“Rzepa” świąteczna, w dziale “Nauka”, przyniosła fotoreportaż zatytułowany :” Siedmiu wspaniałych polskiej nauki” ukazujący w stylu telegraficznym, osiągnięcia naszych uczonych w badaniu przyrody, lub w zastosowaniu wyników badań w technologii.Z fizyki ,całkiem słusznie, uhonorowano osiągnięcie prof. Tadeusza Lesiaka z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie. Tytuł noty informacyjnej jest trochę zabawny, brzmi bowiem :” Materia zwyciężyła”, gdy w rzeczywistości zwyciężyła myśl człowieka, w rozwikłaniu intrygującej zagadki wszechświata dostępnego badaniom, a mianowicie: dlaczego ów wszechświat jest raczej zbudowany z materii, a nie – z antymaterii?Dla tych, którzy zakończyli rendez - vous z fizyką w szkole średniej przypomnę, że antymateria (lub antycząstki), to substancja przeciwnie naładowana elektrycznie, w stosunku do tej, z którą mamy do czynienia na każdym kroku.Na przykład , antyproton, to cząstka elementarna o ujemnym ładunku elektrycznym (tej samej wartości bezwzględnej, co ładunek protonu), a pozostałych parametrach identycznych z parametrami protonu. Antyelektron (zwany również pozytonem), to elektron o ładunku elektrycznym dodatnim.Z antycząstek ,fizycy konstruują laboratoryjnie (na krótko wprawdzie) antyatomy, np. antywodór, to twór, którego jądrem jest antyproton okrążany przez antyelektron(pierwsze wytworzenie laboratoryjne : CERN, oraz FermiLab pod Chicago, rok 1996).Istnienie antyelektronu(pozytonu) zostało przypadkowo wykryte w promieniowaniu kosmicznym przez Carla Andersona w roku 1932 [1], a teoretycznie przewidział możliwość istnienia antymaterii Paul Dirac w roku 1928 [2].Spotkanie cząstki(materii) z antycząstką(antymaterią), jest hiperdramatycznym wydarzeniem w przyrodzie: obydwa obiekty znikają (anihilują) i w zamian pojawia się wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne zwane promieniowaniem gamma(“promienie gamma”)i niekiedy egzotyczne cząstki zwane “pionami”.Istnieje proces odwrotny: jednoczesna kreacja pary “cząstka-antycząstka”. Energii do zaistnienia tego procesu dostarcza kwant pola elektromagnetycznego.Innymi słowy : koegzystencja materii i antymaterii jest fizycznie niemożliwa- światy te, wzajemnie unicestwiają się. Galaktyka o gwiazdach (i wszystkich innych składnikach) zbudowanych z antymaterii, przy spotkaniu z galaktyką o gwiazdach zbudowanych z materii, dałaby kosmicznych rozmiarów katastrofę i megabłysk twardego promieniowania.Jednak, o dziwo! takich procesów naturalnej anihilacji podczas styku cząstek z antycząstkami, fizycy i astronomowie nie rejestrują.Wszechświat jest zbudowany z materii, antymateria – jeżeli jest- to w znikomej ilości, generowana np. przez wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego w ich spotkaniu z substancją okołoziemską. Nawet gdyby, były jakieś astronomiczne obiekty “antymaterialne” odizolowane od obiektów zbudowanych z cząstek, to i tak nie zidentyfikowalibyśmy ich, ponieważ np. antyatomy emitują taką samą postać promieniowania (podczas zmiany stanów kwantowych antyelektronów) elektromagnetycznego, jak zwykłe atomy.Ta radykalna asymetria w charakterze substancji będącej tworzywem wszystkiego, na którą natrafiamy w badaniach, przeczy naszej idei symetrii praw względem fundamentalnej transformacji CPT, która polega na trzech operacjach: zamianie cząstek na antycząstki, strony prawej w przestrzeni na lewą oraz odwróceniu biegu czasu na wsteczny. Skoro jednak antycząstek jest znikoma ilość, to jest niemożliwe funkcjonowanie zwierciadlanego wszechświata.W zbiegającym się do punktu wszechświecie, dominowałaby antymateria, czyli kosmiczna symetria między materią i antymaterią, jest skutkiem asymetrii między przeszłością a przyszłością.W kosmologii kwantowej, opartej na Modelu Standardowym, występuje hipoteza, że początkowy wszechświat odznaczał się idealną symetrią. Jakie więc procesy zakłóciły symetrię “materia-antymateria” i doprowadziły do obecnego stanu(znikoma ilość antymaterii) ?W fizyce wysokich energii, wprowadza się pojęcie liczby kwarkowej, jako różnicy pomiędzy liczbą kwarków w danym układzie cząstek, a liczbą antykwarków. Rachunki pokazują ,że dla wszechświata z przewagą materii nad antymaterią, liczba kwarkowa jest dodatnia, to znaczy, że więcej jest kwarków niż antykwarków.We wszystkich procesach fundamentalnych oddziaływań liczba kwarkowa jest zachowana, a dowodem tego jest wysoka stabilność protonu. W ostatnich latach, odkryto jednak (najpierw teoretycznie) bardzo rzadkie przypadki złamania symetrii CP przy rozpadach bozonów X oraz mezonów (różnych rodzajów).Z bardzo subtelnych i ciężkich obliczeń wynikało ,że rozpady te mogą prowadzić z niewielkim prawdopodobieństwem do różnych niesymetrycznych ścieżek z minimalną przewagą materii, a nie antymaterii.Prof.T.Lesiak od 1996 roku, teoretycznie