#35 'Masz Piątaka?', czyli Piąta Siła Fundamentalna

0. Czy bobry?

Witam,

Dziś mamy na kolację cwaniaka, który być może da nam piątaka ;)

Ten głupawy żart to tylko preludium fizyki, którą dziś chciałbym Was trochę uraczyć. Będziemy rozmawiać - ja pisać, Wy - czytać, o ile starczy Wam zapału, o prawdopodobnie nieprawdopodobnym odkryciu - piątej sile fundamentalnej.

Pięć sił fundamentalnych to o jedną za dużo, bo na razie mamy cztery, w pełni potwierdzone i realnie istniejące, piątej szukają wszyscy w półświatku fizycznym, na razie bezskutecznie, ale są oznaki.

A raczej - wskazówki, że istnieje, istnieją :)

Informacje pochodzą z roku 2016, dlatego są lekko nieaktualne, może już odkryli szóstą, a ja piszę o piątej? ;)

To też żart, zajmiemy się piątą.

1. Wstępniaczysko.

Niedawne odkrycia sugerują, że, być może, odkryto piątą siłę fundamentalną w przyrodzie. Wszystko dzięki znalezisku na gruzach kolidujących w akceleratorach cząstek protonów, neutronów i innych bizonów.

W dużym skrócie o siłach fundamentalnych, co to jest, z czym to się je, i czy warto wogóle sięgać po widelec ;)

2. Siły fundamentalne w przyrodzie nieożywionej. Inaczej - tzw. Oddziaływania.

a. Elektromagnetyczne.

Siły elektromagnetyczne to cała znana nam gama zjawisk przyciągania magnetycznego, wyładowań elektrycznych, oraz światło. Pole elektromagnetyczne oscyluje, tworząc fale - radiowe, mikrofale, podczerwone, widzialne, nadfioletowe, Roentgena... Nośnikiem, kwantem, jest foton. Dzięki sile elektromagnetycznej widzimy, umyte włosy stają dęba przy czesaniu, a magnes trzyma się na lodówce.

b. Grawitacyjne.

Najbardziej zagadkowe, bo najsłabsze z wszystkich czterech.

W uproszczeniu grawitacja to siła - jednak według OTW Einsteina to ugięcie czasoprzestrzeni. Efekt jest ten sam - jabłko spada komuś na głowę, planety kręcą się wokół Słońca. Masa - to klucz do oddziaływania grawitacyjnego.

Są trzy ujęcia grawitacji - Kwantowa (prawie czysta matematyka, niemal tylko w teorii, jeszcze nie odkryta, brrrr, nie bierzemy się za to), Newtonowska (grawitacja to siła; piłka odbija się od murawy, bo przyciąga je Ziemia, która posiada pewną masę, a wielkość siły przyciągania zależy od ilości tej masy), oraz ta zaproponowana przez Einsteina - grawitacja to tylko efekt wizualny, a jego przyczyną jest ugięcie czasoprzestrzeni; kwantówkę stosujemy do oddziaływania na poziomie, hmmm, no... kwantów :), jednak w tej nanoskali jest tak słaba, że w obliczeniach może być pomijana... Poza tym, nikt jeszcze nie opracował spójnej i w pełni działającej teorii kwantowej grawitacji. Newtońskiej używamy do obliczeń zachowań ciał na Ziemi i na kartkówkach z fizyki przy obliczaniu prędkości ciała zsuwającego się po równi pochyłej :) Einsteinowkiej używa się do obliczeń ruchu ciał niebieskich oraz, np., w takich urządzeniach jak GPS :) To ostatnie to ciekawy fakt, bo gdyby nie uwzględnić poprawek Einsteina do mechaniki klasycznej, GPSy myliłyby się o kilometry!

Kwantem, niestety teoretycznym, bo nieodkrytym, jest grawiton.

Starczy o tej grawitacji, bo zapędzę się w kozi róg. A Wy zaraz za mną, lepiej w to nie brnijmy.

c. Jądrowe Silne.

