Steven Weinberg: praotac Standardnog modela (1933.-2021.)

 

Usljed mnoštva vijesti o trenutno aktualnoj vanrednoj situaciji, jedna vijest je prošla pomalo ispod radara: smrt čuvenog i izuzetno značajnog fizičara Stevena Weinberga, 23. jula 2021. Izražavam žaljenje i stid zbog ovog propusta i dajem vam sad priču o ovom sjajnom naučniku.

Steven Weinberg, američki je teoretski fizičar koji je otkrio da su dvije važne sile svemira zapravo povezane, za što je dobio Nobelovu nagradu 1979. godine (koju je podijelio s Abdusom Salamom i Sheldonom Glashowom), ujedino je i naučnik koji pomogao u postavljanju temelja za razvoj Standardnog modela, teorije koja klasificira sve poznate elementarne čestice u svemiru. 

Da, Weinberg je sigurno zaslužio dvije Nobelove nagrade za fiziku. On je imao središnju ulogu u formulisanju i uspostavljanju dva standardna modela teorijske fizike - Standardnog modela temeljnih interakcija i standardnog modela kozmologije. Njegovo najveće postignuće bilo je predlaganje jedinstvene teorije elektromagnetizma i slabih interakcija, koja se još uvijek koristi.

Weinberg je rođen 3. maja 1933. u New Yorku, kao dijete jevrejskih imigranata. Zapravo još je nekoliko velikih fizičara imalo jevrejske korijene – Richard Feyman, Murray Gell-Mann, naravno, tu je i Einstein. Još jao dijete i tinejdžer je sebe vidio u nauci, te je završio Bronx High School of Science, a potom upisao Cornell University. Doktorirao je fiziku na Princetonu.

Da probamo objasniti u čemu je značaj Weinbergovog doprinosa teorijskoj fizici: u svemiru su poznate četiri sile: gravitacija, elektromagnetizam, jaka nuklearna sila, koja veže jezgre atoma zajedno i slaba sila nuklearna sila, koja uzrokuje radioaktivno raspadanje. Prve dvije sile poznate su već vijekovima, ali ostale dvije otkrivene su tek početkom 20.vijeka. Posebne muke je pravila slaba sila za koju danas znamo da je to temeljno međudjelovanje između kvarkova i leptona, a uvedena je pri pokušajima objašnjenja β-komponente prirodne radioaktivnosti. Kvarkovi i leptoni su subatomske čestice, inače opisane baš u Standardnom modelu. Kvarkova ima 6, a najstabilniji među njima grade protone i neutrone, zajedno sa gluonima. Leptoni, ime dobili prema grčkom „leptos“ u značenju „lagan“ su tri vrste čestica male mase, od kojih su nama najpoznatiji elektroni, a postoje još i mioni i tau čestice te čak tri vrste neutrina. Ukratko – tu su gradivni elementi atoma.

Probem fizičara je bio ujediniti ove četiri sile i znanje o njima u jednu teoriju.

Sadašnja teorije elementarnih čestica počiva na dvije noge QCD koja opisuje jake interakcije i ujedinjena elektroslaba teorija koja opisuje elektromagnetske i slabe interakcije. Weinberg je bio ključna osoba u radu na ujedinjenju elektromagnetnih i slabih sila, a Glashow već 1965/66 predlaže neko ujedinjenje, ali nije u mogućnosti dati neku masu hipotetskim W i Z bozonima koji  imaju po njemu masu nula. Naravno svi eksperimenti pokazuju da W čestice imaju nužno jako veliku masu. 

Godine 1967. dok je radio na MIT (Massachusetts Institute of Technology), Weinberg je predložio svoj model ujedinjenja elektromagnetizma i nuklearnih slabih sila koja će postale temelj pedviđanja Higgsovog bozona. Da, one „Božije čestice“ koja drugim subatomskih česticama daje masu, i to preko Higgsovog polja. Teoriju ujedinjenja elektromagnetne i slabe sile, Weinberg je predložio te 1967 .u revolucionarnom članku, „Model leptona”, u časopisu Physical Review Letters. Članak je jedan od najcitiranijih naučnih radova u istoriji.


