didier didier
8111
BLOG

Szybciej niż światło. Einstein się mylił.

didier didier Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 7

 

 

TACHIONY

PLAN:

  1. Co to jest tachion,prędkość świetlna i nadświetlna-zapoznanie z pojęciami.

  2. Czy tachiony istnieją?Doświadczenia i opinie naukowców.

  3. “Dowody “ w otaczającym nas świecie na istnienie prędkości większych niż świetlna.Neutrino-Tachion?

  4. Wnioski-podsumowanie.

  5. Słowniczek-cząstki elementarne.

1)

-Tachiony, hipotetyczne cząstki o prędkościach większych od prędkości światła w próżni. Ruch tachionu byłby równoważny poruszaniu się wstecz w czasie.

-Prędkość światła, c, fundamentalna stała fizyki. Jest to prędkość rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni.

-C jest niezmiennikiem transformacji Lorentza (jest jednakowa w każdym układzie odniesienia). Wynosi c = 299792458±1,2 m/s. C to największa prędkość przekazu informacji lub energii. W ośrodku materialnym prędkość światła zależy od długości fali (zjawisko dyspersji), wówczas prędkość fazowa światła równa jest c/n, gdzie: n - współczynnik załamania światła (dla danej długości fali).

Pierwszy prędkość światła zmierzył O. Romer (1673) poprawnie interpretując obserwowane nieregularności momentów zaćmień księżyców Jowisza przez planetę jako efekt spowodowany przez różnicę czasu, w jakim światło pokonuje zmienną odległość Jowisz-Ziemia. Römer uzyskał wynik skończonej wartości c = 215 000 km/s.

Pomiar prędkości światła metodą badania aberracji (astronomicznej) światła przeprowadził w 1735 J. Bradley, uzyskał on wynik c = 303 000 km/s. W 1849 A.H.L. Fizeau przeprowadził pierwszy laboratoryjny pomiar prędkości światła.

W eksperymencie tym wiązka światła pada na szybko rotującą tarczę z równomiernie rozłożonymi na obwodzie n szczelinami i n przesłonami, a następnie światło przepuszczone przez szczelinę, odbija się od lustra znajdującego się w odległości l i pada ponownie na tarczę. Przy pewnej częstości obrotów f światło odbite powraca przez sąsiedni otwór, wtedy c = 4lfn.

Fizeau uzyskał wartość c = 299 860 ± 80 km/s (n = 720, f = 12,6 obr/s, l = 8633 m). Obecne pomiary przeprowadza się zazwyczaj korzystając z udoskonalonej metody Fizeau.

-Prędkość nadświetlna, prędkość większa od prędkości światła w próżni, hipotetyczne ciało (tzw. tachion), poruszające się z prędkością nadświetlną, poruszałoby się wstecz w czasie. Istnienie takich cząstek wyklucza teoria względności.

2)

 

Teoria względności. Szybkość światła

 

Piotr Cieśliński

Impuls świetlny wyprzedził sam siebie. Opuścił komorę, przez którą przelatywał, wcześniej, niż do niej wpadł. Biegł wielokrotnie szybciej, niż dopuszczają obowiązujące dziś prawa fizyki. Czy to paradoks otwierający możliwość podróży w czasie?

-Wyniki tego niesamowitego eksperymentu, przeprowadzonego w laboratorium NEC w Princeton (USA), publikuje dzisiejsze "Nature". Uczeni wpuszczali świetlny impuls do sześciocentymetrowej komory wypełnionej cezem w postaci gazowej. Przedtem w komorze, gdzie była próżnia, impulsowi świetlnemu przebycie 6 cm zajmowało 0,2 nanosekundy (miliardowe części sekundy). Tymczasem w cezie impuls pokonał ten sam dystans o 62 nanosekundy szybciej!

-To znaczy, że czas potrzebny światłu na przemierzenie komory był ujemny. Innymi słowy - szczyt impulsu opuszczał komorę, zanim do niej wkroczył. Uczeni nie mogli w to uwierzyć. Powtarzali eksperyment raz za razem. I zawsze wynik był identyczny.

-Jednym z autorów eksperymentu jest dr Lijun Wang. Poprosiliśmy go o komentarz na temat tego niepojętego wyniku.

- Od dziś nie da się powiedzieć, iż "nic nie może poruszać się szybciej niż światło". Tego nie sposób intuicyjnie wyjaśnić - tłumaczy Wang. - Nasza intuicja oparta jest na tym, co widzimy wokół siebie, w naturze. Tymczasem w wypełnionej cezem komorze światło rozchodzi się zupełnie inaczej. Gdyby np. w kropelkach wody panowały takie warunki jak we wnętrzu naszej komory, układ barw w tęczy byłby całkowicie odwrócony.

-Czyżby więc naukowcom z Princeton udało się znaleźć wyłom w teorii względności Einsteina?

- Dam dolary przeciw orzechom, i to spleśniałym, że tak nie jest - twierdzi prof. Andrzej Szymacha z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. - To nie pierwszy przykład ruchu szybszego niż światło. Z takimi prędkościami stykali się już astrofizycy, np. w ruchu fali po eksplozji gwiazdy zwanej supernową, ale okazało się, że był to efekt czysto geometryczny - dodaje prof. Szymacha. - Szybciej niż światło nie może się jednak poruszać nic materialnego - ani cząstki, ani energia. Nie da się w ten sposób przesłać żadnego sygnału ani uruchomić jakiegoś procesu. Nie wierzę, żeby udało im się takim nadświetlnym impulsem wywołać jakiś skutek, np. zapalić diodę.

- Dlaczego?

- Bo wtedy zgodnie z teorią względności obserwatorzy widzieliby, jak skutek wyprzedza przyczynę - np. wpierw wybuchający most, a potem sapera naciskającego zapalnik. Byłby to paradoks otwierający możliwość podróży w czasie.

- Ale czyż właśnie takiego efektu nie obserwują uczeni z Princeton?

- Nie sądzę. Jeśli w ich eksperymencie coś porusza się szybciej niż światło, to na pewno nie jest to energia. Jeśli się mylę, to znaczy, że nic już nie rozumiem i czas iść na emeryturę.

-Autorzy eksperymentu w specjalnym oświadczeniu dla prasy przyznają, że nie udało się na razie za pomocą nadświetlnych impulsów zakodować i przesłać informacji, ale - dodają - taka możliwość "jest wciąż dyskutowana". "Mamy jednak nadzieję, że nasza praca znajdzie pokojowe zastosowanie z pożytkiem dla całej ludzkości" - kończą swoje doniesienie.

