Dalej niż boska cząstka

W 1996 roku opublikowana została książka wyjątkowa - "Boska cząstka. Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?", pióra Leona Ledermana i Dicka Teresiego.

4 VII. 2012 roku zespół naukowców pracujących w Wielkim Zderzaczu Hadronów ogłosił odkrycie długo poszukiwanego bozonu Higgsa.
Co przyniosło to odkrycie? Jakie rodzi pytania?
Nad tym zastanowiło się dwóch wybitnych fizyków, podejmując temat tam, gdzie jeden z autorów, Leon M. Lederman zakończył swój słynny bestseller "Boska cząstka".
Profesor Illinois Institute of Technology – złotousty Leon Max Lederman to noblista, odkrywca neutrina mionowego.
Christopher T. Hill jest fizykiem teoretykiem, byłym szefem Wydziału Fizyki Teoretycznej w Fermilabie.

Autorzy, momentami w żartobliwy sposób przedstawiają kluczowe problemy, które wiodą naukowców w głąb samej istoty natury, np. istotę masy i jej wpływ na konkretne ukształtowanie rzeczywistości.
Leon M. Lederman nie zawraca sobie głowy podstawami fizyki, nie trudzi się wyjaśnieniami dla niego i fizyków oczywistymi, przechodząc do poszczególnych problemów, dlatego pewną wiedzę o wszechświecie trzeba posiadać, by zgłębiać publikację ze zrozumieniem. Nie raz, i nie dwa musiałam szperać po sieci szukając wytłumaczenia zawiłości wielu zagadnień.
Podobno też pod względem bozonu Higgsa, książka jest już nieaktualna (od 2012).

Czytałam "Boską cząstkę" fragmentami, i była zabawniejsza (jak np. wyimaginowane dysputy między filozofami),bardziej przystępna od kontynuacji - brak jej lekkości stylu, jest większa hermetyczność.
Nudne są też użalania autorów na temat finansów i porzuconych projektów (m.in. upadek planu budowy SSC).

Poleciłabym wyłącznie wielkim fanom Nauki.
Oraz osobom cierpiącym na bezsenność, na pewno docenią takie fragmenty: "cząstki to wzbudzenia stanu próżni kwantowej, które nabywają masę w wyniku dwóch procesów - oscylacji sprzęgającej je z polem Higgsa oraz swobody asymptotycznej oddziaływań kolorowych kwarków i gluonów’". 😉

W 1996 roku opublikowana została książka wyjątkowa - "Boska cząstka. Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?", pióra Leona Ledermana i Dicka Teresiego.

4 VII. 2012 roku zespół naukowców pracujących w Wielkim Zderzaczu Hadronów ogłosił odkrycie długo poszukiwanego bozonu Higgsa.
Co przyniosło to odkrycie? Jakie rodzi pytania?
Nad tym zastanowiło się dwóch...

Solidna pod względem naukowym, ale przetykana irytującym zrzędzeniem tzw. „nierozumienia" i „płytkich horyzontów" decydentów Nauki w USA. Wyczuwa się lekki posmak naukowej zazdrości o ukochane dziecko CERN - Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Oj, jak ta Ameryka cierpi (czytaj amerykańscy fizycy).

Gęsto w tej opowieści od cząstek elementarnych i różnej maści oddziaływań z teorią cechowania w mianowniku (niektóre fragmenty musiałem przerabiać po dwa lub trzy razy z nawrotami do wcześniejszych wprowadzeń). Intrygującym jest objaśnianie skąd bierze się masa materii. Fascynująco przedstawia się też koncepcja pola Higgsa z implikacjami wyjaśnień dlaczego niektóre cząstki oddziaływują z innymi silniej, a inne praktycznie wcale (neutrina). Co zaś się tyczy bozonu Higgsa, to książka jest wyraźnie nieaktualna (2012). Od czasu jej wydania zdarzył się cały nowy Wszechświat odkryć - w tym przede wszystkim sprokurowanych ztuningowanym LHC (np. można zacząć od „Pukając do nieba bram" Lisy Randall).

Za Naukę dałbym i z 9*, ale to zrzędzenie i biadolenie nad losem amerykańskiej Fizyki na pograniczu naukowego nacjonalizmu ciągnie ocenę w dół na 6*. Z takimi didaskaliami po prostu książka się antyczyta.