Weinberg dolazi s idejom da spoji ideju elektroslabog ujedinjenja tih godina s ranijom idejom o Higgsovu mehanizmu koji bi mogao davati masu česticama, iz to ga izlazi uspješna i vjerodostojna ujedinjena elektroslaba teorija, sa predviđanjima o masi W bozona reda velicine 100 Gev i postojanju Z bozona slične mase. To je teorija bila toliko uvjerljiva da su Weinberg, Glashow i Salam dobili Nobelovu nagradu već 1979. godine, prije nego li su W i Z bozoni pronadleni, što je bez presedana. 1983. je detektovan W bozon u CERNu sa masom 80 Geva i 84 Z bozon sa masom 90 GeVa.


Weinberg je imao vodeću ulogu u konsolidaciji temeljne fizike, a otkriće W i Z bozona na CERN-u osamdesetih, čestica koje su imale mase i druga svojstva predviđena njegovim modelom, bio je njegov krunski uspjeh.

Radeći nezavisno, dr. Abdus Salam, pakistanski teoretski fizičar, došao je do istih zaključaka kao i Weinberg. Njihov model postao je poznat kao Weinberg-Salamova teorija. Bio je revolucionaran, ne samo zbog predlaganja ujedinjenja elektromagnetske i slabe sile, već i zbog stvaranje klasifikacijskog sistema masa i naboja za sve temeljne čestice, čineći tako osnovu Standardnog modela, koji uključuje sve sile osim gravitacije.

Nakon otkrića pozadinskog zračenja, Weinberg postaje zainteresiran i za kosmologiju, što će voditi pisanju jedne naučno-popularne knjige „Prve tri minute“ - First three minutes, koja je nastala kao razvoj jednog predavanja za studente dodiplomskog studija na Harvardu. Tokom tog predavanja, dr. Weinberg je opisao evoluciju svemira u prve tri minute nakon Velikog praska, kada su se stvari dovoljno ohladile da se atomske jezgre spoje. Zatim je komentirao: "Nakon toga se u istoriji svemira neće dogoditi ništa od interesa." Objasnio je prve tri minute  u kojima je nastala materija, mnogi elementi, nuklesintezu...

Treba razumjeti kako je druga velika teorija moderne fizike  "Model Velikog praska", gdje je Weinberg imao ključnu ulogu. Model Big Banga počiva na tri bazična opažanja 1) bijeg galaklija tj. ekspanzija svemira, 2) postojanje MCBR microwave cosmic backround radiation,koji je "svjedok" davnog vrlo toplog svemira koji se u medjuvremenu od 13 milijardi godina ohladio na 2.7 kelvina i 3) slaganje izmedju opažanja primordijalnih postotaka lakih elemenata H, H2(deuterij, H3 tricium, He4,He3,  Li7 proizvedenih u prvoj minuti svemira u vrlo brzom hlađenju - takozvana "primarna nukleosinteza"  - sa proračunima Weinberga o postotcima tih elementata u svemiru. To su tri ključne potvrde valjanosti Big Bang modela. Svi ostali hemijski elementi, O, N, Fe, Ca, K itd. - svi nastaju u zvijezdama nuklearnim izgaranjem zvijedza (stelarna nukleosinteza) ili u zavrsnim fazama ekplozija zvijezda i supernova.

Odatle i njegova izvanredna knjiga The first three minutes.

U toj knjizi napisao je i sljedeće: ,,Sve što mi naučnici možemo učiniti da oslabimo vjeru trebamo učiniti i na kraju bi to moglo biti naš najveći doprinos civilizaciji“. Smatrao je da nema nekog „uzvišenog plana“ za našu vrstu i da je na nama da otkrivano zakone po kojima kosmos, priroda funkcionišu, a ti zakoni su hladni.

Dodao je: „To nije posve sretan pogled na ljudski život. Mislim da je to tragičan pogled, ali to nije novo za fizičare. Toliko je pjesnika izrazilo tragičan pogled na život - da smo ovdje bez svrhe, pokušavajući identificirati nešto do čega nam je stalo. ”


Primjedbe

Popularni postovi s ovog bloga

Sastav Pfizerove i Modernine RNK vakcine i osobine RNK vakcina

Klitoris: vrh ledenog brijega užitka

Ne, nije tačno da potpuno vakcinisani zdravstveni radnici imaju 251 puta veće virusno opterećenje i da su opasnost za nevakcinisane