211service.com
Revolūcija, kas satricināja daļiņu fiziku
Bērtonam Rihteram '52, PhD '56, patīk aprakstīt savu Nobela prēmijas laureātu atklājumu ar bērnu atskaņu:
Sems Tings ar savu komandu Brūkhavenas Nacionālajā laboratorijā 1974. gadā.
Vakar uz kāpnēm es satiku vīrieti, kura tur nebija. Šodien viņa vairs nebija. Es vēlos, lai viņš iet prom.
Tas bija 1974. gads, tikai divus gadus pēc tam, kad Rihters un viņa komanda Stenfordas Lineārā paātrinātāja laboratorijā bija pabeiguši būvēt jaunu daļiņu paātrinātāju, ko viņi sauca par SPEAR. 6 miljonus dolāru vērtā iekārta paātrināja elektronus un pozitronus caur magnētu cilpu, kura diametrs bija 80 metri, un sašķaidīja tos daļiņu atkritumos, lai analizētu. Rihters nemeklēja jaunu daļiņu, bet tur tā bija — augsta, šaura datu virsotne, kas norāda uz smago daļiņu ar neparasti ilgu kalpošanas laiku. Faktiski tik ilgi — septiņas zeptosekundes jeb aptuveni 7000 triljonās sekundes —, ka tas pārkāpa fiziķu izpratni par pamatdaļiņām.
Sākumā Rihters un citi domāja, ka ar iekārtu kaut kas nav kārtībā, taču drīz vien saprata, ka viņu rokās ir atradums. To, ko atradām, neviens negaidīja. Neviens. Tas bija pilnīgs pārsteigums, saka Rihters, kurš pirmo reizi aizrāvās ar daļiņu fiziku pēc darba MIT sinhrotronu laboratorijā pirmajā studiju gadā.
Varbūt tikpat pārsteidzoši, ka komanda pretējā valsts pusē vienlaikus atrada to pašu. Brukhavenas Nacionālajā laboratorijā MIT profesors Sems Tings vadīja eksperimentu, kas savā ziņā bija pretējs Rihtera eksperimentam. Tā vietā, lai iznīcinātu elektronus un pozitronus, Tinga grupa sadauzīja protonus fiksētā berilija mērķī, lai radītu smagas daļiņas, kas pēc tam sadalītos elektronos un pozitronos. Nejauši abas grupas bija iestatījušas savus paātrinātājus vienā enerģijas diapazonā un paklupa uz to pašu neparasto maksimumu savos datos.
Ulrihs Bekers, tajā laikā MIT asociētais profesors, spēlēja galveno lomu Brūkhavenas atklājumā. Tagad, emeritētais profesors, viņa birojā joprojām ir oriģinālais, ar roku zīmēts grafiks, kas parāda šo negaidīto virsotni. Bekers stāsta, ka, lai gan viņa grupa cerēja atrast smagas daļiņas, arī viņi bija satriekti, kad atrada tādu ar tik ilgu kalpošanas laiku. Viņš saka, ka mums nebija ne jausmas, kāpēc tas tā ir. Mums tas bija ļoti aizdomīgs, taču, tā kā tas bija tik skaidrs, šaubām bija ļoti maz vietas.
Tā paša gada novembrī Tings lidoja uz Stenfordu uz administratīvo sanāksmi un krustojās ar Rihteru.
Sems teica: 'Bērt, man ir kaut kas aizraujošs, lai tev pastāstītu,' Rihters atceras, un es teicu: 'Sem, man ir kaut kas aizraujošs sakāms. tu .'
Kad abi pētnieki saprata, ka viņu komandas ir veikušas vienu un to pašu atklājumu, viņi organizēja laboratorijas semināru un tajā dienā prezentēja savus rezultātus. Mēneša laikā grupas publicēja kopīgus dokumentus Fiziskās apskates vēstules . Tinga grupa jauno daļiņu nosauca par J, bet Rihtera grupa to sauca par Ψ (psi).
Tas, kas bija tik pārsteidzoši par daļiņu, bija tas, ka tā kalpoja apmēram tūkstoš reižu ilgāk, nekā fiziķi tolaik būtu paredzējuši, kas nozīmē, ka tajā bija kaut kas tāds, ar ko fiziķi nekad iepriekš nebija saskārušies, vismaz ne laboratorijā.
Apmēram 10 gadus iepriekš teorētiķi bija ieviesuši jēdzienu kvarki — fundamentālās daļiņas (un atbilstošās antidaļiņas), kas saistās kopā, veidojot citas daļiņas, piemēram, protonus un neitronus. Līdz 1974. gadam eksperimentālisti bija atraduši pierādījumus par trīs veidu kvarkiem — augšup, lejup un dīvainiem. Taču piedāvātais ceturtais kvarks, šarms, palika nenotverams.
1975. gada sākumā Bekers devās uz Vāciju, lai runātu par jauno daļiņu. Tajā piedalījās Verners Heizenbergs, teorētiskais fiziķis, kurš bija slavens ar saviem darbiem kvantu mehānikas jomā. Kādā brīdī Heizenbergs pārtrauca Bekeru: Viņš teica: 'Kad viņi nezina, kas tas ir, viņi izgudro jaunu kvarku,' atceras Bekers. Es biju patiešām satriekts. Es viņam teicu: “Skatieties, profesor Heizenberg, es nestrīdos, vai tas ir šarms vai ne. Es jums saku, ka tā ir daļiņa, kas nepazūd.’ Nāves klusums. Istabā kļuva ļoti auksts. Tad Heizenbergs teica: 'Pieņemts.'
Fiziķi drīz vien vienojās, ka daļiņa, ko vēlāk sauca par J/Ψ, sastāvēja no viena šarma kvarka un viena antišarma kvarka.
Tagad saukta par novembra revolūciju, J/Ψ atklājums pārņēma fundamentālo daļiņu stabilitāti no nesakārtotas zvērnīcas uz kaut ko strukturētu un paredzamu, ko apraksta fiziķu nosauktais standarta modelis. Tings un Rihters ieguva Nobela prēmijas 1976. gadā.
Kopš tā laika daudzi cilvēki ir mēģinājuši atrast to, kas pārsniedz pašreizējo standarta modeli, saka Rihters. Līdz šim tas ir bijis necaurlaidīgs pret visiem uzbrukumiem.