Frank Close

Cudowna książka dla kompletnego laika o świecie cząstek elementarnych, podstawowych cegiełkach wszystkiego. Jako nastolatek, uczyłem się z jej pierwszego wydania polskiego (PWN 1989). Fascynowało mnie, czym są te dziwne kwarki, i znalazłem odpowiedź. Było to niemal mistyczne doznanie. Te mezony, hadrony, pozytony, kaony, piony, neutrina i kwarki... Ostatnio pochyliłem się nad drugim wydaniem (CRC Press 2007),które niestety nie istnieje w polskim tłumaczeniu. "New cosmic onion. Quarks and the nature of the Universe" zasługuje na najwyższe noty dydaktycznej jasności. Autor, Frank Close, to obecnie emerytowany profesor specjalizujący się w teorii cząstek elementarnych, pierwszy laureat Medalu Kelvina za popularyzację fizyki. Jest to więc człowiek, który 'zjadł zęby' na pokazywaniu nauk podstawowych. Jako członkowie Unii Europejskiej, musimy być świadomi, że z naszych podatków (wydawanych głównie na dostarczenie prądu do chłodzenia nadprzewodzących elektromagnesów) utrzymywany jest największy instrument badawczy świata - LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) ulokowany w CERN pod Genewą. Ponieważ ten, trwający dziesięć lat, eksperyment wchodzi w decydującą fazę, czyli zderzanie protonów z maksymalnymi energiami (lata 2017-2018),należy się spodziewać nowych odkryć, o których będą informowały media. Warto zapoznać się ze słownictwem używanym w fizyce tych fundamentalnych cegiełek, jak się je uzyskuje, po co buduje dla nich tak duże maszyny, itd. Close genialnie zaprezentował kwarki, jako postaci z bajki. Są tu krasnoludki, jest fakir. Każda grafika reprezentuje inny 'zapach' kwarku. Czytając książkę, można przede wszystkim obyć się ze słownictwem, które jest bardzo specyficzne w tym mikroświecie. Trochę to przypomina systematykę z biologii. Każdy kwark charakteryzuje typ (czyli wspomniany 'zapach') i 'kolor' oraz kilka innych liczb kwantowych. Całość tego snobistycznego słownictwa, w "Kosmicznej cebuli" podana została w odpowiednich proporcjach i kolejności. Na początku opiniowanej pracy jest trochę historii odkrywania cząstek, opisy podstawowych typów rozpadów jądrowych (str. 32-41). Kolejne rozdziały, to krótka charakterystyka sił, które determinują zachowania cząstek, ale i całego otaczającego nas świata (str. 49-57). Przykładowo siły elektromagnetyczne odpowiadają za dotyk, czyli odczuwany nacisk na przedmioty. Jabłko oderwie się z ogonkiem od drzewa, gdy siły elektromagnetyczne przegrają z grawitacja. To, że istniejemy, to zasługa energii ze Słońca, uzyskiwanej z rozpadu beta, sterowanego przez oddziaływanie słabe. Każda aktywność materii - od kwantów, poprzez rejestrację bodźców w receptorach naszych tkanek, po zachowanie się galaktyk i całego Wszechświata, to konsekwencja istnienia czterech sił fundamentalnych (jądrowych - słabego i silnego, elektromagnetycznego i grawitacji). Ponieważ w połowie XX-wieku okazało się, że nowych cząstek elementarnych odkrywano coraz więcej, zaczęto pracować nad ich grupowaniem. Fizyków przerażała myśl, że trzeba by się uczyć tych wszystkich nazw! Na szczęście udało się zapanować nad tą menażerią. W rozdziale o systematyce cząstek (str. 60-72),nazwanych hadronami, Close poddał je wszystkie porządkowaniu. Krótko i jasno opisał cechy, które wprowadzają ład. Następnie pojawiają się główni bohaterowie książki - kwarki, które cały ten galimatias ostatecznie uprościły (str. 82-85) . Okazuje się, że wystarczy skupić się na 6-ciu kwarkach, by opisać zbudowane z nich hadrony. Na przykład proton, składa się z trzech kwarków należących do dwóch 'zapachów'. Ostatecznie kwarki (budujące na przykład proton i neutron),leptony (na przykład elektron) i nośniki czterech sił - bozony (np. foton),to właściwie wszystkie nazwy, które warto pamiętać. Druga połowa książki, to zaprezentowane konsekwencje, opisanego wcześniej modelu cząstek elementarnych, dla obserwowanej przyrody. Jest o unikatowych neutrinach, których tysiące przelatuje każdej sekundy przez nasze ciała (str. 160-170). Jest krótki opis największej dumy fizyków - tzw. Model Standardowy, który zbiera niemal całą wiedzę znaną fizyce (str. 175-187). Na koniec książki, Close krótko zreferował model globalny Wszechświata, skupiając się na opisie jego ewolucji z punktu widzenia cząstek elementarnych (str. 190-202). "Kosmiczna cebula" zawiera trochę wzorów (bardzo prostych). O jej wartości dydaktycznej, dla czytelnika początkującego w tym świecie subatomowym, decyduje język autora i świetne ilustracje. Niektóre są śmieszne (grafiki kwarków),większość pozostałych to rozrysowane procesy rozpadu cząstek i ich tworzenia (tzw. grafy Feynmana). Nie należy się ich bać. Ich sens, sposób czytania, autor wyjaśnia szczegółowo (str. 51-52) . Każdy da radę. Oczywiście dla początkującego, znajdą się pewne fragmenty trudniejsze, sporo nieznanych słów. Tak jest jednak zawsze, gdy doświadczamy czegoś nowego. Anegdota o genialnym fizyku Enrico Fermim, sporo może tu wyjaśnić. Po jednym z wykładów, powiedział: "Nie potrafię już śledzić tych nowości formalizmu. Wybrałem się na wykład jednego ze współpracowników Oppenheimera i przygnębiło mnie to, że niczego nie byłem w stanie zrozumieć. Najbardziej poruszyło mnie jednak ostatnie zdanie wykładowcy, który powiedział: To jest właśnie teoria rozpadu beta Fermiego." Fermi oczywiście świetnie orientował się w fizyce jądrowej, jednak sam nowy czy zmieniony język, jest czasem wystarczającym czynnikiem, który może utrudniać odbiór nowości. Czym są w fizyce swojsko brzmiące pojęcia: 'wino', 'skwark', 'zapach', 'kolor'? - zachęcam do książki Franka Close. Jej lektura nie będzie zmarnowanym czasem. Gorąco polecam wszystkim drugie wydanie "Kosmicznej cebuli", które zawiera aktualizacje do 2006 roku. Można też spróbować zdobyć polskojęzyczny przekład pierwszego wydania z 1989. Nie jest może tak aktualny, ale w podstawach niczym istotnym się nie różni. Postscriptum Zachęcam do zapoznania się krótkimi filmikami (przepraszam, że tylko po angielsku),opisującymi dziwny świat cząstek elementarnych: • reklamowy filmik przygotowany w CERN - https://www.youtube.com/watch?v=V0KjXsGRvoA • opis cząstek Modelu Standardowego - https://www.youtube.com/watch?v=F5fFVkYJ_Rs Warto chyba zasygnalizować, że za kilka tygodni, Wyd. Prószyński i S-ka wyda nową książkę o cząstkach elementarnych - " Cząstki elementarne. W poszukiwaniu fundamentalnej natury rzeczywistości " fizyka z CERN-u Gavina Hesketha. Będzie sporo nowości o LHC i bozonie Higgsa.