TEMA BROJA - ELEMENTARNE ČESTICE

Pripremio: Oliver Klajn

Istraživanja na Dalekom istoku

Do krajnjih tajni sveta

Postoji intenzivna saradnja Kineza sa Evropskom organizacijom za nuklearna istraživanja u Ženevi poznatom pod skraćenicom CERN. Zasad udeo Kine u ljudstvu i finansiranju CERN-a iznosi jedan procenat. Kineski fizičari istakli su se u pravljenju detektora čestica, stvarali su i razvijali metode fizičke analize i uspeli da izmisle način kojim je povećana osetljivost detektora.

Svojevremeno je Mao Cetung govorio o podeli elektrona, smatrajući da je to u skladu sa marksističkom ideologijom da je priroda deljiva. To je podstaklo fizičare u Kini, šezdesetih godina prošlog veka, da se upuste u proučavanje subatomskih čestica koje su nazvali „straton model“ a u kojem bi proton i neutron imali zajedničke sastavne delove. Sa dozom ironije, sa zapada je stigao predlog da se takva čestica, ukoliko bi bilo dokazano njeno postojanje, nazove maon , po Mao Cetungu.

Još od 1989. godine kineski naučnici eksperimentišu sa elektronima i pozitronima. Akcelerator u Pekingu je, tokom godina, omogućio niz otkrića. Pekinški sudarač je od 2007. godine u stanju da izazove višestruko više sudara čestica nego ranije, što je omogućilo naučnicima iz najmnogoljudnije zemlje da reše neka pitanja i dileme vezane za kvarkove.

Sudarač u Pekingu je privremeno obustavio rad da bi bio unapređen i poboljšan. Kinezi ne kriju nameru da daju svoj pečat sledećem svetskom gigantskom projektu na ovom polju - Međunarodnom linearnom sudaraču. Zemlja domaćin za ovaj akcelerator još nije odabrana.

Japanski nobelovci

Posle Kulturne revolucije koja je sputala razvoj nauke i obrazovanja, fizika dobija novi polet sedamdesetih godina prošlog veka. U sklopu toga došlo je do posete grupe kineskih naučnika laboratorijama zapadnih zemalja, 1973. Ubrzo potom Kinezi su rešili da u svojoj državi izgrade akcelerator. Zbog ekonomskih teškoća početkom osamdesetih godina prošlog veka, odlučeno je da to bude sudarač sa elektronima i pozitronima, energije od dve milijarde elektronvolti. Pekinški sudarač je izgrađen za četiri godine. Imajući u vidu koliko Kina ulaže napora i sredstava na ovom polju, vrlo je moguće da će neke čestice u budućnosti, kada budu otkrivene, dobiti kineske nazive.

Japan ima dugu tradiciju istraživanja na ovom polju. Prvi japanski dobitnik Nobelove nagrade Hideki Jukava, fizičar, nagrađen je za rad sa subatomskim česticama. On je 1935. godine, kada je imao 28 godina, objavio svoju teoriju mezona. Predvideo je postojanje i približnu masu mezona. Od japanskog naučnika potiče i ime čestice. Odlučio se za naziv mezon, prema grčkom, mezos znači srednji. Ovo otuda što je verovao da je masa te čestice negde između mase elektrona i protona.

Jukavina teorija potvrđena je u praksi otkrićem mezona 1947. Svojom teorijom objasnio je i interakciju između protona i neutrona. Nakon mnogih priznanja u svojoj zemlji, Jukava je 1949. godine dobio Nobelovu nagradu. Potom je ovaj japanski velikan radio na proučavanju protona i elektrona sa niskom energijom.

Interakciona oblast pekinškog elektronskopozitronskog sudarača

Godine 2008. trojica Japanaca podelili su Nobelovu nagradu i to za otkrića subatomskih čestica: Makoto Kobajaši, Tošihide Maskava i Đoičiro Nambu pokazali su zašto se svemir sastoji uglavnom od materije a ne od antimaterije i šta su promene koje dovode do procesa zvanog spontano lomljenje simetrije.

