Są chwile, kiedy wydaje mi się, że pod względem metod stosowanych w badaniach naukowych nie posunęliśmy się za bardzo do przodu od czasów jaskiniowców. Kiedyś brało się dwa kamienie, zderzać ze sobą i patrzyło, co się stanie – jeśli protonaukowiec miał szczęście, to efektem były iskry. Ja, analizując jony różnych związków, zderzam je z cząsteczkami gazu obojętnego i patrzę, na co się rozpadną. A fizycy? No cóż, mają takie samo podejście, tylko dużo, dużo mniejsze kamienie, i dużo, dużo większe1I droższe! instalacje do ich zderzania.
Co zderzają fizycy?
Fizycy zderzają ze sobą cząstki elementarne: protony, elektrony i całą masę innych -onów. Jeśli zderzy się ze sobą takie -ony z odpowiednio dużą energią, w wyniku kolizji powstaje całe mnóstwo innych cząstek elementarnych. Teoretyczne modele mówią nam o tym, jakich cząstek możemy się spodziewać. Eksperymenty pozwalają sprawdzić, czy nasze przewidywania co do tego, jak zbudowana jest materia, są zgodne z rzeczywistością. Ale co z tymi instalacjami do zderzeń?
Przypuszczam, że większość z Was spotkała się z pojęciem “akcelerator”, czy z takimi skrótami jak CERN albo LHC. CERN to ośrodek badawczy; LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) to największy i najpotężniejszy na świecie akcelerator cząstek. Dwudziestosiedmiokilometrowy okrąg, w którym cząstki przyspiesza się do prędkości bliskiej prędkości światła, a następnie zderza ze sobą. W wyniku takich właśnie zderzeń udało się znaleźć długo poszukiwany bozon Higgsa, a pan Higgs za swoją teorię dostał nagrodę Nobla.
Magia wysokich energii
Problem polega na tym, że nawet tak wielkie urządzenia jak LHC nie są w stanie wygenerować energii niezbędnych do niektórych eksperymentów. Nasz najpotężniejszy zderzacz jest na to po prostu za słaby. Szczęśliwie, z pomocą potrafi przyjść sam Wszechświat. Do Ziemi codziennie dolatują cząstki elementarne o bardzo wysokiej energii, dużo wyższej, niż my potrafimy wygenerować. Niestety, zdecydowana większość zderza się z innymi cząstkami w górnych partiach atmosfery. Jest jednak jeden typ cząstek, które bardzo słabo oddziałują z jakąkolwiek materią: neutrina i antyneutrina.
I właśnie zderzenie antyneutrina z elektronem o energii 6.3 PeV udało się zaobserwować w roku 2016 przy pomocy aparatury badawczej umieszczonej na Antarktydzie. Zdaję sobie sprawę, że energia 6.3 PeV może Wam niewiele mówić, ale jest to 450 razy więcej, niż jesteśmy w stanie wygenerować w LHC.
Mieliśmy rację!
Wprawdzie zdarzenie miało miejsce pięć lat temu, ale dopiero teraz naukowcom udało się przeanalizować i potwierdzić jego przebieg. Analiza cząstek, które udało się zaobserwować, prowadzi do wniosku, że w wyniku zderzenia na chwilę powstał tzw. bozon W. Nie będziemy chwilowo wnikać w to, czym on jest i jakie są jego właściwości. Dość powiedzieć, że jego istnienie stanowi kolejną, mocną przesłankę potwierdzającą Model Standardowy. Innymi słowy – wygląda na to, że nasze pięćdziesięcioletnie teoretyczne przewidywania dotyczące budowy materii na poziomie subatomowym doprowadziły do poprawnych wniosków!
A jeśli zastanawiacie się, dlaczego ze zderzenia antyneutrina (czyli antymaterii) z elektronem, powstały nowe cząstki, a nie tylko energia, to zapraszam do naszego artykułu na temat antymaterii, gdzie tłumaczymy między innymi, że anihilacja następuje tylko przy zderzeniach cząstki z jej antycząstką, a nie z dowolną antymaterią.
https://home.cern/science/accelerators/large-hadron-collider
https://www.livescience.com/extreme-neutrino-hits-antarctica.html
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03256-1
https://spidersweb.pl/2021/03/icecube-antymateria-antyneutrino-uderza-w-antarktyde.html
Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!