Zjednotenie

Tak ako v minulosti, fyzici hľadajú štruktúry alebo symetrie, ktoré by zjednodušili predstavu o časticiach a interakciách. Nájdením základných zákonov, ktoré riadia chovanie častíc hmoty a nositeľov interakcií, sa fyzici snažia vysvetliť všetky interakcie v jednoduchom teoretickom rámci. Svoje hypotézy overujú v laboratóriách ako je CERN.

Prvý krok v zjednocovaní síl urobil škótsky matematik James Clerk Maxwell v druhej polovici 19. storočia. Uvedomil si, že elektrina a magnetizmus majú veľa spoločného a napísal teóriu, ktorá ich spoločne popísala. Potom, v 60. rokoch 20. storočia, traja vedci – Američania Sheldon Glashow a Stephen Weinberg spolu s pakistánskym fyzikom Abdusom Salamom, ukázali ako zjednotiť elektromagnetizmus a slabú interakciu v jednotnej elektroslabej teórii.

Zjednotenie muselo vysvetliť rôzne dosahy týchto dvoch interakcií, čo sa ukázalo byť dôsledkom hmotností nositeľov interakcií. Fotóny nemajú hmotnosť, a to im dáva nekonečný dosah. Hypotetické nositele slabej interakcie musia byť veľmi ťažké, aby bol ich dosah obmedzený na rozmery jadier.

V 19. storočí Maxwell zjednotil elektrinu a magnetizmus do jednotnej teórie: elektromagnetizmus. Asi o storočie neskôr Glashow, Salam a Weinberg vyvinuli teóriu, ktorá zjednotila elektromagnetizmus a slabú interakciu: elektroslabú teóriu. Všetci traja získali Nobelovu cenu v roku 1979.

Dôkaz elektroslabej teórie spočíval na experimentálnom objavení W a Z častíc a CERN sa čoskoro zapojil do snáh o ich objavenie. V roku 1983 boli tieto snahy zavŕšené úspechom laboratória, čo prinieslo Nobelovu cenu pre CERN, prvýkrát hneď v nasledujúcom roku. Odmenení boli dvaja fyzici z CERNu, Carlo Rubbia a Simon van der Meer. Po dosiahnutí tohto úspechu sa CERN zameral na podrobné štúdium W a Z častíc. Práve štúdium Z častíc je obsahom toho, čo budete neskôr robiť v rámci projektov.

Carlo Rubbia a Simon van der Meer na odovzdávaní Nobelovej ceny v roku 1984

Zjednotenie ešte musí zahrnúť silnú interakciu a gravitáciu, aby naplnilo svoj konečný cieľ. Zjednotiť tieto interakcie bude ťažšie, pretože ich sily sú tak veľmi odlišné – sily elektromagnetickej a slabej interakcie sú porovnateľné.

Fyzici sa domnievajú, že s rastom energie interakcie častíc sa sily rôznych interakcií priblížia k sebe, takže pri nejakej veľmi vysokej energii sa skutočne zjednotia do jedinej interakcie.

Konečná teória by popisovala prvotnú zjednotenú interakciu, z ktorej bol zrodený Vesmír.

Dôkazy toho, že táto predstava môže byť správna, už boli pozorované. Experimenty ukázali, že sila interakcií sa mení s energiou zrážok. Budete to robiť v druhom projekte.