Najważniejsze pytania współczesnej fizyki

Historię fizyki można rozpatrywać jako historię kolejnych unifikacji różnych teorii. Znajdując coraz to bardziej ogólne prawa, jednocześnie odtwarzamy warunki panujące w coraz to wcześniejszych etapach rozwoju Wrzechświata.

Dotychczas, wszystkie znane odziaływania udało się sprowadzić do trzech podstawowych rodzajów:

grawitacyjne
elektrosłabe
jądrowe silne

Grawitacja opisywana jest Ogólną Teorią Względności. Jest to teoria dobrze potwierdzona, ale próby unifikacji z innymi odziaływaniami jeszcze nie uwieńczone sukcesem.

Teoria odziaływań elektrosłabych jest sprawdzona do <1%, ale nie wyjaśnia dlaczego cząstki mają masę. Jak dotychczas najlepszym pomysłem jest tzw. mechanizm Higgsa, ale przewidywana cząstka Higgsa jeszcze nie zostałą odkryta.

Odziaływania silne opisuje chromodynamika kwantowa. Dobrze pracuje w dużych energiach, ale nie umiemy wykonać rachunków dla małych energii.

Połączenie teorii odziaływań elektrosłabych (+ mechanizm Higgsa) z chromodynamiką kwantową to tzw. Model Standardowy.
Dotychczas nie zaobserwowano żadnych znaczących odchyleń od jego przewidywań. Ma jednak wady:

~20 wolnych parametrów
masy cząstek generowane są przez mechanizm Higgsa nie wyjaśniony wewnątrz Modelu Standardowego
cząstka Higgsa nie została (jeszcze?) odkryta

Niezwykle symetryczna struktura Modelu Standardowego sugeruje, że ukrywa się za nią jakaś bardziej ogólna, a zarazem prostsza teoria. Supersymetria? Wielka Unifikacja?

Powyższe pytania wytyczają jasną strategię na najbliższą przyszłość:

znaleźć cząstke Higgsa lub wykluczyć jej istnienie w obszarze dopuszczalnym przez teorię (~1 TeV)
poszukiwać odchyleń od Modelu Standardowego
poszukiwać nowych cząstek (~50 GeV ~5 TeV)

Do jej zrealizowania potrzebne są narzędzia badawcze o określonych cechach:

akcelerator

duża energia
szeroki zakres energii
duża świetlność (częstość zderzeń, potrzebna by sięgnąć do rzadkich zjawisk)

detektory

uniwersalność (bo szukamy nieznanego)
granularność (potrzebna do zarejestrowania dużej liczba cząstek produkowanej przy wysokich energiach)
szybkość (aby nadążyć za dużą częstością zderzeń)

Takimi właśnie narzędziami są akcelerator LHC i detektor CMS opisane na następnych stronach.

Last modified: 10.07.1999