Solidna pod względem naukowym, ale przetykana irytującym zrzędzeniem tzw. „nierozumienia" i „płytkich horyzontów" decydentów Nauki w USA. Wyczuwa się lekki posmak naukowej zazdrości o ukochane dziecko CERN - Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Oj, jak ta Ameryka cierpi (czytaj amerykańscy fizycy).

Gęsto w tej opowieści od cząstek elementarnych i różnej maści oddziaływań z...

Chaotyczna, niezbyt na temat - chociaż temat określony jest wystarczająco szeroko, by mogła być o czymkolwiek. Pełna powtórzeń, przeskoków z zagadnienia na zagadnienie, mnóstwo w niej wtrętów polegających na narzekaniu na amerykański rząd, kiepskich żartów zdradzających egotyzm autorów. Miejscami interesująca, ale polecam poszukać raczej alternatywnych publikacji z gatunku.

Chaotyczna, niezbyt na temat - chociaż temat określony jest wystarczająco szeroko, by mogła być o czymkolwiek. Pełna powtórzeń, przeskoków z zagadnienia na zagadnienie, mnóstwo w niej wtrętów polegających na narzekaniu na amerykański rząd, kiepskich żartów zdradzających egotyzm autorów. Miejscami interesująca, ale polecam poszukać raczej alternatywnych publikacji z gatunku.

Cząstki elementarne – przedmiot uczuć

Co robi fizyk z zawodową miłością życia osiągnąwszy 90 lat?(*) Dalej dzieli się tą namiętnością. Szczególnie, jeśli głupota polityków odbiera społeczności naukowców szansę na wydobycie z przyrody kolejnej warstwy wiedzy o mechanizmach budujących świat. W 1993 ostatecznie władze USA skasowały projekt SSC(**). Słynna „Boska cząstka” powstała, gdy SSC jeszcze był w planach. Gdy minęły dwie dekady od tej frustrującej decyzji, Leon Lederman i Christopher Hill napisali „Dalej niż boska cząstka” by podsumować fizykę cząstek elementarnych, przekazać żal z upadku planu budowy SSC i pokazać, że sporo tajemnic przyrody można wciąż realizować w Fermilab, nawet przy sukcesach LHC. Ostatecznie to panorama menażerii fascynującego świata rozmiarów biliardowej części milimetra i przedziału czasu dochodzącego do jednej kwadrylionowej sekundy. Gdzieś w głębi zakamarków świata kotłują się procesy, które nie śniły się filozofom, choć determinują to, kim jesteśmy!

Gospodarka rośnie dzięki inwestycjom w naukę. Możliwość stworzenia lotniskowca (każdy najnowszy amerykański klasy Gerald Ford, to koszt porównywalny z misją teleskopu Hubble’a, Webba czy budową SSC) to konsekwencja osiągnięć nauki, a jednocześnie oczywisty składnik militaryzacji (brak naiwności, że pacyfizm lubi każdy, nie pozwala mi zanegować, że w pewnym zakresie broń jest niezbędna niestety, co wynika i z natury człowieka). Lederman i Hill swoją książką starają się pokazać nie tylko ideowy wymiar ciekawości poznawczej, który wart jest nakładów, ale i czysto ekonomiczny zysk dla ludzkości, przy założeniu, że promowany będzie dobry użytek z wiedzy. Choć jest w książce trochę polityki, to jej sednem jest namiętność autorów – fizyka cząstek elementarnych. Smykałka Ledermana do PR-u zaowocowała terminem ‘boska cząstka’ na określenie bozonu Higgsa – poszukiwanego przez dekady kluczowego składnika mikroświata, który stanowi podstawę mechanizmu generującego masę. Nie wystarczyło tej reklamy jednak do przekonania kongresmenów. Po części, podane przykłady zastosowań fizyki najwyższej energii (od bardzo bezpiecznej technologii podkrytycznych reaktorów torowych po tomografie emisyjna PET),stanowią próbę społecznego zasygnalizowania wartości nauk ścisłych.

