0. Wstęp. Dzień dobry. Jak zdrówko?
Zasypuję postami, ponieważ nie wiem, na jak długo starczy mi baterii (żyjemy przecież w Matrixie, a ja swoje baterie - z partyzanta - wykorzystuję na własny użytek ;)). Niedługo mnie odłączą, wrócę do życia, dlatego jakoś wybaczcie zalew, potop, mam nadzieję, że historia z XVII w. się w obecnym momencie nie powtarza.
Rozpad Protonu wymyśliłem podczas pisania poprzedniego posta, to znaczy nie ja wymyśliłem rozpad, ale za to ja piszę o nim. Dlatego, co nieco już wiecie, czy w ogóle warto to czytać. A skoro czytacie ten tekst, ten, który teraz piszę, uznaliście, że warto, dlatego - sami tego chcieliście, musicie już czytać. Bo Wam się Protony Porozpadają między uszami, i co będzie? Mi się już poluzowały, dlatego mogę dalej klikać to i owo.
Ponieważ trochę przynudzam, opowiem dowcip.
Ale uprzedzam, ten dowcip się je, bo to suchar.
Heisenberg, Schrödinger i Ohm jadą samochodem. Zatrzymuje ich drogówka. - Dzień dobry - mówi policjant. - Czy wiedzą panowie, jak szybko jechali? - Nie - odpowiada Heisenberg - Ale za to wiem dokładnie, gdzie jestem. - Jechaliście 75 przy ograniczeniu do 50. - No super! - woła Heisenberg - Zgubiłem się! - Proszę otworzyć bagażnik.... Wiedzą panowie, że mają tam martwego kota? - Teraz już tak, gamoniu! - woła Schrödinger. - Dobrze, pojadą panowie na komendę. Ohm stawiał opór.
Boże, jaki ja jestem stary =)
1. Czy rozpad protonu jest możliwy? Możliwe, że jest.
Co ja mogę powiedzieć. O ile rozbicie samych atomów jest możliwe, za pomocą Tłuczka, naszego, Fizycznego i Laickiego, o tyle proton to już insza inszość. Nie zaobserwowano dotąd spontanicznego Rozpadu Protonu w Naturze, w żadnym z detektorów, a jest ich sporo, niektóre polują właśnie na owo tajemnicze zjawisko. I nic! Ile jest protonów w metrze sześciennym wody?
Tyle, ile lat mogłoby minąć, zanim jeden z nich by się rozpadł. 10^30! Kolosalna liczba, 10 i 30 zer.
Wiek Wszechświata w sekundach to 10^18, liczba atomów (nie protonów!) w całym Kosmosie to... 10^80. Trochę więcej, ale jeśli skupić się na czasie, porównanie z protonami powoduje lekki zawrót głowy.
Ok. Liczby liczbami, ale wiadomo, ważniejsze są pojęcia i cała otoczka.
Jak poluje się na Rozpad Protonu? Dlaczego to takie dziwne, że poszukuje się go jak igły w stogu siana? Czy jest możliwy? Czy jest możliwy? Noooo...
Oto wspaniała grafika!
Jest ich naprawdę dużo, jak na tym obrazku, nie mogłem się doliczyć... Ale za to - inaczej niż na zdjęciu - każdy proton, nie ważne, czy atomu wodoru czy prazeodymu, jest taki sam! Ta cecha jest wspólna dla cząstek, podobnie ma się rzecz z elektronami. To znaczy,, że na 10^80 protonów we Wszechświecie każdy jest identyczny, dosłownie.
Szuka się tegoż Rozpadu bardzo długo, a do eksperymentów używa się naprawdę dziwacznych instrumentów pomiarowych. Otóż w przypadku poszukiwania Rozpadu Protonów, jako przyrząd pomiarowy służy... zbiornik, a właściwie cysterna na wodę. Świetna sprawa, nalać wody do butelki, usiąść i czekać 10^xy lat, aż się woda rozpadnie =) Ten detektor nazywa się Super-Kamiokande i znajduje się w Japonii.
Jednak jeśli Rozpad Protonu stałby się faktem, potwierdziłaby się teoria o unifikacji sił fundamentalnych. To tzw. GUT - Gran Unification Theory, Teoria Wielkiej Unifikacji. W wielkim skrócie, hipotezyzuje się, że przed erą jonizacji a zaraz po Wielkim Wybuchu 3 z 4 sił fundamentalnych (elektromagnetyzm, grawitacja, silne i słabe oddziaływania jądrowe) były zespojone w jedną siłę.