-Komentują dla "Gazety":

prof. Marek Demiański, Wydział Fizyki UW

- W próżni prędkość światła nie może przekroczyć 300 tys. km/s. Ludzie przyzwyczaili się myśleć, że tak jest zawsze i wszędzie. A to nieprawda. W ośrodkach materialnych światło rozchodzi się zazwyczaj wolniej niż w próżni. Okazuje się, że może być też na odwrót. To niezwykłe, że udało się dobrać ośrodek tak, by światło przemierzało go szybciej niż w próżni. Wiem, że były podejmowane już wcześniej takie próby. Teraz jedna z nich się powiodła.

prof. Kazimierz Rzążewski, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Szkoła Nauk Ścisłych

- Ciągły postęp fizyki doświadczalnej zadziwia i każe weryfikować utrwalone twierdzenia. Należy do nich przekonanie, że nic nie porusza się szybciej niż światło w próżni. To prawda, ale tylko w odniesieniu do cząstek masywnych, takich jak proton czy elektron. Do rozpędzenia takich cząstek do prędkości światła potrzeba nieskończonej energii, a nasze zasoby energetyczne są skończone. Trochę inaczej jest z falami elektromagnetycznymi.

-Badacze z Princeton wykazali, że można znaleźć taki ośrodek, w którym impuls światła będzie się poruszał szybciej niż w próżni. To ciekawy i ważny eksperyment. Czy przeczy on innemu, słabiej ugruntowanemu, choć często powtarzanemu twierdzeniu, że ograniczeniu prędkości podlega także przesyłanie informacji? Autorzy w tej sprawie tłumaczą się mętnie.

Rozmowa z prof. Kazimierzem Rzążewskim, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Szkoła Nauk Ścisłych:

Piotr Cieśliński:Czy eksperyment zachwiał teorią względności?

Prof. Kazimierz Rzążewski: - Nie, teoria Einsteina to wręcz podstawa do zrozumienia zjawiska.

-Jak to jednak możliwe, że impuls pojawia się u wylotu komory wcześniej, niż do niej wpadł?

- Impuls był bardzo długi. Trwał kilka mikrosekund, tj. ciągnął się setki metrów. Komórka zaś miała ledwie sześć centymetrów. Zanim więc szczyt impulsu dotarł do komórki, to jego czoło już przez nią przechodziło. A w czole tkwiła cała informacja o kształcie nadciągającego impulsu. Dlatego u wyjścia komórki mogła się dużo wcześniej odtworzyć ta część impulsu, która jeszcze do komórki nie weszła. I impuls mógł wyprzedzić światło.

-To tak, jakbyśmy przyśpieszyli rozwój ludzkiego embrionu? W naturze dopiero po dziewięciu miesiącach wyłania się z niego w miarę dojrzały organizm. Ale od początku tkwi w nim cała informacja o dorosłym organizmie, więc teoretycznie można byłoby ten proces przyśpieszyć?

- Tak, to daleka, ale dobra analogia.

-Czy eksperyment Pana zaskoczył?

-Podobne próbowano wykonać już od kilkunastu lat. Dotąd jednak ośrodek tak mocno deformował przechodzący impuls, że trudno było ustalić, czy rzeczywiście biegł on szybciej niż światło.

 

Przełamywanie bariery

Można pokonać barierę prędkości światła w próżni - dowiedli fizycy w ostatnich eksperymentach. Sensacja? Przełom? Na razie nie, ponieważ nie udało się w ten sposób przesłać żadnej informacji

-Podręczniki fizyki podają, że prędkość światła w próżni, ok. 300 tys. km/s, to największa możliwa prędkość we Wszechświecie. Nie może jej przekroczyć żadna cząstka materii ani nawet światło.- To nieprawda- twierdzi Raymond Chiao z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. - W naszych eksperymentach zanotowano większe prędkości.

-W "Physical Review Letters" pod koniec maja ukazały się wyniki dość prostego eksperymentu, przeprowadzonego przez włoskich fizyków pod kierunkiem prof. Anedia Ranfagniego z włoskiej Narodowej Rady Naukowej we Florencji. Włosi ustawili przed lustrem nadajnik i odbiornik mikrofal. Nadawali impulsy pod pewnym kątem w kierunku lustra, po czym mierzyli czas, po jakim odbite impulsy pojawiły się w odbiorniku. Okazało się, że przy niektórych ustawieniach aparatury impulsy docierały do odbiornika z prędkością szybszą niż światło. Jak to możliwe?

-Prof. Aephraim Steinberg z Uniwersytetu Toronto twierdzi, że jeśli dokona się odpowiedniej interpretacji, eksperyment ten jest zgodny z obowiązującymi prawami fizyki. Po prostu między mikrofalami docierającymi do i odbitymi od lustra następowała interferencja. Odbiornik nie odbierał zatem odbitego impulsu, lecz "skrzyżowanie" impulsów nadchodzących i odbitych.

-Podobny efekt każdy może zobaczyć na plaży, kiedy pod pewnym kątem nakładają się na siebie fale nadbiegające z morza i odbite od brzegu. Miejsce, gdzie zbiegają się ich "góry" lub "doliny", przemieszcza się, i to o wiele szybciej niż poszczególne fale. - Gdy wyobrazimy sobie, że w ten sposób nakładają się fale świetlne w próżni, będziemy mieli prosty przykład ruchu szybszego niż światło - tłumaczy Robert L. Park z Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. - I wcale nie obala to praw fizyki. Szczególna teoria względności Einsteina tego nie zakazuje. Zabrania jedynie, aby z nadświetlnymi prędkościami następował przekaz informacji - dodaje prof. Łukasz Turski z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Dlaczego? Bo to naruszałoby zasadę przyczynowości zjawisk. Gdyby informacja mogła podróżować szybciej niż światło, teoretycznie byłaby możliwa sytuacja, że gdy dla jednego obserwatora pewne zdarzenie poprzedzałoby inne, dla drugiego ta kolejność byłaby odwrotna. W zależności od obserwatora skutek zamieniałby się kolejnością z przyczyną. Można by to wytłumaczyć obrazowo np. w ten sposób, że jeden obserwator opowiadałby, jak auto zostało zatrzymane przez policję po przejechaniu na czerwonym świetle, a drugi upierałby się, że było na odwrót - najpierw policja zatrzymała samochód, a dopiero potem przejechał on na czerwonym świetle. Można wyobrazić sobie jeszcze dziwniejsze spory, np. co nastąpiło wcześniej, narodziny czy chrzciny jakiegoś niemowlaka?

-Dlatego zdaniem prof. Aephraima Steinberga włoski eksperyment pokazuje co prawda, że pewien ruch zachodzi z prędkością większą niż światło, ale nie jest to sygnał, który może nieść informację.

-Wszystko w porządku? Nie do końca. Prof. Anedio Ranfagni nie zgadza się z taką interpretacją. W "Physical Review Letters" utrzymuje on, że jego eksperyment kładzie jednak "cień wątpliwości" na pogląd, że sygnały nadświetlne nie mogą istnieć. Wskazuje, i słusznie, że granica prędkości światła jest tylko postulatem szczególnej teorii względności. Nie można jej wyprowadzić z innych fundamentalnych praw fizyki, np. kwantowej teorii światła.