Z połączenia talentu doświadczalnika z teoretykiem ma szansę powstać tekst zrównoważony między stroną eksperymentalną i koncepcjami zmatematyzowanymi. „Dalej niż boska cząstka” z jednej strony pięknie opowiada o strukturze akceleratorów – tych największych urządzeń budowanych na Ziemi, z drugiej zdaje relację z postępu w zrozumieniu mechanizmów tworzących i przekształcających cząstki, które ostatecznie produkują świat fizyki kwantowej, chemii i biologii. Porównanie istoty funkcjonowania Fermilab czy CERN poprzez analogie z funkcją mikroskopu, pozwala czytelnikowi ‘miekko’ zanurzyć się w trudny świat języka fizyki podstawowej. Lederman wie o magnesach, chłodzeniu ciekłym helem, przyspieszaniu elektronów,… niemal wszystko. Potrzebna do opowieści warstwa formalna, dawkowana jest odbiorcy z reguły wspaniale (polecam chociażby wprowadzenie w słownictwo związane ze skalami energii – str. 55-57 – to wybitna poglądowość). Sam opis oscylacji prawoskrętno-lewoskretnej leptonu to pobudzająca wyobraźnię wizualizacja tętniącej rzeczywistości mikroskali. Akurat ten mechanizm doczekał się humorystycznej analogii (str. 279):

„Wyobraź sobie, że twój chomik za każdym razem, gdy wykona krok w swoim kołowrotku, zyskuje maciupeńkie kwantowe prawdopodobieństwo bycia myszą. Po wielu obrotach kołowrotka moz3sz odkryć, że chomik całkiem zmienił się w mysz.”

Książka jest bardzo wartościowa, bo specyficznie ujmuje temat i dotyka wielu zagadnień, które nie pojawiają się często w publikacjach popularnonaukowych (a które przy tym nie są przesadnie trudne, szczególnie gdy w ich miejsce eksploruje się modne i zawiłe hipotezy strun czy wieloświatów). Lederman i Hill wychodzą ze słusznego założenia, iż warto opowiadać o tym, co istnieje na pewno, a niekoniecznie przebija się do ‘nienaukowego świata’. Stąd wspominany eksperyment z ciekawych mixem teoretyczno-doświadczalnym. Niestety jest też to książka nierówna w poziomie zaawansowania. Choć właściwie nie jest wymagana znajomość wzorów, to pewne partie teoretyczne (o symetrii CPT, o cechowaniu, o masie w sensie Diraca i Majorany) wymagają nieco pogłębienia zdobytego z innych prac popularnych, a co najmniej skupienia i przyjęcia istoty na wiarę. Z kolei opisy ‘klasycznej’ wiedzy skupionej na technikaliach i nauce sprzed rewolucji kwantowej (zasada działania podsystemów akceleratorów, własności elektromagnetycznych fal) to bezcenna dawka nauki dla każdego. „Dalej niż boska cząstka” to podróż przez koncepcje fizyczne odkrywające coraz głębsze struktury przyrody, aż do granic możliwości energetycznych najnowszych przyspieszaczy cząstek. Przywołane zasady podstawowe, zjawiska symetrii lustrzanej (włącznie z analogiami z życia codziennego) układają się w spójny obraz zasad budujących oddziaływanie słabe (odpowiadające za energię słoneczną) i kierują ku, wymaganego do dopełnienia teorii, bozonowi Higgsa. Sugerowana przez tytuł tematyka, to również plany rozwoju badań fundamentalnych. Lederman, jako zwolennik inwestycji w Fermilab mimo oddania palmy pierwszeństwa do europejskiego CERN, prezentuje optymizm. Pokazuje, że jest sporo zagadnień, które pod Genewa nie są rozwijane – zderzacz mionów, poszukiwanie rzadkich procesów, które wychodzą poza Model Standardowy, jak na przykład procesy kanonowe, podwójny bezneutrinowy rozpad beta, przemiany między generacjami leptonów. Jest w tych planach sporo nadziei, nieposkromionej pasji i autentycznej próby zarażenia innych ciekawością do otwartych pytań o przyrodę.