3 z 4 - niestety grawitacja nadal poza podium. To znowu wskazuje, że jest ona lekko inna niż 3 (opisane za pomocą kwantowych teorii pola) pozostałe - to taka moja prywatna teoria, mam hopla na punkcie kwantowej grawitacji, ale dopuszczam możliwość, że być może grawitacja działa na specjalnych, innych prawach. Kiedyś, jak się bardziej wzruszę, opiszę co mi leży na sercu.
2. Wiek protonu... może się wahać. W zależności od stanu naszej wiedzy. A gdy proton się rozpadnie - będzie GUT! Sehr gutt!
W zależności od postępu prac nad GUT, szacowany wiek Rozpad Protonu to 1030 lat > 1030000 lat >... Spokojnie, dobrniemy do tego również.
Rozpadowywanie się protonu potwierdziłoby teorię o wielkiej unifikacji sił. Wielka unifikacja sił. Właściwie możliwa jest tylko w przypadku wielkich energii i olbrzymich temperatur. Siły, każda z osobna, mają swój unikalny 'rys' cząsteczkowy; tak jak różnego rodzaju klocki tworzące wspólnie, i tylko wspólnie pewien regularny kształt, ale tylko, gdy podsmażymy je w piekarniku. Dopiero odpowiednio przypieczone sprawiają wrażenie jednolitych. Niestety, wymagałoby (owo skupienie sił) olbrzymich energii, których nie jesteśmy w stanie osiągnąć nawet w najsilniejszych akceleratorach cząstek.
Ale, po kolei.
Kwarki to podstawowy budulec materii, czyli neutronów i protonów właśnie. Teorie Wielkiej Unifikacji zakładają, że gdy siły były scalone, kwarki były nierozróżnialne od leptonów (np. takich elektronów). W sposób spontaniczny mogły one przekształcać się w swoje alter ego leptonowe, kwark w elektron. Kiedy zachodzi sytuacja, że kwark spontanicznie przechodzi w elektron, proton od razu by się rozpierdniczył. To samo tyczy się neutronów - i na to właśnie polują nasi skośnoocy bracia w Super-Kamiokande.
Z tym GUTem to ciekawa sprawa. To rodzaj symetrii, jaka istniała w pierwszych chwilach istnienia Wszechświata. Jednak, teorie (bo jest kilka) GUT, mają siwe skronie i obawiają się panowie fizycy, że mogą nie być prawdziwe, skoro nawet tak potężne detektory nie mogą potwierdzić ich prawdziwości w postaci Rozpad Protonu.
Jednak są piękne w swojej matematycznej konstrukcji. Fizycy mają słabość do pięknych teorii, może to pochodna ideałów platońskich - Prawdy, Dobra i Piękna? Gdyby GUT był prawdziwy, a jest piękny, byłaby to dobra teoria =D
3. GUT w swoich założeniach oraz dalej walimy w protony młotkiem.
Te symetrie w początkach Wszechświata są swoistym kuriozum; na początku mogło być tak, że pomimo swoich różnic, każda z sił pasowała swoją konstrukcją matematyczną do pozostałych dwóch. Razem Tworzyły jedną Siłę, taką elektro-słabo-silną. Wyobrażacie sobie elektromagnetyzm, siłę jądrową słabą i silną jako jedną Siłę - odpowiadającą za wiązania kwarków w protonach, fakt, że można coś zobaczyć oraz rozpad promieniotwórczy? Jak niesamowicie misterna musiałaby być, wiedzą dobrze panowie eksperci, którzy zaprojektowali GUT. Strach powiedzieć co by było, gdybyśmy zobaczyli dowody jej istnienia albo, co lepsze, zobaczyli, jak działa taka Siła. Już sam jej obraz musiałby zapierać dech w piersiach. Albo... Czy tak rozpadłby się proton? =D
Po ostygnięciu Wszechświata musiałoby dojść do spontanicznego złamania tak pięknej Symetrii. Jeśli uznać SuperSiłę jako wodę, taką samą w każdej cząsteczce, to lodem musiałoby być złamanie symetrii, ponieważ lód to już kryształy, które mają układ równomierny, ale rozróżnialny w odmiennych kierunkach.
Trochę komplikacji. Jeśli siła jest symetryczna, to samo musi dotyczyć kwantów jej pola.