Odpowiedzialne jest za wiązania barionów i mezonów. W skrócie - gdyby nie ono, składniki jądra atomowego (proton i neutron) nie mogłyby tworzyć całości, czyli jądra właśnie. Nie byłoby atomów, cząstek, materii w-o-g-ó-l-e. Ma bardzo słaby zasięg, dlatego dotyczy tylko barionów (którymi są właśnie, m.in., proton i neutron), oraz mezonów (np. piony i kaony). Czyli, po prostu, pewne cząstki elementarne.

d. Jądrowe Słabe.

Bardzo tajemnicze. Przenoszone są przez masywne cząstki, które mają krótki czas istnienia i zachowują się jak duchy - pojawiają się to tu, to tam ;) Odpowiedzialne jest m.in. za przemiany promieniotwórcze pierwiastków, ale nie tylko... Mogą zrobić niezłego psikusa i sprawić, że cząstka elementarna pewnego typu zamieni się w cząstkę elementarną innego typu. Mówiłem, że tajemnicze!

Uffff.

Przebrnęliśmy przez etap szkolnictwa na poziomie liceum.

Teraz zapraszam Was na podróż do fizyki niemal z piekła rodem ;)

3. Parę słów wstępu jeszcze.

Jonathan Feng, profesor fizyki i astronomii: 'Przez dziesięciolecia próbowaliśmy dojrzeć poza cztery podstawowe siły fundamentalne, poza tzw. Model Standardowy. Jeśli nasze odkrycia są prawdziwe, całkowicie zmieni się postrzeganie Wszechświata, a, być może, zakończy się to całe zamieszznie nawet unifikacją sił'.

Słów kilka o teorii unifikacji: przewiduje się, że podczas pierwszych sekund istnienia Wszechświata, zaraz po Wielkim Wybuchy, nasze Uniwersum było tak gęste i gorące (bo skompresowane do mikroskopijnych rozmiarów, zanim zaczęło się rozszerzać), że nie istniał podział na siły fundamentalne, była jedna, wielka siła! :) Więcej znajdziecie pod hasłem 'GUT - Grand Unification Theory', ja się tu nie wgłębiam, bo się tak wgłębię, że się nie wygłębię, i zostanę nie Laikiem, nawet nie Tłukiem, tylko Głąbem ;)

4. Do Rze, czy do Rzeczy?

Badacze z UCI (University of Caroline, Irvine) natknęli się na pracę fizyka jądrowego z Hungarian Academy of Sciences, który szukał 'ciemnych fotonów'. To też bardzo ciekawe, tu wszystko jest ciekawe! Dlatego się nie... wgłębiam, bo... ;) Ciemne fotony to możliwy trop do istnienia ciemnej materii (Moje Laiki. Tyle jest blogów i informacji o ciemnej materii, że wiecie, co robić). Prace węgierskiego fizyka odsłoniły anomalię rozpadu radioaktywnego, która wskazuje na istnienie cząstki światła około 30% cięższej niż elektron...

To świetna informacja, ale idźmy dalej.

Badacze nie mogli jednak stwierdzić, czy to nośnik nowej siły fundamentalnej. Po prostu, na ówczesnym poziomie wiedzy nie udało się stwierdzić, czy to nowa cząstka elementarna, czy cząstka-nośnik nowej siły fundamentalnej.

Panie i Panowie z UCI poszli jednak krok dalej i orzekli z ostateczną pewnością, że to na pewno żadne tam 'ciemne fotony' ani inne cząstki materii. Zaproponowali całkowicie nową teorię, która bierze w garść całą informację Węgrów, scala je w jedną, kompletną hipotezę: możemy mieć dowody na nową siłę fundamentalną!

