O schemă cuprinzătoare – Modelul Standard
În prezent, cele șase quarcuri (considerând apoi și variantele lor de culoare), cei șase leptoni, particulele-mesager (fotonul, bosonii W+, W– și Z0 precum și cele opt tipuri de gluoni), care mediază interacțiunile electromagnetică, nucleară slabă și de culoare, împreună cu antiparticulele corespunzătoare lor, alcătuiesc Modelul Standard, care cuprinde în total 61 dc entități fundamentale.[1]
Într-un scurt rezumat, s-ar putea spune că lista conține trei grupe de particule: quarcurile, leptonii și particulele-mesager, precum și antiparticulele corespunzătoare. Interacțiunea tare acționează în forma unui schimb de gluoni între toate particulele compuse din quarcuri (mezoni sau barioni). Interacțiunea electromagnetică acționează printr-un schimb de fotoni între toate particulele ce posedă sarcină electrică. În fine, interacțiunea slabă acționează între toate particulele cunoscute.
În anumite situații, fiecare dintre cele șase quarcuri își poate schimba „identitatea”, sau, folosind limbajul fizicii particulelor, își poate schimba savoarea, transformându-se într-un alt tip de quarc, sub influența interacțiunii slabe. În acest fel se explică dezintegrarea beta, în care un neutron (format două quarcuri „down” și un quarc „up”) se transformă într-un proton (format dintr-un quarc „down” și două quarcuri „up”). Interacțiunea slabă face, de asemenea, posibil ca fiecare tip de lepton să își poată schimba „identitatea” (savoarea), transformându-se într-un alt tip de lepton.
Mai general, particulele și legile după care cele trei interacțiuni construiesc sau desfac legăturile lor, dar și celelalte entități și procese existente la nivelul microcosmosului (cum ar fi rezonanțele pomenite mai sus), toate ar trebui să fie descrise în Modelul Standard. Până de curând, Modelul Standard a trecut cu succes un șir lung de teste, permițând obținerea unor descoperiri remarcabile.
Pomenim câteva aici: quarcul „fermecat” în 1975, gluonul în 1979, bosonii intermediari ai interacțiunii slabe în 1983, quarcul „top” în 1995. Mai mult, s-a constatat că Modelul Standard permite, în anumite situații, când particulele alcătuite din quarcuri sunt ciocnite, formarea unor noi stări legate, ce adună laolaltă patru quarcuri (tetraquarcuri) sau cinci quarcuri (pentaquarcuri). Existența acestor „molecule de hadroni” (tetra și pentaquarcuri) a fost dovedită, de asemenea, in 2003.[2]
Nu putem încheia această prezentare succintă fără a spune că există, suficiente motive ce sugerează faptul că Modelul Standard trebuie, totuși, îmbunătățit. În primul rând, el include doar rezultatele mecanicii cuantice și ale relativității restrânse, însă nu face nicio referire la relativitatea generală și la cuanta acestei interacțiuni, la particula ei mesager (gravitonul).[3] În al doilea rând, există particule pe care Modelul Standard le preconizează., dar care încă nu au fost descoperite.[4]
La acestea se adaugă și dovezi potrivit cărora neutrinii au masă nenulă (ceea ce ar contrazice prevederile modelului actual[5]), precum și alte inconveniente.[6] Însă, dincolo de toate acestea, rămâne semnificativ faptul că particulele Modelului Standard respectă anumite simetrii. Astăzi se cunoaște faptul că toate simetriile ce caracterizează actualul Model Standard pot fi reprezentate ca produse de grupuri Lie simple[7], de felul celui existent în cazul quarcurilor.
Existența acestor simetrii a permis descoperirea multor particule, întărind convingerea cercetătorilor că ele trebuie păstrate ca valabile chiar în viitoarele modele îmbunătățite. Ipotezele și modelele destinate să depășească Modelul Standard continuă să țină cont de simetriile dovedite până acum. Mai mult, se caută forma unor grupuri de simetrie mai cuprinzătoare, capabile să integreze, alături de simetriile deja cunoscute, elementele noi, pe care actualul model nu le admite.[8]
În toate acestea putem sesiza o situație frecvent întâlnită în explorarea lumii, menționată și în capitolul anterior. Matematica se întâlnește, într-un mod admirabil, cu fizica, în abisul materiei! În multe cazuri, existenta particulelor cuprinse în Modelul Standard și comportamentul lor detaliat au fost prezise pe baza teoriei, anterior experimentelor! Compatibilitatea dintre mintea omului și structura materiei se arată în acest caz în matematica produsă de om, ce reușește să le lege admirabil pe amândouă![9]
Din perspectivă teologică, ordinea din adâncul materiei, ce poate fi înțeleasă și descrisă de instrumentele rațiunii omenești, dezvăluie felul cum raționalitatea lumii este potrivită rațiunii omului. Câteva mențiuni privind felul în care teologia ortodoxă arată aceste aspecte ca fiind relevante pentru dialogul dintre teologie și știință vor fi făcute în Capitolul 7.