-Najnowszy numer tygodnika "Science News" przytacza wypowiedzi fizyków, którzy mają wyraźną ochotę na rewizję teorii względności Einsteina. Ale jest ich niewielu. Przeważająca większość twierdzi, że eksperymenty, w których notuje się ponadświetlne prędkości, nie obalają praw natury. Wystarczy je tylko właściwie zinterpretować.
 

Skok przez mur

Na początku lat 90. Nimtz, Steinberg i Chiao przeprowadzali eksperymenty, w których fotony dokonywały prawdziwie tygrysich "skoków" z szybkością większą niż światło. W codziennym świecie nie jesteśmy w stanie przeskoczyć wysokiego muru, bo nie starcza nam na to siły. W świecie kwantów cząstka może "przetunelować", czyli przeniknąć przez przeszkodę, mimo że jej energia jest zbyt mała, by tego dokonać. W eksperymentach zmierzono czas, w jakim tunelujące fotony pojawiały się po drugiej stronie bariery. Działo się to niemal natychmiast, przenosiły się one z jednej strony na drugą szybciej niż światło. Nie przeczy to teorii Einsteina. Nie można bowiem w ten sposób przetunelować sygnału niosącego informację - tłumaczy dr Arkadiusz Orłowski z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. - Uległby on takiemu zniekształceniu, że nie można byłoby odczytać niesionego przezeń przekazu.

-Czasem zwalnia:

W ośrodku zawierającym materię (np. w powietrzu, wodzie czy szkle) światło zwalnia wielokrotnie. Uczeni na kalifornijskim Uniwersytecie Stanforda odkryli, że w chmurze atomów sodu, schłodzonych do kilkuset miliardowych części stopnia powyżej absolutnego zera, światło zwalnia do zaledwie kilku centymetrów na sekundę. Zwykły piechur może je wtedy z powodzeniem wyprzedzić.

 

Neutrino

Problemy, które fizycy mają z neutrinami, to obecnie jedne z najbardziej zagadkowych i fascynujących zagadnień w fizyce cząstek elementarnych i astrofizyce - mówi prof. Jakub Rembieliński z Uniwersytetu Łódzkiego. - Dlatego nawet tak zwariowana hipoteza, że neutrina poruszają się szybciej niż światło, brana jest pod uwagę. A jak dotąd dosyć dobrze przystaje ona do rzeczywistości. Czy jest to dobra hipoteza, pokażą eksperymenty, które są obecnie prowadzone lub przygotowywane.

A dlaczego hipoteza zasługuje na miano zwariowanej?

- Gdyby się sprawdziła, to teoretyczne osiągnięcia ostatnich 20 lat fizyki cząstek i kosmologii musiałyby ulec drastycznej rewizji. Jest to dodatkowy powód, dla którego wielu fizyków zachowuje sceptycyzm, co zresztą nauce zawsze wychodzi na zdrowie - wyjaśnia prof. Rembieliński.
 

Z pamiętnika neutrin:

Neutrina to jedne z najmniejszych składników materii - cząstki elementarne dalej już niepodzielne - które są potocznie mniej znane, ale grają równie ważną rolę, co protony, neutrony i elektrony.

Narodziły się tuż po Wielkim Wybuchu (tzw. Big Bangu), który dał początek Wszechświatowi. Od tego czasu troszkę ich przybyło, bo są stale produkowane w reakcjach termojądrowych, np. w gorących tyglach wnętrza gwiazd.

Na ich ślad natrafiono pod koniec lat 30., gdy w laboratoriach badano reakcje rozpadów promieniotwórczych. Po zsumowaniu energii wszystkich produktów rozpadu nie zgadzał się bilans. Gdzieś znikała część energii. Żeby uratować podstawowe prawo przyrody - prawo zachowania energii - wielki niemiecki fizyk Wolfgang Pauli wymyślił, że w tych reakcjach powstaje, i ucieka badaczom, jeszcze jedna cząstka - właśnie neutrino. To ona miała unosić w dal brakującą część energii.

Dopiero 26 lat później eksperymentatorom z wielkim trudem udało się złapać neutrino. Neutrina są bowiem niemal nieuchwytne. Materia jest dla nich prawie przezroczysta. Bez trudu przenikają przez planety, gwiazdy i inne przeszkody. Ktoś kiedyś obliczył, że żeby mieć pewność zatrzymania neutrina, trzeba by zbudować mur z ołowiu grubości roku świetlnego, czyli około 10 bilionów kilometrów.

Dziś neutrina z wielkim trudem łapie się w wielkich detektorach, z których największy jest Superkamiokande, w głębi starej kopalni Kamioka w Japonii. Potężny zbiornik 50 tys. ton krystalicznie czystej wody obłożony jest blisko 12 tys. detektorów, które rejestrują promieniowanie emitowane przez elektrony powstające w wyniku bardzo rzadkich zderzeń neutrin z cząstkami wody.

Jak trudno złapać neutrino, pokazuje historia sprzed dziesięciu lat. Podczas wybuchu gwiazdy supernowej w 1987 r., który był niezwykle silnym źródłem neutrin, przez detektor IMB w kopalni soli w Cleveland w Stanach Zjednoczonych przeszło w ciągu kilku sekund około dziesięciu tysięcy bilionów neutrin, z czego zarejestrowano zaledwie osiem.
 

Co wiemy o neutrinach i dlaczego tak mało?
 

Skoro cząstki te wymykają się naukowcom, to nic dziwnego, że aż do dziś potrafiły ustrzec wiele własnych tajemnic. Największą zagadką jest ich masa. Trwają spory o to, czy neutrino jest nieważkie, jak światło, czy jednak ma masę, choć bardzo niewielką (na pewno tysiące razy lżejszą od elektronu).

Drugą tajemnicą jest niedobór neutrin, produkowanych w reakcjach wewnątrz Słońca. W jądrze Słońca zachodzi siedem podstawowych reakcji jądrowych, w wyniku których emitowane są neutrina elektronowe. Teorie dokładnie wyliczają, ile powinno ich docierać do Ziemi. Eksperymentatorów jednak spotkała przykra niespodzianka: w ziemskich detektorach rejestruje się tylko mniej więcej jedną trzecią tej liczby. Co się dzieje z resztą słonecznych neutrin?

To dlatego prof. Jakub Rembieliński i jego współpracownicy odważyli się włożyć kij w mrowisko i zaproponować hipotezę, zgodnie z którą neutrina poruszają się z predkością większą niż światło.

-Wraz ze współpracownikami zaprzągłem więc swoją teorię do rozwiązania zagadki niedoboru neutrin słonecznych - mówi prof. Rembieliński.

-Jak wyjaśnić, że neutrin ze Słońca jest za mało?