Đoičiro Nambu jedini od trojice Nobelovaca ima američko državljanstvo mada je rođen u Tokiju. U Japanu je stekao obrazovaje i u svojoj četvrtoj deceniji otišao u SAD. Nambu se poslužio zanimljivim poređenjem da bi objasnio šta su zapravo uradili: spontano lomljenje simetrije Nambu poredi sa gostom na večeri koji za okruglim stolom upotrebi pogrešan tanjir primoravajući tako i ostale goste da promene tanjir.

Na putu od 250 km

U Japanu postoji detektor, odnosno opservatorija neutrina, kao deo velike laboratorije za fiziku specijalizivane za neutrine. Kompleks je od izuzetnog značaja za izučavanje subatomskih čestica. Smešten je blizu grada Hida, u rudniku Monzumi, u centralnom delu najvećeg japanskog ostrva Honšu.

Pekinškog elektronskopozitronskog sudarača

Detektor ima za cilj proučavanje atmosferskih i solarnih neutrina, traganje za raspadom protona i praćenje supernova. U japanskom detektoru neutrina „Super-Kamiokande“ mogu od 1985. godine da se posmatraju solarni neutrini. Eksperimenti izvedeni u Japanu spadaju u najosetiljivije oglede sa subatomskim česticama.

Fenomen oscilacije neutrina, koji je predvideo italijanski naučnik Pontekorvo, dokazan je u japanskom detektoru 1998. godine. Sa mionskim neutrinima je izveden i eksperiment nazvan K2K, izvršen u periodu od 1999. do 2004. U tom ogledu korišćeni su mionski neutrini iz dobro kontrolisanog snopa čestica. Time je potvrđena oscilacija neutrina ranije uočena na atmosferskim neutrinima u opservatoriji „Super-Kamiokande“. Ovog puta nisu korišćene čestice poreklom od Sunca i kosmičkih zraka, a snop mionskih neutrina prešao je rastojanje od oko 250 km.

Specifična vrsta akceleratora, sinhrotron deluje u okviru Organizacije za visokoenergetske akceleratore. Ova važna nacionalna institucija poznata je pod skraćenim nazivom KEK i upravlja najvećom laboratorijom za fiziku elementarnih čestica u Japanu, u gradu Cukubi. Iz sinhotrona u Cukubi snop neutrina je išao kroz zemlju do laboratorije „Kamioka“.

Tada je prvi put ustanovljeno da sintetički neutrini nestaju. Krajnje osetljivi detektori svetlosti registrovali su sićušne bljeskove svetla, kao proizvode interakcije čestica. U saradnji sa nizom drugih država, Japanci kao nastavak K2K ogleda izvode i eksperiment T2T.

Najveći magnet na svetu

Čestica bozon dobila je naziv po velikom indijskom fizičaru Satjendra Natu Bozeu (1894-1974). Jedan britanski fizičar želeo je da oda počast Indijcu zbog toga što je, zajedno sa Albertom Ajnštajnom, stvorio Boze-Ajnštajnovu statistiku po kojoj povezane čestice mogu da dostignu samo određen energetski nivo. Čestice koje nemaju dovoljno izražene odlike mogu da zauzmu samo dostupne energetske nivoe. Jedan od načina da se to odredi je Boze-Ajnštajnova statistika.

Albert Ajnštajn se postarao da Bozeov članak bude objavljen u jednom od najuglednijih nemačkih stručnih časopisa za fiziku. Tim člankom podržao je Bozea koji je istraživanjima dobio veoma precizne rezultate. Ajnštajn je to prihvatio i proširio na atome.

U okrugu Teni, u državi Tamil Nadu, planira se izgradnja indijske neutrinske opservatorije, u pećini, na dubini od 1300 m ispod zemlje. Glavni cilj je izučavanje atmosferskih neutrina. Završetak ovog gigantskog projekta očekuje se 2015. godine. Laboratorija će biti prekrivena visokokvalitetnim granitnim prekrivačem koji će štititi detektor od čestica kosmičkih zraka u atmosferi. Tokom izgradnje biće ugrađeno četiri puta više magnetnog gvožđa nego u detektoru u Ženevi. Time će Indija dobiti najveći magnet na svetu u kojem bi trebalo da dolazi do interakcije neutrina i gvožđa koje će potom izbacivati naelektrisane čestice. Putanje ovih čestica biće određena magnetnim poljem.

Oliver Klajn