Nobelova nagrada za fiziku 2004

Nobelovu nagradu za fiziku 2004 podelila su trojica američkih teoretičara -Dejvid Gros, Frenk Vilček i Dejvid Policer. Nobelov komitet nagradio ih je za rad koji objašnjava osobine kvarkova.   Piše: Slobodan Bubnjević
Po svemu sudeći, kvarkovi su zaista fundamentalne čestice. Oni nemaju unutrašnju strukturu i ne mogu se razdvojiti u nešto manje. Posebno je zanimljiva njihova ''zarobljenost'' zbog koje ne postoje slobodni kvarkovi, a nijedan od brojnih eksperimentalnih pokušaja da se neki kvark istisne iz hadrona nije bio uspešan. Večito zarobljeni unutar masivnijih čestica, kvarkovi pokazuju još jednu čudnu osobinu – ponašaju se kao slobodne čestice na međusobno bliskim, malim rastojanjima, što je u većini drugih fizičkih situacija nezamislivo. Ovu karakteristiku ''asimptotske slobode'' kvarkova razotkrili su ovogodišnji laureati Nobelove nagrade Dejvid Gros (David Gross, r. 1941.) sa Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari, Frenk Vilček (Franck Wilczek, r. 1951.) sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu (MIT) i Dejvid Policer (David H. Politzer r. 1949.) sa Tehnološkog instituta u Kaliforniji. Po odluci Nobelovog komiteta, ovi zaslužni fizičari su ravnopravno podelili Nobelovu nagradu na tri jednaka dela.

Standardni model

Dobitnici ovogodišnje Nobelove nagrade za fiziku postali su poznati još 1973. godine, kada su u časopisu ''Physical Review Letters'' objavljena dva njihova rada o ponašanju kvarkova na visokim energijama. U to vreme Vilček i Policer bili su samo diplomirani studenti. Njihov rad sa profesorom Grosom objašnjavao je neobično ponašanje kvarkova na visokim energijama. Ovo objašnjenje predstavljalo je jedan od ključnih koraka u proučavanju kvarkova i stvaranju Kvantne hromodinamike, teorije koja opisuje kvarkove, najelementarnije od svih čestica. Kvantna hromodinamika omogućila je stvaranje potpune slike Standardnog modela fizike elementarnih čestica. Prema Standardnom modelu, u prirodi postoje četiri interakcije i 12 elementarnih čestica, kao i 12 njihovih antičestica. Četiri interakcije koje Standarni model opisuje su elektromagnetna, slaba, jaka i gravitaciona, a elementarne čestice dele se na dve grupe: 6 leptona i 6 kvarkova.

Kvarkovi

Fizičari su kvarkovima dali neobična imena - gore (up), dole (down), stranost (strange), šarm(charm), dno (bottom) i vrh(top). Ovi kvarkovi u međusobnim kombinacijama izgrađuju hadrone kakvi su proton (up+up+down) i neutron (up+down+down), koji potom grade atomska jezgra. Jezrgo, izgrađeno od protona i neutrona, zajedno sa elektronskim omotačem čini atom, za koji se pre samo sto godina mislilo da je najmanji gradivni element sve materije u prirodi. Put od maglovite predstave o materiji sačinjenoj od nedeljivih atoma do današnje relativno jednostavne fenomenologije elementarnih čestica u okviru Standardnog modela bio je dug, ali neprekidno uzlazan. Kada je, 1964. godine, Gel-Man objavio postojanje kvarkova, bila su poznata tri kvarka: gore, dole i stranost. Deset godina kasnije, 1974. godine, prilikom otkrića J/Ψ mezona, utvrđeno je postojanje četvrtog kvarka, nazvanog šarm. Peti, dno kvark otkriven je 1977. godine, da bi 1995. godine bio otkriven najmasivniji među kvarkovima vrh, čime je Standardni model dobio svoju simetriju jer je broj kvarkova izjednačen sa brojem leptona. Bez doprinosa koji su tome  svojevremeno dali laureati Nobelove nagrade (ovogodišnji, kao i mnogi prethodni), toliki napredak u shvatanju strukture materije ne bi bio moguć.

Zarobljenost i sloboda kvarkova

Kada se snop visokoenergetskih elektrona rasejava na protonu, uočava se da je do sudara elektrona došlo na tačkama unutar protona, što je jedan od dokaza da unutar protona postoje od njega elementarnije čestice - kvarkovi. Tokom sedamdesetih godina, kvarkovi su svojim osobinama u mnogo čemu zbunjivali fizičare. Jaka interakcija, koja deluje među kvarkovima, ima pregršt neobičnih osobina. Na rastojanjima reda dimenzija hadrona u kojima su kvarkovi zarobljeni, jaka interakcija ima tako veliki intenzitet da je nemoguće razdvojiti i osloboditi kvarkove. Međutim, što su kvarkovi bliži jedni drugima, jaka sila među njima sve je slabija. Kada se sasvim približe, kvarkovi se ponašaju kao slobodne čestice. To nalikuje zamišljenoj situaciji sa tri zatvorenika koja su uzajamno vezana elastičnim užetom – što se više udaljavaju jedni od drugih, sila koja ih povezuje sve je jača, a kada se približe jedni drugima mogu da se kreću slobodno. Upravo ovaj fenomen su 1973. godine Gros, Vilček i Policer objasnili ''asimptotskom slobodom'' kvarkova, za šta im je ove godine dodeljena Nobelova nagrada.     Izvor: "Mladi fizičar"