Najpopularniejszym obecnie wyjaśnieniem zagadki deficytu neutrin słonecznych jest mechanizm mieszania się (transmutacji) neutrin. Idea jest prosta: jeśli powstające w głębi Słońca neutrina elektronowe zamieniają się po drodze w inny gatunek neutrin - mionowe lub taonowe - to obserwujemy ich na Ziemi za mało, bo potrafimy (na razie) rejestrować w naszych detektorach w zasadzie tylko neutrina elektronowe.

Proces "mieszania" może zachodzić na drodze Słońce-Ziemia lub być wzmacniany wewnątrz Słońca (tzw. mechanizm MSW). Co ważne, w obu wypadkach, żeby zachodziło mieszanie, neutrina muszą mieć niezerowe masy. A to nie jest jeszcze udowodnione i może być wątpliwe.

- Natomiast scenariusz proponowany przeze mnie i moich współpracowników, Kordiana Smolińskiego i Pawła Cabana, jest inny - opowiada prof. Rembieliński. - Zakładamy, że neutrina są tachionami, czyli poruszają się prędzej niż światło. Neutrino-tachion może się rozpaść na takie same neutrino o mniejszej energii oraz parę neutrino i antyneutrino innego typu. Gdy ten proces przebiega na drodze Słońce-Ziemia, to strumień neutrin elektronowych zmniejsza swą energię i w efekcie do Ziemi docierają neutrina o mniejszej energii. Tymczasem ziemskie detektory na razie rejestrują tylko neutrina o wysokiej energii. Przegapiają neutrina o zbyt małej energii i dlatego wydaje nam się, że rejestrujemy za mało neutrin słonecznych.


Jak przy okazji rozwikłać inne zagadki?


Tachionowa natura neutrino miałaby też, niezależnie od rozwiązania problemu neutrin ze Słońca, bardzo istotny wpływ na rozumienie struktury Wszechświata, problemu ciemnej materii i inflacji. - Choć to tylko spekulacje - zastrzega się prof. Rembieliński.

Na przykład problem inflacji. Z astrofizycznych obserwacji wiemy, że Wszechświat w dużej skali jest niezwykle jednorodny i izotropowy (to znaczy - jednakowy w każdym kierunku). To oznacza, że wszystkie obszary Wszechświata są niezwykle do siebie podobne, nawet te, które w chwili Wielkiego Wybuchu zostały rozdzielone i potem nigdy nie mogły kontaktować się ze sobą i oddziaływać. Aby to dziwne podobieństwo wyjaśnić, zakłada się, że tuż po Big Bangu nastąpiła tzw. faza inflacji, w czasie której Wszechświat rozszerzał się w szalonym tempie. To miało "wygładzić" wszystkie niejednorodności i różnice. Wszechświat przed inflacją można porównać do sflaczałego balonu, którego poszczególne kawałki różnią się od siebie - mają mniejsze lub większe fałdki, mniej lub bardziej rozciągniętą gumę. Ale gdy go nagle napompujemy, to wszystkie zmarszczki i niejednorodności wygładzą się. Powierzchnia balonu będzie w każdym punkcie taka sama.

- Ta hipoteza jest sztuczna i wymaga istnienia specjalnego pola kosmicznego, sterującego inflacją - mówi prof. Rembieliński.

Tymczasem gdyby okazało się, że neutrina są tachionami, wówczas jednorodność i izotropowość Wszechświata nie byłaby już dłużej zagadką. Dla tachionów nie ma bariery prędkości, więc mogą momentalnie przenosić się między dowolnymi obszarami Wszechświata i - podobnie jak woda wyrównuje swój poziom w naczyniach połączonych - niwelować różnice między nimi. Szczególnie istotne byłoby to w fazie formowania się Wszechświata.

Jeśli neutrina byłyby tachionami, to ich własności miałyby wpływ też na wyjaśnienie zagadki ciemnej materii Wszechświata. Obserwując prędkość ruchu gwiazd i galaktyk dedukujemy, że szacowana gęstość materii we Wszechświecie jest ok. dziesięciu razy większa niż ta, którą widzimy w teleskopach. Nie bardzo wiadomo, czym jest ta materia nie świecąca, nieobserwowalna. Przypuszcza się, że przynajmniej część z niej stanowią neutrina. Rzeczywiście, neutrin jest we Wszechświecie chyba więcej niż fotonów światła - ocenia się, że w każdym centymetrze sześciennym jest średnio 300 neutrin.

Jak przekonać się, że neutrino to tachion?

Czy można wykonać taki eksperyment na Ziemi, który pokaże niedowiarkom, z jaką szybkością mknie neutrino?

Prof. Grzegorz Białkowski pisał kilkanaście lat temu: "Z eksperymentalnego punktu widzenia nie ma żadnych argumentów przemawiających za istnieniem tachionów". Sytuacja się jednak zmieniła. Zdaniem prof. Rembielińskiego to, czy rzeczywiście neutrina są tachionami, czy też nie, rozstrzygną eksperymenty prawdopodobnie w ciągu kilku lat.

Jednym z najważniejszych neutrinowych eksperymentów jest mierzenie końcowego obszaru widma energii elektronu w rozpadzie beta trytu na hel-3, elektron i antyneutrino elektronowe. Okazuje się, że kształt tego widma jest bardzo czuły na rodzaj emitowanego antyneutrina: czy jest to zwykła cząstka, czy też tachion.

- W ciągu ostatniego dziesięciolecia wszystkie pomiary wprowadzały eksperymentatorów w zakłopotanie, bo spodziewali się otrzymać wyniki odwrotne - mówi prof. Rembieliński. - Wraz z Jackiem Ciborowskim z Uniwersytetu Warszawskiego przeprowadziliśmy rachunki i symulacje komputerowe tego procesu przyjmując, że neutrino to tachion. Okazało się, że krzywa teoretyczna i doświadczalna są praktycznie identyczne. Oznacza to, że potrafimy wyjaśnić anomalię tego procesu.

- Oczywiście, możliwe, że w tym eksperymencie jest popełniany jakiś błąd systematyczny. W tej chwili Jacek Ciborowski jest w kontakcie z grupami eksperymentalnymi z Troitska (pod Moskwą) i z Moguncji (Niemcy), gdzie wykonywane są najbardziej precyzyjne doświadczenia z rozpadem trytu. Nasze wyniki dotyczące wyjaśnienia anomalii w rozpadzie beta były prezentowane w sierpniu na konferencji w Jerozolimie. Obecnie kończymy pracę, którą wyślemy w październiku do publikacji.

- Rozpad trytu to jedyny obecnie dokładny pomiar związany z neutrinami - uzupełnia Jacek Ciborowski. - Jeśli neutrino elektronowe ma masę równą zero, wówczas widmo energii elektronów powinno liniowo maleć do zera. Jeśli neutrino ma masę niezerową (tak jak inne zwykłe cząstki, np. elektron) - wówczas punkt końcowy wypadnie poniżej zera, zaś widmo "zagnie" się przy samym końcu w dół. Ale wyniki doświadczalne pokazują, że jest przeciwnie: widmo nie zagina się ku dołowi.