Autor: Diac. dr. Adrian Sorin Mihalache
Sursa: Lumina celui nevăzut: o privire teologică în raționalitatea Creației și teoriile științifice recente despre Univers, vol. 1, p. 102-105
[1] B. NICOLESCU, Noi, particula lumea, p. 57. Am văzut că fiecare antiparticulă posedă o masă identică cu cea a particulei de materie corespunzătoare și sarcină electrică opusă. Cum arată însă antimateria corespunzătoare particulelor fără sarcină electrică? Există două situații. Prima dintre ele corespunde particulelor alcătuite din constituenți mai mici. Neutronul., de exemplu, o particulă fără sarcină electrică, este alcătuit din trei quarcuri. El posedă antiparticula corespunzătoare (anti-neutronul), de asemenea neutră, alcătuită din anti-quarcurile corespunzătoare. [În realitate, anti-neutronul a fost descoperit în 1956, la un an după descoperirea anti-protonului.] Cea de-a doua situație privește particulele elementare fără sarcină electrică. Fotonul sau neutrinul, de exemplu, sunt și ele particule neutre din punct de vedere al sarcinii electrice, dar nu sunt alcătuite din alte particule mici. Acestea sunt considerate a fi propriile lor antiparticule.
[2] Bertram SCWARZSCHILD, „CERN Experiments Find Evidence for More Pentaquark States”, în: Physics Today, febr. 2004, pp. 19-21; F.E. CLOSE, „Quarks, Diquarks, Tetraquarks and Pentaquarks”, în: Contemporary Physics, 47 (mart.-apr. 2006), nr. 2, pp. 67-78.
[3] Câteva considerații despre gravitație și relativitatea generală vor urma în Capitolul 3.
[4] Nu a fost detectat încă bosonul Higgs, utilizat în ideea de a explica o proprietate esențială a tuturor celorlalte particule, anume aceea de a avea masă.
[5] S.M. BILENKY, C. GIUNTI, C.W KIM, „Finally Neutrino Has Mass”, în: International Journal of Modern Physics A, 15 (2000), nr. 5, pp. 625-650. În secțiunea din finalul articolului, autorii își exprimau convingerea că acest rezultat va deschide un nou capitol de cercetare în fizica neutrinilor masivi (ibidem, p. 647).
[6] Roger PENROSE, The Road to Reality, A Complete Guide to the Laws of the Universe, Jonathan Cape, Londra, 2004, pp. 651-653 [§25.8: „Beyond the Standard Model”].
[7] Mario LIVIO, Ecuația care n-a putut fi rezolvată. Matematicieni de geniu descoperă limbajul simetriilor, trad. M. Moroianu, Ed. Humanitas, București, 2007, p. 261.
[8] Între cele mai importante căi ce vizează depășirea modelului sunt supersimetria și introducerea unei substructuri. Prima vizează o cale asemănătoare celei utilizate până acum în Modelul Standard, prin ipoteza potrivit căreia ar exista o simetrie mai cuprinzătoare. Ideea centrală este aceea că pentru toate particulele actualului model ar mai exista o familie de superparticule, sau s-particule, tot așa cum există antiparticulele. De partea cealaltă, calea substructurii mizează pe ipoteza există un nivel de elementaritate mai adănc, care ar explica toate particulele elementare ale actualului model printr-o structură mai fină (cf. Gilles COHEN-TANNOUDJI, „Elementaritate”, în: D. LECOURT [coord.], Dicționar de istoria și filosofia științelor, pp. 503-504). În Capitolul 7 vor fi introduse câteva mențiuni cu privire la modul cum simetriile sunt prezente și în aceste modele.
[9] Frank WILCZEC, „In Search of Symmetry Lost”, în: Nature, 433 (20 ian. 2003), p. 239.