące później.

Żeby zrozumieć coś z zachodzących w świecie procesów, należy to i owo pomierzyć. Żeby odkryć coś nowego - trzeba wykonać pomiar i uzasadnić, że nie zgadza się on z istniejącą wiedzą. Jednak wykonywanie pomiarów na granicy możliwości doświadczalnych to nie taka prosta sprawa.

Wewnątrz jest całkowicie ciemno. Wydrążony w skale olbrzymi zbiornik, zawierający 50 tysięcy ton ultraczystej wody, komunikuje się z otoczeniem tylko za pomocą impulsów elektrycznych wysyłanych przez tysiące czujników światła, zamontowanych na jego ścianach. Dostęp do tego wyjątkowego urządzenia badawczego jest skomplikowany - wszystko znajduje się kilometr pod ziemią, wewnątrz góry Ike w kopalni na zachodzie Japonii. Naukowcy nadzorujący pracę detektora czujnie obserwują monitory w pokoju kontrolnym - widać na nich błyski światła, od czasu do czasu pojawiające się w detektorze. Ich rejestracja jest sygnałem, że za pomocą naszego zbiornika złapaliśmy jedną z najbardziej nieuchwytnych cząstek elementarnych - neutrino.

Legenda głosi, że historia kondensacji Bosego-Einsteina rozpoczęła się przypadkiem, podczas wykładu na Uniwersytecie w Dhace. Prowadzący, Satyendra Nath Bose, pokazywał, że współczesny mu statystyczny opis teorii promieniowania ciała doskonale czarnego nie zgadza się z obserwacjami. Jednak podczas wyprowadzenia popełnił elementarny "błąd" - potraktował cząstki jako obiekty nierozróżnialne. Konsekwencją jego błędu była całkowita zgodność teorii i doświadczenia. Pewne jest, że w czerwcu 1924 roku Bose napisał do Alberta Einsteina list z prośbą o ocenę swego artykułu na temat nowego wyprowadzenia rozkładu Plancka. Artykuł, uprzednio odrzucony przez czasopisma naukowe, został przetłumaczony przez Einsteina na język niemiecki i za jego rekomendacją opublikowany.

Po raz kolejny naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Narodowego Centrum Badań Jądrowych gościli zainteresowanych fizyką licealistów z całej Polski. Warsztaty miały przybliżyć uczniom niektóre z metod, które stosuje się w poszukiwaniach nowych cząstek elementarnych, takich jak bozon Higgsa.

Czwartego lipca 2012 roku zespoły badawcze ATLAS i CMS wspólnie ogłosiły odkrycie nowej cząstki, znalezionej w trakcie poszukiwania bozonu Higgsa, ostatniego nieodkrytego obiektu przewidywanego przez Model Standardowy oddziaływań elementarnych (MS).

Na początku marca został ogłoszony wynik poszukiwania przez eksperyment AMS-02 energetycznych pozytonów w promieniowaniu kosmicznym. Jego detektor znajduje się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Głównym punktem ogłaszania było szeroko reklamowane seminarium amerykańskiego noblisty Samuela Tinga, rzecznika zespołu badawczego AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), które odbyło się w ośrodku CERN. Był to centralny punkt medialnej bańki o rzekomym odkrywaniu ciemnej materii przez ten eksperyment. Światowe media natychmiast radośnie skonsumowały podstawiony pasztet.

„Łatwiej kijek pocienkować, niż go pogrubasić” jest opinią ugruntowaną naszym codziennym doświadczeniem. Przebieg większości zdarzeń jest nieodwracalny. Rzeczy niszczą się same z siebie, bałagan sam się robi, jesteśmy coraz starsi...

Nie można tego było dłużej ukrywać. W dniu 4 lipca, na wspólnym, transmitowanym na cały (cywilizowany) świat seminarium, zespoły badawcze CMS i ATLAS (działające przy LHC w ośrodku CERN) ogłosiły odkrycie nowej cząstki znalezionej w trakcie poszukiwania bozonu Higgsa.

Neutrina są najbardziej tajemniczą i najtrudniej wykrywalną formą materii. Od ponad pół wieku zbierane są doświadczalne dowody ich oscylacji. Ponieważ oddziałują tylko słabo (za pomocą masywnych bozonów pośredniczących  i ), a stany własne oddziaływania (rodzaje: elektronowy, mionowy oraz taonowy) są, jak widać, różne od stanów masowych (numerowanych 1, 2 i 3), więc neutrina zmieniają swój rodzaj w trakcie lotu.