badał procesy oddziaływań, przy których następują rozpady różnych typów neutralnych mezonów(K,B) i z jego obliczeń wynikało, że istnieje minimalnie większe prawdopodobieństwo rozpadów na ujemny pion, pozyton, neutrino niż na dodatni pion, elektron i antyneutrino, co by mogło prowadzić z biegiem czasu do przewagi materii nad antymaterią.Zakłada się, że we wczesnym wszechświecie, kiedy były niewyobrażalnie wysokie temperatury (rzędu 10E28 K)i duża ilość energii ,powszechnie występowały właśnie takie procesy łamiące zasadę zachowania liczby kwarkowej.W miarę stygnięcia wszechświata, zmienność liczby kwarkowej malała i ostatecznie liczba kwarków we wszechświecie została “zamrożona”.Czyli, asymetria między materią a antymaterią to relikt, pozostałość, po najwcześniejszych chwilach wszechświata rejestrowana dzisiaj.W ramach teorii wielkiej unifikacji, zbudowano hipotetyczny ,ścisły, scenariusz kilka typów rozpadów, dla których prawdopodobieństwa różnych ścieżek rozpadów i produktów, różniły się co najmniej na dziewiątym miejscu po przecinku, na korzyść cząstek(a nie antycząstek). Według tych prac wystarczyłoby to już, do liczbowej przewagi kwarków nad antykwarkami, takiej jaka istnieje dziś (według oszacowań dla wszechświata).Do badań eksperymentalnych, przystąpiło jednocześnie kilka grup (bardzo licznych osobowo) z Azji, Ameryki, Australii i Europy przy wykorzystaniu superenergetycznych akceleratorów(colliderów) oraz specjalnie skonstruowanych gigantycznych a precyzyjnych detektorów cząstek i antycząstek.Ogólna nazwa badawczego projektu - Belle Colaboration.Prof.T.Lesiak uczestniczył w zespole azjatyckim, który pracował przy colliderze KEKB o promieniu 2 km, zbudowanym w miejscowości Tsukuba.W latach 2001 –2008 autor referował etapowo przebieg niezwykle trudnego eksperymentu [3,4], a 20 marca tego roku w Nature [5], został opublikowany obszerny raport określający pozytywny wynik o brzmieniu:mogły istnieć we wczesnym wszechświecie procesy oddziaływań silnych, w wyniku których pojawiła się wzrastająca asymetria w produkcji materii i antymaterii, aż do stanu prawie całkowitego zniknięcia tej ostatniej.Oto abstrakt tego raportu:One of the prerequisites for understanding this elimination of antimatter is the nonconserwtion of charge-parity (CP) symmetry.So far,two types of CP violation have been observed in the neutral K meson and B meson systems: CP violation involving the mixing between K(0) and its antiparticle (and likewise for B(0)and its antyparticles and direct CP violation in the decay of each meson.The observed effects for both types of CP violation are substantially larger for the B(0) meson system.However,they are still consistent with the standard model of particle physics,which has a unique source of CP violation that is known to be too small to account for the matter-dominated Universe.Here we raport that direct CP violation in charged B(+ ,-) à K(+,-)p(0), decay is different from that in the neutral B(0) counterpart.The direct CP-violating decay rate asymmetry,A: K(+,-)p(0)(that is the difference between the number of observed B(-) à K(-)p(0)event versus B(+) à K(+)p(0)events,normalized to the sum of these events)is measured to be about +7%,with an uncertainty that is reduced by a factor 1,7 from a previousus measurement.However,the asymmetry A: K(+,-)p(-,+) for anty B(0) à K(-)p(+)is at the 10 % level.Although it is susceptible to strong interaction effects that need further clarification,this large deviation in direct CP violation between charged and neutral B meson decays could be an indication of new sources of CP violation- which would help to explain the dominance of matter in the Universe. I już całkiem na koniec, krótko o tytule tego postu. Fizyka wysokich energii i silnych oddziaływań ,wymagająca gigantycznych systemów przyspieszających (colliderów) i analizujących akty zderzeń, rozpadów ,kreacji i anihilacji cząstek, powoli zbliża się do energii rzędu 10E3 GeV czyli realizuje stany prawie wczesnego, lub dokładniej- młodego wszechświata. W czasoprzestrzeni mikro, człowiek inicjuje procesy, które prawdopodobnie działy się niedługo po Big Bangu.Cofamy więc czas, na mgnienie oka, nie bardzo wiedząc( lub nie zastanawiając się), jakie to będzie miało znaczenie i skutki dla przyszłego czasu. Literatura[1]C.D.Anderson,The Positive Electron,Phys.Rev.48,491,(1933)[2] P.Dirac, The Quantum Theory of the Electron,Proc.R.Soc.,A 117,No. 800,p.610,(XII,1929)[3] Charmed baryon spektroscopy with Belle, arXiv:hep-ex/0605047[4] The dark side of Belle, w:Cracow School of Theoretical Physics- Speakers,14-22.VI.2007,Zakopane[5] Difference in direct charge – priority violetion between charged and neutral B mezon decays, Nature 452,332-335 (20.III.2008)
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