Czemu tylko ocena bardzo dobra? Sam nie mam właściwie zarzutów, ale myśląc o początkującym czytelniku, dostrzegłem kilka rys. Kluczowym teoretycznym tematem przewodnim pracy jest pokazanie w jaki sposób leptony, kwarki i bozony W, Z nabywają masę. Pewne zamieszanie musi budzić stwierdzenie autorów, że przykładowy mion zwiększając prędkość, traci masę (str. 149 - „efekt związany z masą staje się niewykrywalny”). To pozornie przeczy zasadzie, że przyspieszanie prowadzi do nabywania masy relatywistycznej, która przeciwstawia się dalszemu przyspieszaniu i uniemożliwia cząstkom o niezerowej masie na osiągniecie prędkości światła. Zresztą cały ważny fragment o parzystości i chiralności (150-188) jest dość trudny i wymaga pewnej podbudowy (sama ‘chiralność’ jest pojęciem unikatowym, jeśli analizuje się treści popularnych książek dostępnych po polsku, a w istocie nie stanowi trudnego konceptu, skoro mi się kojarzy z wykręcaniem korka z butelki z winem). Nieco pomagają przypisy, choć głównie stanowią rozszerzenie formalizujące. Fascynujący, choć być może nieco dezorientujący jest Dodatek. Właściwie wynika on z zamierzonego zderzenia czytelnika z faktami. Książka prowadzi bowiem opowieść wokół bozonu Higgsa, jako źródła masy. Pod koniec głównego tekstu, autorzy jednak dokonują ‘odkrycia posiadanych kart’ (str. 317):

„Skąd bierze się (…) masa? (…) Prawdę mówiąc, powinniśmy przeprosić cię, że nie powiedzieliśmy ci o tym wcześniej, ale to właśnie masa silna, za pośrednictwem mas protonów i neutronów, tworzy większość widzialnej masy we Wszechświecie – masy gwiazd, planet (…). W istocie bardzo niewielki jej ułamek pochodzi od fundamentalnych i stosunkowo mało masywnych kwarków (…) i elektronów. Masa silna wywodzi się ze skali masy stanowiącej integralny element chromodynamiki kwantowej, a nie z bozonu Higgsa!”

W tych skomplikowanych przeprosinach chodzi o to, że ok. 95% naszej masy kontrolowanej na wadze łazienkowej (tych 50-100 kg) wynika nie z opisanego w książce zjawiska, ale z procesów czysto kwantowej interakcji kwarków z gluonami! (***) Lederman i Hill w umieszczonym Dodatku nieco zaspokajają ciekawość czytelnika zbitego z pantałyku powyższym cytatem. Nie jest on łatwy w odbiorze (w porównaniu z większością tekstu głównego pracy),choć na pewno stanowi wartościowe kompendium wiedzy o Modelu Standardowym. Dostrzegłem tylko jedną formalna nieścisłość. Fizycy sprowadzają hadrony do konfiguracji dwóch (mezony) i trzech (bariony) kwarków, co już lata przed ukazaniem się książki nie było prawdą. (****)

Na koniec uwaga. W fizyce cząstek elementarnych trzeba uważać przyswajając wiedzę w sposób popularny. W miarę szybko można nabyć słownictwa, które pięknie dodaje elitaryzmu na spotkaniach towarzyskich, np. (to moja kompilacja esencji stanu wiedzy):
‘cząstki to wzbudzenia stanu próżni kwantowej, które nabywają masę w wyniku dwóch procesów - oscylacji sprzęgającej je z polem Higgsa oraz swobody asymptotycznej oddziaływań kolorowych kwarków i gluonów’.

Wierzcie mi – te dwadzieścia kilka słów, to poważny kawał wiedzy, za którymi stoi wysublimowana nauka nieskończonych grafów Feynmana, cała maszyneria 20-metrowych detektorów tkwiących 100 metrów pod ziemią koło Genewy, pierwsze doświadczenia małżeństwa Curie i matematyka z całym jej rozbudowanym pięknem. Choć tego wszystkiego nie rozumiem wystarczająco dobrze, to mam świadomość zbiorowego buzowania tej wiedzy w głowach badaczy. (*****)

BARDZO DOBRE – 8/10

=======

Lederman to syn żydowsko-ukraińskich imigrantów z Kijowa i Odessy. Współtworzył i zarządzał Fermilab w USA - największym, do czasu LHC (Wielki Zderzacz Hadronów) w CERN, laboratorium cząstek elementarnych. Pierwszą organizacją zachodnioeuropejską, do której po upadku komunizmu przyłączono Polskę oficjalnie, było właśnie CERN. W dniu 08.03.2022 w udziale w tej organizacji zawieszono Rosję. Gdzieś jednak tli się sprawiedliwość.