Weźmy siłę jądrową silną, odpowiedzialną za wiązania kwarków. Jeśli byłaby ona symetryczna, kwarki w różnych 'kolorach' (a protony i neutrony są tworzone przez 3 rodzaje kwarków, o różnych 'kolorach', to tylko nazwa, tak naprawdę chodzi o ich ładunek) pozamieniane miejscami 1 z 2, 2 z 3 a 3 z 1 (powiedzmy, że tak wygląda symetria w sile jądrowej silnej), nie sprawiłby ów fakt różnicy, jeśli chodzi o budowę protonu. To samo tyczy się 5 z pozostałych 6 rodzajów kwarków. Tak działa symetria, zarówno w przypadku siły jądrowej silnej, jak i słabej, tylko w drugim przypadku mamy do czynienia z innym rodzajem oraz kolorem, czyli ładunkiem. Kombinacje kolorów i rodzajów kwarków dają nam całkiem spore możliwości kombinacji, jednak tylko wybrane z nich tworzą proton i neutron.
Wszystko, oczywiście, w obrębie równań tworzących podstawę do opisu matematycznego siły fundamentalnej, jaką rozpatrujemy.
4. Schodki.
GUT to nie jedna teoria, to kilka jej wersji. Cała żonglerka kwarkami polega na formowaniu jednej siły, szukania w niej symetrii układu kwarków, łączenia jej z drugą siłą, która została potraktowana podobnie jak pierwsza. Następnie szukanie symetrii w całości, w oparciu o nośniki siły. I tak trzy razy, szczęśliwie, czy nie, wbiliśmy 12 cząstek i mamy jedną siłę złożoną z trzech, odporną na manipulacje względem pewnych osi symetrii. A, do tego opisaną jednym, skomplikowanie groźnie pięknym wzorem siłę fundamentalną. Dodajmy ekstremalne temperatury, i - voila! Mamy przepis na kisiel w garnku każdego szanującego się fizyka =)
12 cząstek. Plus 12 wynikających, dodatkowych kuleczek kulających się gdzieś, na boku, jako naturalny efekt równań, potrzebnych do istnienia siły i jej nośników. A jest ich wszystkich 24, całe ZOO bizonów, mizionów, glutonów i skwarków!
Świetna sprawa - złamanie symetrii. 12 z domniemanych składowych siły scalonej istnieje do dziś w pierwotnej postaci, ale co z 12 pozostałymi? A to one mogłyby być odpowiedzialne za Rozpad Protonu.
Otóż, mogą istnieć, ale w postaci bardzo słabych cząstek, niewykrywalnych, ponieważ bardzo ciężkich, a co za tym idzie - LHC nie wybuliłoby się na rachunek za prąd.
Jako że Super-Kamiokande 'ocaliło' Rozpad Protonu i stwarza nadzieję na jego wykrycie, jest oczkiem w głowie nie tylko japońskich fizyków. Ocaliło nadzieję, jednak rozwaliło wiodącą teorię GUT, a, co za tym idzie, szanse na 1000 letni bądź 1000000 letni czas... Rozpad Protonu! Oczywiście, oczywiście, bo cóżby innego w temacie o... Rozpadzie Protonu? =) Obecnie manipuluje się symetriami w tę i we w tę, aby tylko nie stracić z oczu piękna matematycznej teorii, symetrii 'obrotu', dlatego teorie symetrii dla cząstek z Modelu Standardowego mnożą się jak króliki. Jedną z teorii próbującą upchnąć istniejące albo dodać kolejne cząstki, aby tylko teoria unifikacji i trzech sił w jednej mogła oślepić ich blaskiem swej chwały.
5. Schodki w dół, a raczej runięcie w dół z hukiem.
Hmmmm, GUT jest, eeee, tzn. dobrze jest! Mamy Jakieś teorie symetrii, nie mamy rozpadu protonu, wiemy jak przebiega, wiemy też, że fizycy to nie turpiści tylko śniący na jawie idealiści. To bardzo dobrze!
Ale gdyby tak skrócić ich cierpienia i powiedzieć, że np. jakaś teoria mogłaby być brzydka? Są brzydcy ludzie. Są też głupi. Ale czy są brzydcy i głupi? To już rzadkość. A fizycy teoretycy chcieliby ładnych i mądrych. Tak jak rzadko się zdarza ktoś mądry i ładny, brzydki i głupi, tak teorie mogą być GUT, ale sehr GUT... na takie luksusy może nie warto się porywać?
Zawsze zastanawiała mnie koncepcja teorii fizycznych, a właściwie teoria teorii fizycznych =D Że musza być proste, bo Natura lubi prostotę. Albo, to umiłowanie do symetrii, piękna w matematyce, szukania czegoś, co jest i proste, i... piękne, i mądre, i w ogóle, super, super hiper! Czy takie rzeczy istnieją? A gdyby tak poszukać prostej, ale brzydkiej? Pięknej, ale skomplikowanej?
Może tak łatwiej byłoby dotrzeć do tej Prawdziwej =]
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz