Poglądy współczesne (Model Standardowy): od 1964 do chwili obecnej

Poglady wspolczesne (Model Standardowy): od 1964 do chwili obecnej





W polowie lat szescdziesiatych fizycy uswiadomili sobie, ze ich wyobrazenie, jakoby cala materia zbudowana byla z protonow, neutronow i elektronow nie wystarcza do wytlumaczenia mnostwa nowo odkrywanych czastek Teoria kwarkowa Gell-Manna i Zweiga rozwiazala ten problem. W ciagu ostatnich trzydziestu lat teoria ta, zwana obecnie Modelem Standardowym czastek i oddzialywan byla udoskonalana i zyskiwala aprobate w miare jak naplywaly jej potwierdzenia z nowych akceleratorow czastek.





Czastki odkryte od roku 1964 do chwili obecnej:





1964 Murray Gell-Mann i George Zweig rozwineli koncepcje kwarkow. Zaproponowali oni budowe barionow i mezonow z trzech kwarkow lub antykwarkow zwanych gorny (up), dolny (down) i dziwny (strange): u, d i s majacych spin rowny 1/2 a ladunki elektryczne odpowiednio 2/3, -1/3 i -1/3 (okazuje sie, ze ta teori a nie jest zupelnie scisla). Poniewaz takie ladunki nigdy nie zostaly zaobserwowane, koncepcje kwarkow uwazano raczej za matematyczny opis schematu czastek niz za teorie rzeczywistych obiektow. Pozniejsze badania teoretyczne i doswiadczalne utwierdzily przekonanie, ze kwarki sa realnymi obiektami, chociaz nie mozna ich wyodrebnic.

1964 Poniewaz leptony mozna w pewien sposob sklasyfikowac, w wielu pracach sugerowano istnienie czwartego kwarku o nowym "zapachu", potrzebnego, aby uzyskac powtarzajace sie zestawy kwarkow, zwane obecnie rodzinami. Niewielu fizykow potraktowalo wtedy powaznie ten pomysl. Sheldon Glashow i James Bjorken ukuli okreslenie "powab" (charm) dla tego czwartego kwarku (c).

1965 O.W. Greenberg, M.Y. Han i Yoichiro Nambu wprowadzili dla kwarku koncepcje ladunku kolorowego. Wszystkie obserwowane hadrony sa kolorowo neutralne (biale).

...1966... Model kwarkow przyjmuje sie dosc niechetnie, gdyz kwarki nie zostaly zaobserwowane.

1967 Steven Weinberg and Abdus Salam niezaleznie proponuja teorie unifikujaca elektromagnetyczne i slabe oddzialywania w oddzialywanie elektroslabe. Ich teoria wymaga, by istnial neutralny, slabo oddzialujacy bozon (zwany obecnie Z0) przenoszacy slabe oddzialywanie, ktorego jednak nie obserwowano w tym czasie. Przewiduja oni takze istnienie dodatkowego ciezkiego bozonu zwanego bozonem Higgsa, ktory jednakze nie nie zostal zaobserwowany az do dzis.

1968-69 W eksperymencie na akceleratorze liniowym w Stanford, w ktorym elektrony byly rozpraszane przez protony, okazalo sie, ze elektrony sa odbijane przez male twarde rdzenie wewnatrz protonow. James Bjorken i Richard Feynman zanalizowali te wyniki z punktu widzenia hipotezy o skladowych czastkach wewnatrz protonu (nie uzywali oni nazwy "kwark", chociaz eksperyment ten dowiodl istnienia kwarkow).

1970 Sheldon Glashow, John Iliopoulos, i Luciano Maiani docenili waznosc istnienia czwartego typu kwarkow dla Modelu Standardowego. Czwarty kwark dopuszcza opis teoretyczny oddzialywan slabych bez zmiany zapachu przenoszonych przez Z0, a nie pozwala na oddzialywania ze zmiana zapachu.

1973 Donald Perkins zainspirowany przewidywaniem Modelu Standardowego, ponownie analizuje stare wyniki z CERN i znajduje wskazowki na istnienie slabego oddzialywania bez wymiany ladunku (przenoszonych przez Z0).