- Wiedzeni intuicją rozważyliśmy rozpad z tachionowym neutrinem. Okazuje się, że policzona amplituda prowadzi do widma z "górką" przy końcu. A trzeba dodać, że dotychczas nie znaleziono wytłumaczenia tego zjawiska na gruncie fizyki konwencjonalnej, choć rozważano wiele przyczyn. Ponadto okazało się również, że hipoteza tachionowego neutrina tłumaczy łamanie parzystości w oddziaływaniach neutrin, fakt obserwowany doświadczalnie od 40 lat, lecz nie wyjaśniony do tej pory - mówi Ciborowski.

 

Czy najnowsze eksperymenty wciąż pasują?

 

Tuż przed latem tego roku wykonany został najdokładniejszy dotychczas pomiar końca widma elektronów z rozpadu trytu przez grupę fizyków z Moguncji.

- Wstępne wyniki przedstawione zostały na letnich konferencjach. Na oko nasze widmo pasuje do danych, ale dopiero w październiku lub w listopadzie wybiorę się do Moguncji, aby je dopasować za pomocą komputera - mówi Jacek Ciborowski. - Jestem jednak przekonany, że będzie pasować. Również na oko pasuje widmo zmierzone przez rosyjską grupę z Troitska.

- Te wyniki nie dają jeszcze rozstrzygnięcia, czy neutrino jest tachionem, ale stanowią poważne argumenty za rozważeniem tej hipotezy - dodaje Ciborowski. - Osobiście uważam za mało prawdopodobne, aby zgodność tych naszych dwóch przewidywań, rozpadu trytu i niedoboru neutrin słonecznych, była przypadkiem, tzn. dopuszczam z dużym prawdopodobieństwem to, że neutrina są tachionami - sądzi Jacek Ciborowski. - Trzeba jednak znaleźć zjawisko lub pomiar rozstrzygający. Na razie mogę zaproponować dwa eksperymenty, których wyniki byłyby rozstrzygające - niestety niewykonalne z powodów technicznych i finansowych w obecnych czasach.

Jeśli neutrina rzeczywiście okazałyby się tak szybkimi podróżnikami, to czy można byłoby to praktycznie wykorzystać?

- To jest chyba najtrudniejsze pytanie i właściwie nie potrafię nic na ten temat powiedzieć. Chyba tylko jedynie to, że gdybyśmy potrafili konstruować nadajniki i odbiorniki (np. teleskopy neutrinowe, za które od biedy można uważać niektóre obecne detektory neutrin), to możliwa byłaby prawie natychmiastowa komunikacja z najbardziej odległymi zakątkami Wszechświata. Dla neutrin Wszechświat jest bowiem przezroczysty - odpowiada prof. Rembieliński. - Jeśli hipoteza tachionowa jest zgodna z rzeczywistym światem, na pewno zrobiłaby go ciekawszym.

3)

Po raz pierwszy tajemnicza więź, zwana kwantowym splątaniem, wykroczyła poza mikroświat atomów. Duńskim naukowcom udało się powiązać ze sobą dwa duże, widoczne gołym okiem obiekty. Dzięki łączącej je więzi - niezależnie od tego jak wielka będzie je dzieliła odległość - wieść o tym, co stanie się z jednym z nich, dotrze do drugiego szybciej niż światło

Wiele spektakularnych osiągnięć techniki XX wieku jest opartych na prawach mechaniki kwantowej. Gdyby nie ona, nie znalibyśmy dziś m.in. laserów, reaktorów nuklearnych, półprzewodników i procesorów. Choć ze wszystkich tych dobrodziejstw korzystamy bez oporów, wciąż trudno nam przywyknąć do wynikających z tej teorii zjawisk sprzecznych z ludzką intuicją.

Einstein określił to zjawisko jako :

“ upiorne oddziaływanie na odległość”

- Wyobraźmy sobie np. kwantowy rower. Kierownica i przednie koło są w nim połączone tak, że kiedy skręcimy kierownicą, to natychmiast skręci również koło. A teraz rozdzielmy je - kierownicę zostawmy na Ziemi, a koło wyekspediujmy np. do Wielkiej Mgławicy Andromedy oddalonej o dwa miliony lat świetlnych. Choć brzmi to niewiarygodne, jeśli na Ziemi ruszymy kierownicą, to na Andromedzie koło skręci natychmiast, wcale nie czekając dwóch milionów lat, aż informacja o tym, w którą stronę skręciła kierownica, dotrze z Ziemi najszybszym z możliwych w przyrodzie sygnałów - falą radiową lub świetlną.

- Istnienie tego zjawiska było dla wielu fizyków dowodem na to, że z mechaniką kwantową jest coś nie w porządku. Einstein wierzył, że tak naprawę nie ma mowy o "telepatycznym" przekazywaniu informacji, a cały efekt splątania jest spowodowany istnieniem jakichś ukrytych parametrów, których ówczesna teoria kwantowa nie uwzględniała.

Pokażmy to na przykładzie dwóch kulek, czarnej i białej, umieszczonych w kapeluszu. Teraz rozdzielimy je podobnie, jak kwantowy rower. Z zamkniętymi oczami wyciągamy jedną z nich z kapelusza i od razu wysyłamy na Marsa. Tam dopiero sprawdzamy barwę kulki. Jeśli jest biała, to od razu wiemy, że kulka pozostawiona na Ziemi jest czarna. Proste? Wcale nie musimy używać do tego telepatii. Nie nastąpiła żadna wymiana sygnałów. Nie ma mowy o żadnym natychmiastowym oddziaływaniu na odległość. Tyle, że aby określić barwy obu kulek, musieliśmy wcześniej wiedzieć, że jedna była czarna, a druga biała. To są właśnie parametry ukryte, o których myślał Einstein.

W latach 60. brytyjski fizyk John Bell wymyślił, jak można sprawdzić eksperymentalnie, czy kwantowe splątanie jest właśnie takim efektem, wynikającym z istnienia parametrów ukrytych. Zaproponowane przez niego eksperymenty wykonano. I odkryto, że Einstein się mylił. Mechaniki kwantowej nie trzeba uzupełniać o żadne ukryte parametry, a kwantowe splątanie jest jednak niezwykłym, nie poddającym się codziennej intuicji faktem.

Dzisiaj fizycy nie poddają tego w wątpliwość, zwłaszcza że udało się im doświadczalnie splątać ze sobą kwanty światła (fotony), a nawet całe atomy. Przeprowadzano doświadczenia, w których rozdzielano takie splątane cząstki na odległość najpierw milimetrów, a potem kilometrów, a one wciąż "komunikowały się" ze sobą natychmiast, tak jak przewidywała teoria. Choć nadal nie bardzo wiadomo, co sprawia, że cząstka natychmiast "wie", co dzieje się z jej partnerem, wymyślono już liczne pożyteczne zastosowania tego efektu. Np. w kryptografii można by szyfrować wiadomości kluczem niemożliwym do ukradzenia i złamania (ta technika jest już w zasięgu ręki). Bardziej fantastyczne pomysły mówią o kwantowym komputerze, który dzięki swoim właściwościom miałby tak wielką moc obliczeniową, że mógłby się zmierzyć z problemami zbyt skomplikowanymi dla współczesnych maszyn. Przede wszystkim fizycy marzą jednak o teleportacji, czyli możliwości natychmiastowego przenoszenia rozmaitych obiektów na dowolne odległości. Kłopot w tym, że większość z tych zastosowań wymaga splątania nie pojedynczych fotonów, czy atomów, lecz dużo większych obiektów, jak choćby pakiet informacji. W końcu z takimi obiektami mamy zazwyczaj do czynienia na co dzień.

-Taka sztuka udała się teraz trzem duńskim fizykom pod kierunkiem Eugene Polzika z Uniwersytetu w Aarhus. Szczegóły swego eksperymentu opisują w liście do wczorajszego tygodnika "Nature" . Nie, na razie nie urzeczywistnili jeszcze scenariusza filmu "Mucha". Udało się im jednak splątać naprawdę spore obiekty - dwie chmury atomów cezu, z których każda zawierała miliardy atomów. Co ciekawe, zespołowi Polzika po raz pierwszy udało się zrobić to, co - jak sądzą fizycy - jest kluczem do efektywnej teleportacji. - Dokonane przez nich splątanie nie wiąże ze sobą poszczególnych atomów obu chmur cezu. To wypadkowa ruchu atomów jednej chmury jest splątana z wypadkową ruchu atomów w drugiej chmurze - komentuje dla "Gazety" prof. Wojciech Żurek z Instytutu w Santa Fe w USA. To znaczy, że chmura jako całość wygląda i zachowuje się identycznie jak jej "telepatyczna siostra". Jak to zrobili? Otóż każdy z atomów cezu posiada spin, czyli coś na kształt maleńkiej, wewnętrznej igły magnetycznej. Jeśli spiny atomów ustawiają się zgodnie, to się wzmacniają, a jeśli przeciwnie, to się osłabiają. Duńczycy mierzyli wypadkowe namagnesowanie obydwu chmur atomowych. I ten wypadkowy spin obu chmur splątali ze sobą. Co prawda tylko na mgnienie oka, około pół milisekundy, jednak w atomowej skali czasu to prawie wieczność.


 

-Do czego mogą się przydać takie splątane chmury atomów? Wojciech Żurek uważa, że np. do przesyłania i przechowywania danych w kwantowym komputerze. - Jeśli chcemy skorzystać z efektu splątania "na miejscu" (np. w pamięci komputera), to musimy splątać coś stacjonarnego, np. właśnie kolektywny stan wielu atomów, tak jak to zrobił Polzik. Dlatego splątanie atomowych chmur jest lepsze od splątania fotonów, bo fotony cały czas gonią z prędkością światła - dodaje uczony.

  • Ta praca może utorować drogę teleportowaniu stanów materii - pisze też w "Nature" J. Ignacio Cirac z Instytutu Teoretycznej Fizyki w Innsbrucku w Austrii

4)

 

Szczególna teoria względności Alberta Einsteina z początku tego wieku, fundament współczesnej fizyki, dopuszcza istnienie tachionów.

Według tej teorii mogą istnieć trzy rodzaje cząstek. Pierwszy odpowiada cząstkom masywnym (bradiony). To są dobrze dziś znane cegiełki materii, z których zbudowane są atomy - protony, neutrony, elektrony itp. One poruszają się zawsze wolniej niż światło i też nie sposób ich rozpędzić do prędkości światła, bo wraz ze wzrostem prędkości stawiają coraz większy opór i rozpędzanie ich wymaga coraz więcej energii.

Drugi rodzaj cząstek to cząstki, które nie mają masy (luksony). Do tej grupy zaliczają się fotony (cząstki światła), gluony (sklejające kwarki) i grawitony (hipotetyczne jeszcze cząstki, które przenoszą siłę grawitacji). One wszystkie poruszają się dokładnie z prędkością światła.

Natomiast trzeci rodzaj cząstek, których istnienie dopuszcza teoria Einsteina, to właśnie hipotetyczne tachiony, które miałyby poruszać się prędzej niż światło.

Co tachiony różni od zwykłych cząstek?

-Tachion nie może zwolnić do prędkości mniejszej, czy nawet równej prędkości światła. Podobnie jak zwykłych cząstek materii nie możemy rozpędzić do prędkości światła, tak też tachionów nie możemy do tej prędkości wyhamować.

Okazuje się, że bariery światła nie można przekroczyć, choć można znajdować się po obu jej stronach. - Aby być tachionem, trzeba się nim po prostu urodzić - mówi prof. Rembieliński. A wtedy dzieją się cuda. Gdy energia tachionu maleje, jego prędkość rośnie. Zupełnie odwrotnie niż u zwykłych cząstek. Tachion o bardzo małej energii może pędzić z prawie nieskończoną prędkością.

Dziwne?

- Znacznie dziwniejszy jest foton, który może mieć tylko jedną jedyną wartość prędkości, czyli prędkość światła, ani nie można go przyspieszyć, ani zwolnić - zauważa prof. Rembieliński.

 

Dlaczego o tachionach cicho w świecie fizyki

-Wyobraźmy sobie, że mamy teleskop "tachionowy". Wtedy możemy "widzieć" najdalsze zakątki Wszechświata dokładnie takie, jak wyglądają w tej chwili. Wtedy też natychmiast może dotrzeć do nas informacja o tym, co się dzieje na drugim krańcu Wszechświata. Taki skok w przestrzeni i czasie wydaje się niemożliwy.

- Nikt dotąd nie traktował serio możliwości istnienia tachionów, gdyż sprawiają one jedną istotną trudność: niezachowanie porządku przyczynowego - twierdzi prof. Jakub Rembieliński.

Tak też pisał przed laty prof. Grzegorz Białkowski w "Starych i nowych drogach fizyki" (wyd. Wiedza Powszechna): "Koncepcja tachionów jest sporna z czysto teoretycznego punktu widzenia, właśnie z pozornym przynajmniej gwałceniem przez tachiony warunku przyczynowości".

O co chodzi z tym gwałtem na przyczynowości? Byłaby mianowicie możliwa taka sytuacja, że gdy dla jednego obserwatora pewne zdarzenie poprzedzałoby inne zdarzenie, to dla drugiego obserwatora ta kolejność byłaby odwrotna. Oznacza to, że w zależności od obserwatora skutek zamieniałby się kolejnością z przyczyną. To byłoby dziwne i nielogiczne.

Nikogo nie dziwi względność prędkości. Pasażerowi autobusu może wydawać się, że samochód widziany za oknem autobusu stoi w miejscu. Tymczasem pieszy będzie się upierał, że ten sam samochód porusza się z dużą prędkością.

