Tato kniha je Vám k dispozici zdarma. Mimo jiné z tohoto důvodu neprošla korekturami a redakčními úpravami nakladatele, stejně tak výsledná elektronická podoba knihy nebyla detailně kontrolována. To znamená, že kniha může obsahovat gramatické, stylistické a jiné chyby. Omlouváme se za ně.

A abychom nezapomněli: to, že je kniha zdarma neznamená, že k ní nemá práva konkrétní autor. Než ji případně zveřejníte na svém webu, tak si to prosím ověřte.

Frederick Gilman

Revoluce částicové fyziky 21. století

www.palmknihy.cz

© Palmknihy s.r.o. 2000-2013

Revoluce částicové fyziky 21. století

Revoluce částicové fyziky 21. století

Frederick Gilman

zpracoval: Jiří Svršek

Zrcadlo internetového měsíčníku Natura (http://natura.baf.cz/),
mail: natura@snisnet.cz

Časopis vychází jednou měsíčně, nové číslo vycházi nejpozději těsně před koncem předchozího měsíce.

Všechny články jsou přehledně uspořádány v knihovně, která čtenářům umožňuje vybrat si články podle svého vlastního zájmu.

How did we get here and where are we going?

Článek profesora Fredericka Gilmana je obhajobou amerického výzkumného programu fyziky elementárních částic a vysokých energií před americkou veřejností a zejména před členy Kongresu a Senátu, kteří jsou stále méně ochotni vynakládat stovky miliónů dolarů na grandiózní projekty urychlovačů a dalších zařízení ve světle tíživých problémů americké společnosti.

Profesor Frederick Gilman se snaží dokázat, jak fyzika elementárních částic a vysokých energií slouží k odhalování základních tajemství vesmíru a proč potřebuje další značné finanční prostředky z amerického federálního rozpočtu. Teoretická fyzika je však v obtížné situaci, protože se značně vzdálila chápání a zájmu většiny středoškolsky a vysokoškolsky vzdělaných lidí, od nichž však očekává největší podporu. Řada těchto lidí navíc považuje za nemravné vynakládat milióny dolarů na vědecký výzkum, který nepřináší řešení alespoň některých sociálních problémů americké společnosti, jako je chudoba a nemoci. Podporu nelze očekávat ani od americké armády, pro níž tento výzkum již nepřináší perspektivy nových a účinnějších zbraní.

0. Shrnutí

Během historie lidstva se vědecké teorie a experimenty se stále větším úspěchem pokoušejí odpovědět na základní otázky vesmíru, jako je jeho podstata, co je hmota, energie, prostor a čas, odkud jsme se vzali a jaký bude náš další osud.

Od 70. let 20. století fyzikové dosáhli zásadního poznání základních částic a fyzikálních zákonů, jimiž se hmota, energie, prostor a čas řídí. Výzkumníci bezpočtem experimentů potvrdili "Standardní model" elementárních částic. Všechny jeho předpovědi se prokázaly jako pravdivé. Série experimentálních a teoretických průlomů, které vedly k vypracování Standardního modelu, lze považovat za jeden z největších vědeckých úspěchů fyziky 20. století.

Astrofyzikální měření v průběhu 90. let 20. století potvrdila, že pouze asi 5 procent hmoty vesmíru je tvořeno viditelnou hmotou popsanou Standardním modelem. Asi 95 procent hmoty vesmíru se skládá z temné hmoty a temné energie, jejichž podstata a základní vlastnosti jsou dosud velkou záhadou. Standardní model, který představuje elegantní popis vesmíru, proto bude nutné začlenit do nové, širší teorie, která vysvětlí nové objevy a jevy. Výsledkem bude revoluce ve fyzice elementárních částic a vysokých energií, srovnatelná se vznikem kvantové teorie a fyziky elementárních částic.

Podle autora článku [1] fyzika elementárních částic a vysokých energií stojí před následujícími vzájemně provázanými otázkami.

* 1. Existují dosud neobjevené fyzikální principy, tedy nové symetrie a nové fyzikální zákony?

Kvantové představy, které tak úspěšně popisují hmotu a její vzájemné interakce, selhávají při popisu "kosmické fyziky", tedy fyziky v kosmologickém měřítku. Řešení tohoto problému zřejmě bude vyžadovat objevení nových fyzikálních silových interakcí a nových částic, tedy objevy nových, dosud neobjevených symetrií, jimiž se fyzikální vesmír řídí.

* 2. Jak vyřešíme záhadu temné energie ve vesmíru?

Temná energie, která vyplňuje vakuum a urychluje kosmologické rozpínání vesmíru, musí mít kvantové vysvětlení. Tato temná energie může souviset s Higgsovým polem, které vyplňuje vakuum a uděluje částicím jejich hmotnost. [N1]

* 3. Existují dodatečné dimenze prostoročasu?

Teorie superstrun předpovídá dalších sedm dosud neobjevených dimenzí prostoročasu, které by mohly vysvětlit pozorovanou složitost fyziky částic. Objev těchto dodatečných dimenzí by byl epochální událostí v historii lidstva, protože by změnil naše chápání vzniku a vývoje vesmíru. Teorie superstrun by také pozměnila naše současné představy o gravitační interakci.

* 4. Mohou se všechny silové interakce sjednotit do jediné?

Na fundamentální úrovni fyzikální reality by všechny silové interakce (elektromagnetická, silná jaderná, slabá jaderná, gravitační) a všechny částice (kvarky a leptony) měly navzájem souviset a měly by se projevovat jako jediná a sjednocená silová interakce. Tím by se naplnil Einsteinův sen, který po zbytek života takovou silovou interakci marně hledal.

* 5. Proč existuje tolik druhů částic?

Proč ve Standardním modelu existují tři rodiny částic (tři rodiny kvarků a tři rodiny leptonů) a proč se jejich hmotnosti tak výrazně odlišují? Vlastnosti a chování částic těchto rodin naznačují, že existují další principy, které spojují kvarky a leptony Standardního modelu.

* 6. Co je temná hmota? Jak ji lze získat v laboratoři?

* 7. O čem vypovídají neutrina?

* 8. Jak vznikl vesmír?

* 9. Co se stalo s antihmotou?

1. Úvodem

2. Fundamentální podstata hmoty a energie,
prostoru a času

Einsteinův sen o sjednocené teorii silových interakcí

* 2. Jak vyřešíme záhadu temné energie ve vesmíru?

Svět elementárních částic

* 5. Proč existuje tolik druhů částic?

Vznik vesmíru

Cíle

3. Současné a budoucí nástroje částicové fyziky

Einsteinův sen o sjednocené teorii silových interakcí

Svět elementárních částic

Vznik vesmíru

4. Závěrem