=======

* Opiniowana książka ukazała się na rynku, gdy Lederman miał 91 lat. To jego ostatnie ‘dziecko’ popularyzujące fizykę.

** SSC (Superconducting Super Collider) – Nadprzewodzący Superakcelerator – teksański akcelerator cząstek, który zastąpiłby chicagowski Fermilab i wzmocnił amerykańską dominację w eksperymentach z cząstkami elementarnymi. Po upadku projektu, CERN i akcelerator LHC pozostaje Mekką fizyki fundamentalnej.

*** O oddziaływaniach silnych (i nie tylko) opowiada popularnie ekspert od chromodynamiki – Frank Wilczek. Polecam jego: „W poszukiwaniu harmonii”, „Lekkość bytu. Masa, eter i unifikacja sił”, „Piękne pytanie. Odkrywanie głębokiej struktury świata”.

**** O pentakwarkach (kombinacji 5-ciu kwarków) teoretycy piszą od kilku dekad. Od początku XXI wieku odkrywa się je w akceleratorach, głównie w eksperymencie LHCb w CERN.

***** Kopalnia aktualnej wiedzy o świecie cząstek elementarnych jest dostępna na strona: https://pdg.lbl.gov tworzonej w wyniku współpracy wielu naukowców. Wszelkie nowości, odkryte ostatnio cząstki, podsumowanie stanu tego całego zoo mikroskali, warto śledzić w tym serwisie.

Cząstki elementarne – przedmiot uczuć

Co robi fizyk z zawodową miłością życia osiągnąwszy 90 lat?(*) Dalej dzieli się tą namiętnością. Szczególnie, jeśli głupota polityków odbiera społeczności naukowców szansę na wydobycie z przyrody kolejnej warstwy wiedzy o mechanizmach budujących świat. W 1993 ostatecznie władze USA skasowały projekt SSC(**). Słynna „Boska cząstka”...

Interesująca książka (choć nie tak wybitna jak "Boska cząstka". Pojawiają się w niej tematy nieco rzadziej poruszane w typowej literaturze pop-science dotyczącej mechaniki kwantowej. Dowiemy się zatem nieco na temat chromo- i elektrodynamiki kwantowej, o chiralności ruchu, o tym, czym tak naprawdę jest masa... oraz że akcelerator to tak naprawdę duży mikroskop.

Zmieniłabym układ tej książki. Rozdział dotyczący działania akceleratorów przeniosłabym na koniec, bo obecnie wcina się jak klin w rozważania o masie.

Dużym plusem dla dociekliwych czytelników są przypisy. Niestety znajdują się na samym końcu książki i nie są podzielone na rozdziały. Moim zdaniem lepszym pomysłem byłoby umieszczenie ich na końcu rozdziału albo przynajmniej podzielenie ich.

Interesująca książka (choć nie tak wybitna jak "Boska cząstka". Pojawiają się w niej tematy nieco rzadziej poruszane w typowej literaturze pop-science dotyczącej mechaniki kwantowej. Dowiemy się zatem nieco na temat chromo- i elektrodynamiki kwantowej, o chiralności ruchu, o tym, czym tak naprawdę jest masa... oraz że akcelerator to tak naprawdę duży mikroskop.

Zmieniłabym...

Trochę się zawiodłem. Tytuł oraz opis sugerują opis jakie będą implikacje tego wiekopomnego odkrycia. A jednak książka jest bardziej rozbudowanym, spopularyzowanym raportem z eksperymentu w którym odnaleziono bozon Higgsa. Co nie znaczy że nie jest ciekawa.

Trochę się zawiodłem. Tytuł oraz opis sugerują opis jakie będą implikacje tego wiekopomnego odkrycia. A jednak książka jest bardziej rozbudowanym, spopularyzowanym raportem z eksperymentu w którym odnaleziono bozon Higgsa. Co nie znaczy że nie jest ciekawa.