Każdego jednak zdziwiłoby, gdyby jeden obserwator opowiadał, że auto zostało zatrzymane przez policję po przejechaniu na czerwonym świetle, a drugi obserwator upierał się, że było na odwrót - najpierw policja zatrzymała samochód, a potem przejechał on na czerwonym świetle. A można wyobrazić sobie jeszcze bardziej dziwne spory między obserwatorami - np. co nastąpiło wcześniej, narodziny czy chrzciny? Takie paradoksy fizycy nazywają kauzalnymi.

Czy można mieć tachiony i uniknąć paradoksów

-W latach 70. Feinberg zaproponował teorię, która miała te kłopoty z tachionami rozwiązać (tzw. zasada reinterpretacji). - Ukazały się dziesiątki prac naukowych, ale w końcu okazało się, że nadal paradoksów uniknąć się nie daje - opowiada prof. Rembieliński. - I to jest odpowiedź, dlaczego niektórzy fizycy nie lubią tachionów.

Warunkiem koniecznym do postawienia hipotezy, że neutrina są tachionami, byłaby spójna teoria - wolna od paradoksów, związanych z łamaniem przyczynowości.

- Taką teorię niedawno zaproponowałem. Nie ma już paradoksów kauzalnych, dowolnie dużych ujemnych wartości energii itp. Można też na jej podstawie zbudować teorię kwantową, która ma wszystkie wymagane cechy, np. stan próżni w takiej teorii jest stabilny - mówi prof. Rembieliński. I zastrzega: - Proszę tylko nie stwarzać wrażenia sensacji; to nie zawsze pomaga. Poza tym wielu fizyków ma nadal "alergię" na tachiony.

Brak paradoksów to nie wszystko. Porządna teoria powinna nie tylko wyjaśniać zjawiska z udziałem tachionów, ale też umieć obliczyć czasy życia, szerokości rozpadów, przekroje czynne itp.

5)

 

Cząsteczki elementarne

-Są to cząstki, których budowa wewnętrzna nie jest znana i których przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na części składowe. Stanowią one podstawowe elementy budowy materii, a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i przebieg procesów w otaczającym nas świecie. Cząstki elementarne charakteryzowane są przez następujące wielkości: masę spoczynkową, ładunek elektryczny, spin (czyli moment pędu), moment magnetyczny oraz średni czas życia. Masę spoczynkową cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV); ładunek elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0, +1, -1, +2, -2 ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1); średni czas życia podawany jest w sekundach. Podstawowym kryterium podziału cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa. Wg tego kryterium, poza fotonem, rozróżnia się cząstki elementarne lekkie - leptony, o średniej masie - mezony i ciężkie - bariony. Mezony i bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych - są to tzw. hadrony. Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki. Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ , co oznacza kres ich istnienia. Np. w wyniku zderzenia pozyton i elektron zamieniają się na dwa fotony. Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głównie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego. O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych. Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok. 100 lat:-1896r- J.J.Thomson odkrył elektron ujemny -negaton, -1905r-A. Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932.-1932r- J. Chadwick odkrył neutron, a C.D. Anderson i P. Blackett elektron dodatni -pozyton. W. Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C. Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H. Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- C.D. Anderson i S.H. Neddermeyer wykryli mezon. Kolejne lata przynosiły, odkrycia nowych cząsteczek elementarnych., obecnie jest ich już kilkaset. Z definicji cząsteczki wynika jednak, że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej, a właściwie ich niedoskonałości. Można sądzić, że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne, a może nawet wszystkie, nie zasługuje na to miano. Obecnie sądzi się powszechnie, że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki.

 

RODZAJE CZĄSTEK ELEMENTARNYCH

ANION

Jon ujemny; atom lub grupa atomów wykazująca ujemny ładunek elektryczny. Aniony mają nadmierną liczbę elektronów; tworzą się np. podczas dysocjacji elektrolitycznej.

ANTYCZĄSTKA

Odpowiednik cząstki elementarnej (np. protonu, neutronu, elektronu) o takiej samej masie, spinie, czasie życia, lecz przeciwnym ładunku i zwrocie momentu magnetycznego. Zderzenie antycząstek z odpowiadającą jej cząstką powoduje anihilację.

BARIONY

Cząstki o spinie połówkowym. Do barionów zalicza się hiperony i nukleony oraz ich stany rezonansowe. Bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych, a także elektromagnetycznych i słabych

BOZONY- CZĄSTKI BOSEGO

Cząstki o spinie całkowitym. Są nimi fotony, mezony, układy złożone z bozonów, a także układy złożone z parzystej liczby fermionów. Liczba bozonów w dowolnym stanie kwantowym nie jest ograniczona, a układ taki opisywany jest funkcją falową.

DEUTERON

Jądro atomu deuteru -wodoru ciężkiego. Składa się z protonu i neutronu. Liczba atomowa 1, liczba masowa 2. Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub symbolem d, stosowany jest do wywoływania reakcji jądrowych.

ELEKTRON

Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 9,1 · 10-31kg, ujemnym ładunku elektrycznym 1,6 · 10-19C i spinie , odkryta w 1897r przez J.J. Thomsona. Obok protonów i neutronów elektrony są podstawowymi składnikami materii, tworzącymi w atomach powłoki elektronowe, których struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii. Elektron posiada swoją antycząstkę - pozyton, o dodatnim ładunku elektrycznym równym ładunkowi negatonu. Elektrony występują też jako cząstki swobodne, wyrwane z atomów w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy, jaką trzeba wykonać, by przemóc siły wiążące elektron z atomem , np. w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji). Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwórczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych. Wiązki elektronów, mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Broglie'a, znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych.

FERMIONY

Cząstki podlegające statystyce kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa. Charakteryzują się spinami połówkowymi. Do fermionów należą m.in. elektrony, nukleony, neutrina

FONON

Nibycząstka. Kwant energii drgań harmonicznych sieci krystalicznej lub powierzchni jądra atomu; teoria fonów wyjaśnia m.in. nadprzewodnictwo niskotemperaturowe

FOTON

Kwant energii pola elektromagnetycznego, cząstka elementarna o masie spoczynkowej m 0 = 0, l ,liczbie spinowej s = 1, nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, poruszająca się z prędkością światła w próżni. Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego; jego energia (E), pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (?) promieniowania i są równe: E = h?, p = h? /c, m = h ? /c2, gdzie: h = 6,62*10-34 Js (stała Plancka). Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny. I odwrotnie - gdy atom lub jądro pochłania foton, to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny. Ponieważ różnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona, wielkość fotonów emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna, lecz jest równa tej różnicy. Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa. Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A. Einstein na podstawie koncepcji kwantów M. Plancka.

