Scientia

Al douăzeci şi şaptelea episod al cărţii lui David Peat realizează o trecere în revistă a descoperirilor din lumea particulelor fundamentale: de la modelul atomic al "budincii cu stafide", până la teoriile moderne ale corzilor. Filozofic vorbind, mai stă în picioare atomul vechilor greci?

Naşterea şi evoluţia teoriei atomice (26)

DE LA ATOMI LA PARTICULELE ELEMENTARE

În 1902 Thomson şi lordul Kelvin sugerau că atomii sunt asemănători budincilor pregătite în mod tradiţional de sărbători, cu electronii încărcaţi negativ din punct de vedere electric pe post de "stafide" împrăştiate în aluatul de formă sferică al "budincii", caracterizat de o sarcină electrică pozitivă. Ulterior, experimentele lui Ernest Rutherford au arătat că, mai degrabă, atomul seamănă cu un sistem solar în miniatură, cu electronii (planetele) rotindu-se în jurul unui nucleu central care juca rolul Soarelui. Atunci când doi sau mai mulţi atomi îşi pun în comun electronii, iau naştere moleculele.

Dar ce se poate spune despre nucleul însuşi? Fizicienii aveau să descopere curând că şi acesta era compus din particule elementare numite protoni şi neutroni. Dar ce le ţinea pe acestea laolaltă în cadrul nucleului atomic? Fizicianul japonez Hideki Yukawa propunea existenţa unui nou tip de particulă, numită mezon, al cărei rol ar fi de a ţine legate aceste particule elementare. Nu peste multă vreme oamenii de ştiinţă aveau să descopere că existau nu unul, ci mai multe tipuri de mezoni.

Până la mijlocul secolului al XX-lea avea să fie scoasă la iveală o întreagă "grădină zoologică" a feluritelor particule "elementare". Situaţia nu era tocmai confortabilă pentru fizicieni, care ar fi preferat ca lumea lor să fie una simplă şi elegantă. O lume compusă din doar trei tipuri de particule ar fi de preferat în detrimentul alteia în care îşi găseau loc nenumărate astfel de particule. Astfel că a fost propusă noţiunea de quarc: unele particule elementare, cum este cazul neutronilor şi protonilor, nu sunt fundamentale ele însele, ci au în structura internă diferite combinaţii, folosind trei tipuri de quarcuri. Teoria promitea să simplifice natura materiei, asta până când oamenii de ştiinţă aveau să descopere că era nevoie de mai mult de trei "arome" de quarcuri şi că, în plus, mai era nevoie şi de alte tipuri de particule, numite gluoni, al căror rol era să ţină quarcurile laolaltă.

Superstringurile

O abordare alternativă era abandonarea noţiunii de particule ca reprezentând cărămizi fundamentale în favoarea superstringurilor, obiecte similare unor corzi ale căror rotaţii şi vibraţii, cuantificate sub forma unei serii de niveluri energetice, dădeau naştere entităţilor care ni se înfăţişează sub forma particulelor elementare. Conceptul original a fost propus în 1970 de către Yoichiro Nambu şi revitalizat ulterior într-o formă uimitoare şi complet nouă de către John Schwarz şi Michael Green în 1984. În curând majoritatea fizicienilor care activau în domeniul particulelor elementare aveau să înceapă să lucreze la ceea ce părea a fi o "Teorie a Totului".

Superstringurile sunt incredibil de mici. Dacă le raportăm la lumea atomilor, supercorzile sunt atât de mici faţă de aceştia pe cât sunt atomii faţă de lumea pe care o experimentăm noi, oamenii, în viaţa de zi cu zi. Şi, chiar mai surprinzător, superstringurile nu există în universul cotidian care ne este familiar, caracterizat de cele trei dimensiuni spaţiale, ci, conform teoriei lui Schwarz şi Green, ocupă un domeniu subatomic care se întinde în 15 dimensiuni. Pentru o vreme superstringurile au părut a reprezenta soluţia căutată pentru unificarea, ori, mai bine zis, descrierea unitară, a varietăţii care caracterizează lumea particulelor elementare, până când o serie de probleme tehnice au început să iasă la iveală. A reieşit că în locul unei teorii unice a superstringurilor pot exista un număr infinit de posibile teorii, fără vreo metodă clară de a o identifica pe cea corectă. Unii fizicieni cred că aceste dificultăţi tehnice pot fi depăşite (ori au fost deja rezolvate) şi că superstringurile au potenţialul de a reprezenta teoria definitivă privind natura materiei elementare. Alţii sunt mai sceptici.

Aşadar, ce s-a ales de visul vechilor greci, de dorinţa lor de a descoperi un principiu fundamental care stă la baza întregii realităţi? Dar de ideea conform căreia materia nu poate fi divizată la nesfârşit, principiu care susţine că la un moment dat se va ajunge la cărămizile fundamentale ale întregii materii?

Simetria şi marile teorii unificate (28)

Traducerea este făcută cu acordul autorului şi este protejată de legea drepturilor de autor.