Książka od której zaczęła się moja mania na kolekcjonowanie pozycji popularnonaukowych. Ogrom informacjI przedstawionych zrozumiałym językiem, ale trzeba mieć przynajmniej podstawową wiedzę fizyczną oraz interesować się najnowszymi (z ostatnich 10 lat) dokonaniami w tej dziedzinie, aby móc w pełni się nią cieszyć. Dla wszystkich, którzy traktują fizykę jako hobby po godzinach oraz dla tych, którzy chcieliby po prostu wiedzieć więcej.

Książka od której zaczęła się moja mania na kolekcjonowanie pozycji popularnonaukowych. Ogrom informacjI przedstawionych zrozumiałym językiem, ale trzeba mieć przynajmniej podstawową wiedzę fizyczną oraz interesować się najnowszymi (z ostatnich 10 lat) dokonaniami w tej dziedzinie, aby móc w pełni się nią cieszyć. Dla wszystkich, którzy traktują fizykę jako hobby po...

Cząstki elementarne to tylko pobudzone stany próżni a masa to wynik niezwykle szybkiej oscylacji niektórych z nich między dwoma stanami przy ciągłym „zapożyczaniu” bozonu Higgsa od tej właśnie, bynajmniej nie pustej, próżni. Czyli każda posiadająca masę cząstka mojego ciała w rzeczywistości pobiera jedynie jakąś magiczną, obdarzoną masą cząstkę. I to tylko po to, aby ją w ekstremalnie szybkim tańcu równie szybko utracić i stać się na następny, bardzo krótki okres czasu cząstką bez masy? Więc cała materia wszechświata drży w tym szalonym dygocie? Masakra!

Tak, fizycy-cząstkowcy to bardzo specjalna grupa ludzkich stworzeń. A obiekt ich zainteresowań jest tak specjalny i abstrakcyjny dla ludzi „z zewnątrz”, że nawet autorzy książek popularnonaukowych mają spore problemy z przedstawieniem aktualnego stanu wiedzy na ten temat.

„Dalej niż boska cząstka” to pozycja wartościowa, ale nie pozbawiona pewnych mankamentów. Nie chodzi mi oczywiście o warstwę merytoryczną, bo jakżeżbym mógł oceniać pracę noblisty. Lederman i Hill dobrze przedstawiają wiedzę na temat bozonu Higgsa i konieczne do jego badania narzędzia. Spora ilość ilustracji i przypisów pomaga zrozumieć tekst (u mnie tylko do pewnego stopnia, ale to mój problem). Jednak autorom nie udało się uniknąć pewnego "skakania" po różnych tematach - niekiedy ze szkodą dla toku narracji.

Natomiast nieco irytuje trochę nachalna agitacja w celu finansowania i budowy nowych możliwości badawczych dla kolegów po fachu. I to raczej rodzimych, czyli amerykańskich kolegów. Jestem trochę za bardzo Europejczykiem, aby nie odczuć lekkiego rozdrażnienia.

Cząstki elementarne to tylko pobudzone stany próżni a masa to wynik niezwykle szybkiej oscylacji niektórych z nich między dwoma stanami przy ciągłym „zapożyczaniu” bozonu Higgsa od tej właśnie, bynajmniej nie pustej, próżni. Czyli każda posiadająca masę cząstka mojego ciała w rzeczywistości pobiera jedynie jakąś magiczną, obdarzoną masą cząstkę. I to tylko po to, aby ją w...

"Boska cząstka" to książka rewelacyjna. Ta tutaj to zwykła, przeciętna księżczyna.

"Boska cząstka" to książka rewelacyjna. Ta tutaj to zwykła, przeciętna księżczyna.

Książka jest napakowana wiedzą przekazywaną w sposób bardzo przejrzysty. Dużym plusem są przypisy z odnośnikami do polskiej wikipedii.
Pozycja na prawdę warta przeczytania jeśli komuś nie przeszkadza próba wyniesienia Fermilabu ponad inne, regularne przekonywanie, że warto inwestować w prace badawcze (i zwiększać budżet przez urzędników)...

Książka jest napakowana wiedzą przekazywaną w sposób bardzo przejrzysty. Dużym plusem są przypisy z odnośnikami do polskiej wikipedii.
Pozycja na prawdę warta przeczytania jeśli komuś nie przeszkadza próba wyniesienia Fermilabu ponad inne, regularne przekonywanie, że warto inwestować w prace badawcze (i zwiększać budżet przez urzędników)...