GLUON

Cząstka elementarna, bozon pośredniczący w oddziaływaniach silnych kwarków. W oddziaływaniach silnych gluony, odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie, oddziałują ze sobą. Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw. kolorach). Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogóle niemożliwe), jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia. Nazwa pochodzi od angielskiego słowa “glue” (klej)

GRAWITON

Przewidywany teoretycznie, lecz dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego. Według kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową równą zero i spin równy 2.

HADRONY

Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych). Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połówkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym). Większość hadronów jest nietrwała. Składają się z kwarków, np. bariony są zbudowane z 3 kwarków, mezony zaś z pary kwark-antykwark. Mają rozmiar rzędu 10-15 metra.

HIPERONY

Cząstki elementarne z grupy barionów, cięższe od nukleonów, lecz lżejsze od deuteronów. Hiperony powstają w zderzeniach mezonów i nukleonów z nukleonami lub jądrami atomowymi . Są cząstkami nietrwałymi, o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy, rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych, niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych. Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r przez G.D. Rochestera i C.C. Butlera.

JON

Atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym; powstają w wyniku jonizacji, przyłączania elektronów do obojętnych atomów lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej. W zależności od liczby posiadanych ładunków elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronów) mogą być jedno-, dwu-, trój- itd. dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony). Charakteryzuje je również określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej. Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym). W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji), w roztworach elektrolitów są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem, występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw. kryształów jonowych. Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi. W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np. na biochemiczne właściwości białek). Nazwę jonów wprowadził w 1824r M. Faraday

KATION

Jon dodatni, atom lub cząsteczka z niedomiarem elektronów. Przykłady: kation (prosty) sodu Na+, kation potasu K+, kation wapnia Ca2+, kation (złożony) amonu NH4+, kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+. W procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda).

KWARKI

Podstawowe, uznawane za najbardziej elementarne, cząstki materii, z których zgodnie ze współcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony. W przyrodzie istnieje 6 kwarków i 6 odpowiadających im antykwarków. Ich odmiany (tzw. zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw: u (up - górny), d (down - dolny), s (strange - dziwny), c (charm - powabny), b (beauty - piękny, nazywany także bottom - denny) oraz t (true - prawdziwy lub inaczej top - szczytowy). Wszystkie kwarki mają spin 1 liczbę barionową 1/3 oraz jedną z dwóch wartości ładunku elektrycznego; kwarki u, c, t ładunek 2/3 e, natomiast kwarki d, s, b ładunek 1/3 e ( e - ładunek elementarny). Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty. Tworzą one inne cząstki (np. protony, neutrony), a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone. Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (różniące się od kwarków w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach całkowitych, np.: proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d, neutron - 2 kwarki d i 1 kwarek u, mezon+ - po jednym kwarku u i d. Hipoteza zakładająca istnienie kwarków jako podstawowych składników hadronów została sformułowana w 1964 r, niezależnie, przez M. Gell-Manna i G. Zweiga. Nazwa kwarków wprowadzona przez M. Gell-Manna . Poszukiwania dowodów istnienia kwarków trwały wiele lat. Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA, a istnienie ostatniego z sześciu kwarków - (t) - potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r. Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu standardowego, najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego..

LEPTONY

Cząstki elementarne nie biorące udziału w oddziaływaniach silnych, np. neutrina, elektrony, miony. Wszystkie leptony są fermionami, mają spin połówkowy i liczbę barionową równą 0.

MEZONY

Silnie oddziałujące cząstki elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie barionowej. Do najlepiej poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony K). Nazwa pochodzi od greckiego mésos - pośredni, bowiem mezony mają masę pośrednią między masą elektronu i masą protonu.

MIONY , µ

Cząstki elementarne o ładunku elektrycznym równym ładunkowi elektronu i masie 105,7 MeV. Są nietrwałe (średni czas życia wynosi 2,197 *10-6 s). Mają własności podobne do elektronów. Odkryte 1937 przez C.D. Andersona i S.H. Neddermeyera.

NEGATON

Nazwa wprowadzona 1948 dla ujemnego elektronu, w odróżnieniu od elektronu dodatniego -pozytonu, wraz z którym tworzy pierwszą poznaną parę „cząstka – antycząstka”

NEUTRINO , ?

Trwała cząstka elementarna z grupy leptonów o ładunku elektrycznym równym zeru i spinie połówkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej. Neutrina są produktem promieniotwórczego rozpadu ß, wychwytu elektronu i rozpadu mionów oraz mezonów ? i K (istnieją neutrina elektronowe , neutrina mionowe, neutrina taonowe ). Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok. 1 mln neutrinów. Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W. Pauliego, a zaobserwowane w 1956 r przez F. Reinesa i C.L. Cowana.

NEUTRON

Cząstka elementarna z grupy barionów. Ładunek elektryczny 0, masa 1,67 · 10-27kg, spin połówkowy. Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych. Swobodny neutron ulega rozpadowi ß na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. Średni czas życia 0,93 ? 103 s. Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego). Neutron został odkryty w 1932 r przez J. Chadwicka.

NUKLEON

Cząstka elementarna, podstawowy składnik materii jądrowej, istniejąca w dwóch stanach ładunkowych: nukleon naładowany dodatnio - proton, nukleon elektrycznie obojętny - neutron. Masa obu nukleonów w przybliżeniu wynosi 939 MeV/c2. Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw. antynukleony), których istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie. Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych, elektromagnetycznych i słabych. Liczba nukleonów w jądrze jest zwana liczbą masową, ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -izotopy.

PARTONY

Wspólna nazwa dla cząstek będących składnikami barionów i mezonów. Hipoteza partonów sformułowana została po odkryciu złożoności protonu przez R. Hofstadter. Wykorzystywana jest w obliczeniach. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony, kwarki i antykwarki.

POZYTON

Cząstka elementarna (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak masa elektronu, lecz o elementarnym ładunku dodatnim. Swobodny pozyton jest cząstką trwałą. Jego zderzenie z negatonem prowadzi do anihilacji. Odkryty w 1932 r przez C.D. Andersona.

PROTON

Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 1,67* 10-27 kg, elementarnym ładunku dodatnim 1,60* 10-19 C i spinie 1. Składnik każdego jądra atomowego. Liczba protonów w jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z). Odkryty w 1919 r przez E. Rutherforda. W 1955 r odkryto antycząstkę protonu - antyproton.

TACHIONY

Hipotetyczne cząstki o prędkościach większych od prędkości światła w próżni. Ruch tachionu byłby równoważny poruszaniu się wstecz w czasie.

 

NINIEJSZA PRACA ZOSTAŁA NAPISANA PRZEZ MOJEGO KOLEGĘ MARIUSZA. PROSIŁ MNIE, ABYM ZAZNACZYŁ, IŻ MATERIAŁY W TEJ PRACY POCHODZĄ Z INNYCH STRON WWW ORAZ Z WŁASNEJ JEGO WIEDZY.

didier
O mnie didier

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie