Według naszej obecnej wiedzy Wszechświat składa się z energii (czasem występującej pod postacią masy), oraz czterech* oddziaływań opisujących jak różne formy energii ze sobą oddziałują. Cztery proste reguły, odpowiednia ilość energii, kilka miliardów lat i powstają galaktyki, planety, dziobaki i mrożona pizza...
Model Standardowy nie opisuje wszystkiego, bo wciąż nie udało się weń wpasować grawitacji. Opisuje ją Ogólna Teoria Względności. Robi to wyśmienicie, dokładnie i całkowicie niekompatybilnie z Modelem Standardowym. Mimo to, uważa się go za jeden z największych (a czasem po prostu największy) sukces nauki. Miarą „jakości” teorii jest to jak wiele wyjaśnia i jak dokładnie to robi. Newtonowski opis grawitacji nie został obalony przez Einsteina, a jedynie doprecyzowany. Do dziś w większości przypadków posługujemy się równaniami Anglika, podpierając się Einsteinem dopiero w ekstremalnych sytuacjach, lub gdy potrzebujemy ekstremalnej precyzji.
Model Standardowy cieszy się tak dobrą opinią, bo opisuje wszystkie fundamentalne oddziaływania z wyjątkiem grawitacji i robi to z bezprecedensową dokładnością. Wiele przewidywań tej teorii czekało lata na eksperymentalne potwierdzenie. Najsłynniejszym przykładem jest oczywiście bozon Higgsa, którego poszukiwania trwały pół wieku. W tym miesiącu dokonano innego pomiaru, który nie był aż tak medialny, ale raz jeszcze potwierdza słuszność tej teorii.
Pracownicy amerykańskiego Jefferson Lab po raz pierwszy określili słaby ładunek protonu. Nie będę próbował wyjaśnić jak to zrobili, dlaczego jest to tak trudne zadanie, ani jaka jest natura słabego oddziaływania. Zamiast tego chcę skorzystać z tej okazji, by choć trochę przybliżyć jak dokładne są przewidywania Modelu Standardowego. Jako, że w eksperymentalnym mierzeniu słabego ładunku protonu stawiamy dopiero pierwsze kroczki, spójrzmy też na masy bozonu W i Z. Przewidywana masa bozonu W to 80,39 GeV z niedokładnością pomiaru ±0,018 GeV. Eksperymentalny pomiar wyniósł 80,387 GeV ±0,019 GeV. W przypadku bozonu Z przewidziano 91,1874 GeV ±0,021 GeV, zmierzono 91,1876 GeV ±0,021 GeV. W przypadku słabego ładunku protonu zmierzono 0,064e ±0,012e, przy przewidywaniu 0,071e ±0,0007e. Można to przedstawić następująco:
Zielone koła oznaczają zakres błędu przewidywanej wartości, czerwone zakres błędu pomiarowego (w przypadku ładunku, niepewność przewidywania jest tak mała, że nie widać jej na rysunku). Jak widać każdy pomiar potwierdzał teorię. Ale nie oddaje to dobrze precyzji tych pomiarów i przewidywań - to jakby oglądać wyniki pod lupą. Lepiej na wyobraźnię może zadziałać policzenie stosunku wartości mierzonych i przewidywanych. W przypadku ładunku protonu to 1,109375, czyli dokładność do jednego miejsca po przecinku. Mierzenie mas cząsteczek idzie nam zdecydowanie lepiej. Stosunek dla bozonu W wynosi 1,000037, czyli pięć miejsc po przecinku. Dla bozonu Z 1,000002, czyli sześć miejsc po przecinku.
Na rysunku przemilczałem najsłynniejszy pomiar, bo trudno byłoby przedstawić jego dokładność. Mówię tu o magnetycznym momencie dipolowym. Jego pomiar zgadza się z przewidywaniem tak doskonale, że trzeba sięgnąć aż do dziesiątego miejsca po przecinku by znaleźć rozbieżność. Jak wyobrazić sobie taką precyzję? To tak jakby przewidzieć odległość rzędu 10 kilometrów z dokładnością rzędu mikrometrów. To tak jakby przewidzieć odległość z Krakowskiego Rynku do Wieliczki z dokładnością do grubości ludzkiego włosa.
* - Tak w sumie to trzech, bo oddziaływanie słabe i elektromagnetyzm udało się już zunifikować, ale nie chciałem komplikować i prowokować dygresji. Ponadto unifikacja ta jest tylko teoretyczna. Oddziaływania te przestały być jednolite około jednej bilionowej sekundy po Wielkim Wybuchu.
Źródło:
http://www.sci-news.com/physics/science-weak-charge-proton-01391.html
https://www.jlab.org/
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz