Czas przepisać podręczniki do fizyki? Sensacyjny wynik eksperymentu 

Masę emocji wzbudziły w świecie fizyki rezultaty przeprowadzonego niedawno eksperymentu. Jego autorzy, korzystając ze sprzętu znajdujące się w Thomas Jefferson National Accelerator Facility, zaobserwowali bowiem zadziwiające zachowanie kwarków. Czego dokładnie udało im się dowiedzieć?
zdjęcie poglądowe

zdjęcie poglądowe

Przedstawiciele Mississippi State University opisują to szerzej na łamach Physical Letters B. W swojej publikacji wyjaśniają, jak zadziwiające okazało się zachowanie kwarków: górnego i dolnego. W oparciu o te obserwacje doszli do wniosku, że symetria ładunku wcale nie musi być zachowana za każdym razem, co jest przełomowym doniesieniem. 

Czytaj też: Fizycy potwierdzili szaloną koncepcję. To zjawisko wykracza poza możliwości naszej wyobraźni

Kwarki są fundamentalnymi cząstkami elementarnymi, a dokładniej rzecz ujmując: fermionami o ładunkach kolorowych, co oznacza, że podlegają one oddziaływaniom silnym. W odniesieniu do kwarków zasada symetrii była szczególnie pożądana, ponieważ pozwalała uprościć i zrozumieć złożone zachowania cząstek subatomowych.

Ale jak rozumieć symetrię w tym przypadku? Chodzi o prawa natury, które pozostają niezmienne nawet przy zmianach zachodzących wokół. W odniesieniu do fizyki jądrowej było to bardzo istotne i stanowiło podstawę modeli poświęconych zachowaniu materii w najmniejszej skali. Może się jednak okazać, że fizycy błędnie szli na łatwiznę i osiągali przez to niedokładne wyniki.

Eksperyment przeprowadzony przez fizyków ze Stanów Zjednoczonych wykazał zaskakującą asymetrię między kwarkiem górnym i dolnym

Innymi słowy: symetria dotycząca kwarków może w pewnych okolicznościach podlegać załamaniu. A jeśli tak, to oznacza to potencjalne nowe doniesienia dotyczące oddziaływań silnych. Byłoby to wielkim przełomem, ponieważ mówimy o sile kontrolującej całą masę zjawisk i zachowań: od wpływu na cząstki wewnątrz jąder atomowych, aż po potężne procesy kreujące materię.

Pojawia się pytanie: jak udowodnić, że taka symetria jest, bądź jej nie ma? Kluczowe okazały się w tym zakresie instrumenty, które umożliwiają emitowanie wysokoenergetycznych wiązek elektronów. Takowe wystrzelono później w protony i deuterony, co pozwoliło na śledzenie zachowania kwarków.

Czytaj też: Narodził się w sterylnej bieli laboratoriów. Ten materiał ma odmienić panele słoneczne

Te ostatnie podlegały uwalniane, a rolą fizyków było obserwowanie tego, w co się one przekształcą. Produktem końcowym mogły być dodatnio lub ujemnie naładowane piony, a okoliczności, w jakich się to dzieje, stanowią wskazówkę dotyczącą symetrii lub jej braku. W teorii kwark górny w protonie powinien zachowywać się tak samo jak kwark dolny w neutronie, jeśli zostanie odwrócony ładunek.

Eksperyment naukowców ze Stanów Zjednoczonych wykazał jednak coś odmiennego: pojawiły się niewielkie odchylenia, wyraźnie widoczne przy niższych poziomach energii. Prowadzi to do konkluzji, jakoby rzeczona symetria nie występowała w każdych warunkach. Z jednej strony powinno to nieco skomplikować sprawę istniejących modeli, ale z drugiej daje nadzieję na zrozumienie zjawisk, które do tej pory pozostawały poza zasięgiem fizyków.