1973 Sformulowano kwantowa teorie pola silnych oddzialywan. Ta teoria kwarkow i gluonow (obecnie czesc Modelu Standardowego) jest podobna w strukturze do elektrodynamiki kwantowej (QED), lecz poniewaz silne oddzialywanie zalezy od ladunku kolorowego, teoria ta nazwana zostala kwantowa chromodynamika (QCD). Kwarki sa uwazane za czastki realne posiadajace ladunek kolorowy. Gluony sa bezmasowymi kwantami pola silnego oddzialywania. Ta teorie silnych oddzialywan zaproponowali po raz pierwszy Harald Fritzsch i Murray Gell-Mann.

1973 David Politzer, David Gross i Frank Wilczek odkryli, ze kolorowa teoria silnych oddzialywan posiada specjalna wlasciwosc, zwana teraz "asymptotyczna swoboda". Wlasciwosc ta jest konieczna dla opisu danych doswiadczalnych na temat skladnikow protonu z lat 1968-69.

1974 W swoim podsumowaniu wygloszonym na konferencji, John Iliopoulos przedstawia jako pierwszy wizje fizyki obecnie zwana Modelem Standardowym. Aby zrozumiec rozmaite szczegoly Modelu Standardowego odwiedz Sciezke Modelu Standardowego.

1974 Burton Richter i Samuel Ting prowadzac niezalezne eksperymenty, oznajmili tego samego dnia o odkryciu tej samej nowej czastki. Ting i jego zespol w Brookhaven nazwali te czastke "J", podczas gdy Richter z zespolem w SLAC nazwali ja "psi". Jako ze ich odkrycia sa jednakowo wazne, czastka jest powszechnie znana jako J/psi. Czastka J/psi jest mezonem zawierajacym powab i anty-powab.

1976 Gerson Goldhaber i Francois Pierre odkrywaja mezon D0 (kwarki anty-gorny i powabny). Przewidywania teoretyczne wspaniale zgadzaja sie z wynikami doswiadczalnymi potwierdzajacymi slusznosc Modelu Standardowego.

1976 Martin Perl ze wspolpracownikami odkrywa w SLAC lepton tau. Lepton ten, nalezacy do trzeciej "rodziny" czastek byl zupelnie nieoczekiwany.

1977 Leon Lederman ze wspolpracownikami w Fermilab odkrywaja nastepny kwark (oraz jego antykwark). Kwark ten nazwany zostal "denny" (bottom). Poniewaz fizycy spodziewaja sie, ze kwarki chodza parami, odkrycie to wzmoglo poszukiwania szostego kwarku -- kwarku "szczytowego" (top).

1978 Charles Prescott i Richard Taylor obserwuja slabe oddzialywanie przenoszone przez Z0 w rozpraszaniu spolaryzowanych elektronow przez deuter, ktore wykazuje niezachowanie parzystosci, jak to przewidywal Model Standardowy.

1979 Dowod na gluony emitowane przez kwark lub antykwark znaleziono w akceleratorze o zderzajacych sie wiazkach PETRA w laboratorium DESY w Hamburgu.

1983 Bozony posredniczace W± and Z0 wymagane przez teorie elektroslaba zostaly zauwazone w dwoch eksperymentach na akceleratorze w CERN z wykorzystaniem metod zderzania protonow z antyprotonami, ktore opracowali Carlo Rubbia and Simon Van der Meer.

1989 Eksperymenty wykonane w SLAC i CERN wykazuja przekonywajaco, ze istnieja tylko trzy rodziny czastek fundamentalnych. Wynika to czasu zycia bozonu Z0, ktorego wartosc teoretyczna jest zgodna z doswiadczeniem tylko przy tym zalozeniu.

1995 Po szesnastu latach poszukiwan na wielu akceleratorach, eksperymenty CDF i D0 w Fermilab odkrywaja kwark szczytowy (top) z niespodziewanie duza masa 175 GeV. Nikt nie wie dlaczego masa ta jest tak bardzo rozna od mas pozostalych pieciu kwarkow.