5. Precz z Ciemnym Fotonem, niech żyje Bozon X.

To może być przełom. Prace, żmudne i katorżnicze, doprowadziły ich do punktu wrzenia, i z wściekłości napisali na arXiv (takie forum profesjonalnych fizyków, gdzie zamieszczają swoje artykuły, ogólnodostępne w necie, istne kompendium wiedzy, rzetelnej i sprawdzonej, choć nieraz zdarzą się, tu i tam, jakieś 'dzikie teorie'), że może być to 'Bozon X'. Już was widzę: mutanty, X-meny, dalej boję się pisać... ;)

Co to takiego, ten Bozon X? Otóż.

Podczas gdy zwykła siła elektrostatyczna oddziałuje na protony i neutrony (odpycha je od siebie), ten nowy bozon oddziałuje tylko z elektronami i neutronami, do tego na bardzo ograniczonym poletku, odległości, zwał, jak zwał. Zawał, i to mózgu :) Timothy Tait, profesor fizyki i astronomii orzekł, iż nie ma innego bozonu, który miałby podobne cechy. Stąd X, jak nieznany. To ci dopiero Profesor X! :)

6. Całościowo Rzecz ujmując...

Feng: 'Dalsze badania będą kluczowe. Cząstka nie jest ciężka, a w laboratoriach już dawno osiągano energie potrzebne do wykonania wymaganych badań.'

Leniuchy! Energie mamy od lat 50 i 60 ubiegłego wieku, a tym się nie chce, no co za opieszalcy. Fizycy i Laicy zrobiliby to szybciej, lepiej i taniej ;)

Jednak powody opóźnienia są inne, żarty na bok. Reakcje między cząstkami są bardzo nieuchwytne, słabe. Jednak dzięki faktowi, że cząstka X jest tak lekka, istnieje możliwość, że małe laboratoria, rozsiane po całym świecie, będą mogły zająć się dalszymi badaniami. To coś jak projekt SETI - komputery globu połączyły się i szybciej znajdą UFO :)

7. Elektryzujący koniec.

Ciekawostka: jest możliwość, że ta piąta siła fundamentalna mogłaby być, podobnie jak siła elektromagnetyczna, jądrowa silna i słaba, swego rodzaju 'obwieszczeniem Natury', że istnieje jakieś inne, bardziej podstawowe oddziaływanie...

Matko jedyna, wszędzie Siły, a ja już nie mam siły pisać. Poważnie. Neurony mi wysiadają, dlatego rąbnę jeszcze na koniec.

Prawdopodobnie, według Fenga, może istnieć jakiś 'ciemny' sektor Modelu Standardowego, jeszcze nieodkryty, ze swoimi siłami i cząstkami elementarnymi. Może, powtarzam, może - te dwa sektory 'komunikują' się jakoś ze sobą i oddziałują za pomocą zawoalowanej, zakrytej formy oddziaływań fundamentalnych, bardzo 'podstawowych', by nie rzec - 'pierwotnych'...

Albo - w ten sposób: ten ciemny sektor manifestuje swoją obecność poprzez siłę fundamentalną, odkrytą przez Węgra, nośnikiem jej jest bozon X, a my widzimy tylko 'warkocz' tej siły, bez zwieńczenia i podmiotu, którego dotyczy. Każdy kij ma dwa końce, ale ten ma tylko jeden - Model Standardowy, oddziaływanie przenoszone bozonem X jest warkoczem, jednak drugiego końca nie ma, a przynajmniej go nie widzimy, bo prowadzi do 'ciemnego sektora', który jest zakryty. Obserwujemy tylko oddziaływanie, Siły Modelu Standardowego, bez drugiego obiektu oddziaływania - sektora X, ciemnego, ciemna masa, ciemna Siła, cholera jasna, jestem już śpiący.

Ciemna materia, proszę Państwa. To jedyny kandydat na brakujący koniec naszego Kija.

O tym może kiedyś, może nigdy, kogo to obchodzi, skoro mamy...

Wuja Google! Ciocię Wiki! Do roboty, ciekawskie Tłuki i Laiki!