מחכים לכוח החדש

01.06.1997
מנהרת המאיץ ב"דייזי". פריצה אל מעבר למודל הסטנדרטי?
 
 
הפיסיקאים, בדרך כלל, שואפים אל הפשטות המרבית. את ארבעת הכוחות הידועים הפועלים בין חלקיקי החומר הם מנסים להראות כ"פנים שונות של כוח בסיסי אחד ויחיד". את צבא חלקיקי החומר הם היו רוצים לראות כ"ביטויים וצירופים שונים של מעט חלקיקים בסיסיים". השאיפות האלה, כדאי למהר ולומר, רחוקות מאוד מהשגה, וכדי להשיג אותן יהיה צורך לפרוץ את גבולותיה של התיאוריה המקובלת באשר למבנה החומר, המכונה "המודל הסטנדרטי". פריצה אפשרית כזאת מסתמנת באחרונה לנוכח תוצאות שהתקבלו בניסוי שבוצע במאיץ החלקיקים "הרה", שבמעבדות "דייזי" לחקר פיסיקת החלקיקים, בהמבורג, גרמניה, בידי צוות רב-לאומי של פיסיקאים, בהשתתפותם של פרופ' יהודה אייזנברג ופרופ' אורי קרשון מהמכון.
 
המודל הסטנדרטי מחלק את חלקיקי החומר לשתי קבוצות עיקריות: לפטונים (האלקטרון, דומיו, וחלקיקי הניטרינו); וקווארקים (ששילובים שונים שלהם מרכיבים את הפרוטון והניטרון). לפי המודל הסטנדרטי, קיימים ששה סוגי לפטונים, ששה סוגי קווארקים, וביניהם פועלים ארבעה כוחות הנישאים בידי צבא קטן של חלקיקים "נושאי כוחות". הכוחות הם הכבידה, הכוח האלקטרו-מגנטי, הכוח החזק והכוח החלש. בשנות השבעים והשמונים, לאחר מאמצים מרובים, הצליחו הפיסיקאים להראות כי הכוח האלקטרו-מגנטי והכוח החלש "אינם אלא פנים של אותו כוח בסיסי עצמו", שכונה הכוח האלקטרו-חלש.
 
הפיסיקאים יכלו, אפוא, לפתח אופטימיות זהירה: מספר הכוחות קטן, מה שעשוי לרמוז על התקדמות בדרך אל הצמצום המרבי המיוחל. ועכשיו באים מדעני "דייזי" עם בשורה על פריצה אפשרית מגבולותיו של המודל הסטנדרטי: ייתכן שקיימת תיאוריה כוללת יותר מהמודל הסטנדרטי, המאחדת קווארקים עם לפטונים. תיאוריה כזאת יכולה, למשל, לתאר "איחוד גדול" של הכוח החזק עם הכוח האלקטרו-חלש. תיאוריה כוללת אחרת יכולה לתאר מצב שבו הקווארקים והלפטונים אינם חלקיקים בסיסיים, כלומר, ייתכן שבתוכם קיים תת-מבנה של חלקיקים פשוטים ובסיסיים מהם. ואם כך, ייתכן שבין החלקיקים הבסיסיים שבתוך הקווארקים והלפטונים פועל כוח פיסיקלי נוסף, כוח חדש. אם יתגלה שהאפשרויות האלה נכונות, תהיה זו ראשיתה של פיסיקת חלקיקים חדשה ושונה מזו שהכרנו עד עתה.
 
מדעני "דייזי", ובהם מדעני המכון, ביצעו גרסה חדשה של הניסוי המיתולוגי של ארנסט רתרפורד בקימברידג', בשנת 1911. רתרפורד הפגיז יריעת זהב בחלקיקי אלפא, ונוכח לדעת שכמה מה"פגזים" אינם חולפים כצפוי דרך היריעה, אלא ניתזים לאחור בזוויות שונות. ניתוח הזוויות הביא אותו למסקנה, כי האטום מכיל חלקיקים קטנים ממנו: גרעין קשה וצפוף (ההודף את חלקיקי האלפא לאחור), שסביבו, במרחק רב יחסית, חגים אלקטרונים. בסוף שנות השישים גילו מדעני סטנפורד, בדרך דומה, שהפרוטון והניטרון מכילים חלקיקים בסיסיים מהם: הקווארקים. ועכשיו, 86 שנים אחרי הניסוי של רתרפורד, חזרו מדעני "דייזי" בפעם השלישית למערך הניסיוני הזה.
 
הם יצרו התנגשויות בין אלקטרונים לקווארקים (שבתוך פרוטונים), ומזוויות הרתיעה שלהם זה מזה, ומעוצמת שיחלוף האנרגיה ביניהם, חישבו והסיקו שייתכן כי גם המודל הסטנדרטי אינו מתאר במדויק את הכוחות ואת החלקיקים בטבע. מהחישובים האלה עולה האפשרות לקיומם של חלקיקים הקרויים "לפטו-קווארקים", הנוצרים ממיזוג של אלקטרון (שהוא לפטון) עם קווארק. חלקיקים כאלה יכולים לרמז על קיומם של "איחוד גדול", או תת-מבנה של קווארקים ולפטונים, או על קיום תיאוריה של "על-סימטריה", המאפשרת לאחד את כוח הכבידה עם הכוחות האחרים (במסגרת אחת מתורות המיתרים).
 
לתוצאות הניסוי שבוצע ב"דייזי" ייתכנו הסברים נוספים, וכדי לגלות איזה מההסברים האפשריים הוא הנכון, ימשיך הניסוי להתבצע עוד כשמונה שנים. אולם, עד סוף השנה הנוכחית יבוצעו די ניתוחים סטטיסטיים שיאפשרו לדעת אם המודל הסטנדרטי שרד גם את ההתקפה הזאת, או שאנו עומדים בשעריה של פיסיקה חדשה.
 
מחכים לכח החדש
 
מחכים לכח החדש
 

לשיתוף:

 

 

 

 

פודקאסטים
אינסטגרם