MUONOV LIČNI MAGNETIZAM

     Ako ćemo o potvrđivanju teorije pomoću opita... Kad sam dogurao do svoje prve slobodne godine, a to je bila školska 1958-9, otputovao sam u CERN, u Ženevu; pare za taj put dadoše mi dve zadužbine, Fordova i Gugenhajmova. To mi je bilo kao dopuna uz moje pola plate. CERN je bio tvorevina konzorcijuma dvanaest evropskih nacija, koje su se udružile da izgrade i zajednički koriste skupocena postrojenja potrebna za fiziku visokih energija. Osnovan pred kraj četrdesetih godina, dok su ruševine Drugog svetskog rata bile još tople, CERN je značio saradnju onih koji su donedavno ratovali. Postao je uzor međunarodne saradnje u nauci. Tu je moj stari sponzor i prijatelj, Đilberto Bernardini, bio direktor istraživanja. Glavni moj razlog za odlazak bio je da malo uživam u Evropi, da naučim skijanje i da malo prčkam po toj laboratoriji koja se ugnezdila na švajcarsko-francuskoj granici nadomak Ženeve. Tokom dvadeset godina posle toga, proveo sam ukupno četiri godine baveći se istraživanjima u ovoj veličanstvenoj višejezičnoj instituciji. Iako si često mogao da čuješ francuski, engleski, nemački i italijanski, službeni jezik CERN-a bio je iskvareni fortran. Mumlanje i pokazivanje pokretima ruku takođe je uspevalo. Imao sam običaj da ovako objašnjavam razliku između CERN-a i Fermilaba: "CERN je kulinarski veličanstven, a arhitektonski katastrofalan, a Fermilab obratno." Onda sam ubedio Boba Vilsona da unajmi Gabrijela Tortelu (Gabriel Tortella), legendarnog CERN-ovog šefa kuhinje i menadžera restorana, da u Fermilabu nastupi kao konsultant. CERN i Fermilab su, mi to tako volimo da kažemo, takmaci koji sarađuju i vole da mrze jedan drugoga.
     U CERN-u sam, uz Đilbertovu pomoć, organizovao jedan opit 'g minus 2'. Svrha mu je bila da izmeri muonov g činilac sa zapanjujućom tačnošću; za to je bilo potrebno primeniti nekoliko trikova. Jedan od tih trikova moguć je zato što muoni izlaze iz pionovog raspadanja polarizovani; naime, ogromna većina ima spinove koji pokazuju u smeru njihovog kretanja. Drugi oštrouman trik najavljen je u samom nazivu opita, 'g minus 2', ili 'Jzay moins deux' kako to Francuzi kažu. Ta vrednost g stoji u vezi sa onim malim magnetom koji kao da je ugrađen u odlike svake naelektrisane čestice sa spinom - dakle, i muona i elektrona.
     Dirakova 'gruba' teorija predskazala je, sećate se, da će vrednost g biti tačno 2,0. Međutim, QED se razvila, pa je ustanovljeno da su ovoj Dirakovoj vrednosti 2 potrebna majušna, ali važna podešavanja. Ta mala, malecka podešavanja nastaju zato što muon (ili elektron) 'oseća' kvantne oscilacije polja oko sebe. Prisećamo se da čestica koja ima električni naboj može da emituje jedan foton koji će joj biti glasnik. Ovaj foton, kao što smo videli, može se virtuelno raspasti na par čestica koje su međusobno suprotno naelektrisane - samo na tren - a onda će se te dve spojiti u isti foton, pre nego što bi iko mogao išta da primeti. Elektron je izolovan u svome vakuumu, ali ga ipak malčice povuče nastali prolazni nestvarni pozitron, malo ga gurne virtuelni elektron, malo ga zavrnu magnetne sile koje su 'samo u protrčavanju' pored njega. Ti i drugi, još finiji procesi u uskomešanoj čorbi virtuelnih događanja spajaju taj elektron, makar i najslabije, sa svim naelektrisanim česticama koje postoje. Učinak toga jeste da nastupa izvesno preinačenje elektronovih osobina. U neozbiljnoj lingvistici teorijskih fizičara postoji 'goli' elektron, a to je onaj koji možemo samo da zamišljamo i koji bi bio izolovan od svih uticaja polja kojim jeste okružen, i postoji 'obučeni' elektron koji oseća uticaj Vaseljene oko sebe; a razlika je ukopana duboko u ona mala, malešna preinačenja vrednosti g.
     U petom poglavlju opisao sam elektronov g činilac. Teoretičare je muon zanimao još više; pošto ima 200 puta veću masu, muon može iz sebe da emituje virtuelne fotone koji se protežu više u daljinu, do egzotičnijih procesa. Jedan teoretičar uložio je mnogo godina rada da bi najzad došao do sledećeg g činioca za muon:

     g = 2(1,001165918)

     Ovaj rezultat (saopšten 1987) bio je vrhunac dugog niza njegovih izračunavanja, uz oslonac na nove QED formulacije dobijene od Fajnmena i drugih. Postoji jedan veliki skup termina koji, sabrani, daju ovo 0,001165918, a koji se, zbirno, nazivaju: radijativne korekcije. Jednom na Kolumbiji slušamo mi predavanje Ejbrahama Pejza o radijativnim korekcijama, kad ulazi domar sa francuskim ključem u ruci. Pejz se malo nagne u stranu i pita domara šta je sad, a neko iz publike dovikne: "Pa došao čovek da obavi te korekcije radijatora."
     Kako upoređujemo teoriju sa opitom? Dosetka je bila u tome da izmerimo samo onaj iznos preko 2 - dakle, samo razliku između čistog 2 i stvarne vrednosti. Ako umemo to da namestimo, merimo neposredno radijativnu korekciju - dakle, ono (0,001165918), a ne ceo broj g koji je mnogo veći. Pomislite kako bi bilo da morate meriti težinu nekog čoveka kad ima i kad nema novčić u džepu, da biste, onda, oduzeli manji rezultat od većeg i tako ustanovili težinu novčića. Bolje je da samo izmerite težinu novčića. Pretpostavimo da jedan muon zarobimo tako da mora da orbitira u jednom magnetnom polju. Taj muon ima svoje naelektrisanje i zbog svog spina jeste jedan mali magnet; ima i svoju g vrednost, koja po Maksvelovoj teoriji mora biti tačno 2, a u stvarnosti je nešto malo iznad 2. Samo da se razumemo: taj muon je magnet na dva zasebna načina - jedan je unutrašnji zbog spina, a drugi spoljašnji zbog toga što taj isti muon putuje kroz prostor opisujući krugove pod uticajem spoljašnjeg magneta. A ta dva magnetizma mu se potiru. Izmerimo samo ono što preostaje, a preostaje u muonovoj spinskoj namagnetisanosti ono malo iznad 2. Tako mi uspevamo neposredno da merimo to 'malo iznad', pa makar i da je zaista vrlo malo.
     Dočarajte sebi sliku jedne male strele. To je muonova osa spina. Neka ona putuje jednom širokom kružnom putanjom kroz prostor, ali tako da je uvek tačno u položaju tangente u odnosu na tu svoju kružnu orbitu. Međutim, ako se istinita vrednost g razlikuje od 2 makar i samo malo, strelica će prilikom svakog orbitiranja odstupiti od tangencijalnog pravca za, možda, neki delić ugaonog stepena. Posle, recimo, 250 orbita možda će se strelica uperiti pravo u središte kruga, kao poluprečnik. Ako se kruženje nastavi, strelica će napustiti taj svoj radijalni položaj i okretaće se još, a posle 1000 krugova vratiće se u tačno isti položaj kao na početku, što znači da će do tada napraviti jedan pun okret - 360 stepeni. Opet će biti tangenta na krug sopstvenoga orbitiranja. Zahvaljujući narušavanju parnosti, mi možemo (trijumfalno) da otkrijemo u kom pravcu strelica (muonov spin) pokazuje, a to ćemo i videti, jer na tu stranu će izletati elektroni kad se muon raspadne. Ugao između muonove ose spina i savršene tangente značiće razliku između broja 2 i stvarne vrednosti g. Tačno merenje te razlike predstavlja tačno merenje onog iznad 2. Vidite? Ne vidite? Pa, onda verujte!
     Predloženi opit bio je složen i ambiciozan, ali godine 1958. bilo je lako dovesti blistave mlade fizičare voljne da pomognu. Sredinom 1959. godine vratio sam se u SAD, ali sam povremeno ipak odlazio u Evropu da vidim kako taj opit napreduje. A on je prošao kroz nekoliko faza, pri čemu je svaka faza nagoveštavala sledeću, i sve se to stvarno okončalo 1978. kad je objavljena konačna CERN-ova g vrednost za muon. Bio je to trijumf opitne oštroumnosti, ali i upornosti (onoga što Nemci zovu Sitzfleisch). Elektronova g vrednost nađena je još tačnije, ali nemojmo zaboraviti da su elektroni zauvek sa nama, dok muoni ostaju u Vaseljeni samo dva milionita dela sekunde. Rezultat?

     g = 2(1,001165923 +- 0,00000008)

     Ostala je, dakle, mogućnost greške, plus ili minus osam stomilionitih delova, što sasvim očigledno može da se uklopi u teorijsko predviđanje.
     Sve ovo treba da vam stavi do znanja da je QED velika teorija, što i jeste jedan od razloga da verujemo da su Fajnmen, Švinger i Tomonaga veliki fizičari. Ali u njoj ostaju neki 'džepovi' tajni, a jedna takva tajna vredna je pažnje i u vezi je sa našom temom. A to su te beskonačnosti. Jedna od beskonačnosti bila je elektronova masa. Prvi pokušaji da se po kvantnoj teoriji polja izračuna kolika je masa elektrona završili su se tako da se dobila... beskonačno velika masa. Kao da je Božić Bata, kad je proizvodio elektrone za ovaj svet, morao za svaki od njih da izdvoji određenu količinu naelektrisanja i da stegne, jako stegne, da bi taj elektricitet sabio u vrlo malu zapreminu... a to znači da uloži ogroman rad. Uloženi rad morao bi se pokazati kao ogromna masa, ali elektron ima masu od 0,511 MeV, a to znači oko 10-30 kilograma - dakle, on je stvarno u lakoj kategoriji; ima manju masu nego ijedna druga čestica za koju sigurno znamo da joj masa nije nula.
     Fajnmen i njegove kolege predložili su sledeće: kad god vidimo da nam se primiče neka takva užasna beskonačnost, treba da je, u suštini, zaobiđemo tako što ćemo umesto nje ubaciti poznatu masu elektrona. U stvarnom svetu za ovakav postupak se kaže da je zabušavanje ili izvlačenje od ozbiljnog rada. U svetu teorije, kaže se 'renormalizacija'. To jeste jedan matematički usaglašen metod da se posao uradi; uspešna 'finta' da se zaobiđu te neugodne beskonačnosti koje u jednoj valjanoj teoriji nikad ne bi ni smele da se pojave. Bez brige. Uspelo je i dalo je supertačna izračunavanja, koja pomenusmo. Tako se preko problema mase 'prešlo' na fintu - ali sam problem nije rešen; ostao je negde u pozadini, kao tempirana bomba koja tiho kucka i koja čeka nailazak Božije čestice.

SLABA SILA

     Jedna od tajni koje su grickale živce Raderfordu i još nekima odnosila se na radioaktivnost. Kako to da se pojedina jezgra i čestice raspadnu tek tako, hoćeš-nećeš, u neke druge čestice? Fizičar koji je ovo prvi razjasnio jednom jasnom teorijom bio je Enriko Fermi, tridesetih godina.
     Postoje čitave legije priča o Fermijevoj blistavosti. Kad je prvi put u istoriji testirana atomska bomba, kod Alamogorda, u Novom Meksiku, Fermi je ležao na tlu, nekih petnaest kilometara daleko od kule sa bombom. Čim je bomba opalila, Fermi je ustao i ispustio nekoliko parčića hartije na tle. Vazduh je bio miran i hartijice su polako pale na zemlju. Nekoliko sekundi kasnije kroz zemlju je stigao udarni talas, i papirići su uzleteli i pali nekoliko centimetara dalje. Fermi je na osnovu njihovog pomeranja izračunao, tog trenutka, kolika je bila snaga nuklearne eksplozije; njegova vrednost približno se podudarila sa službenom vrednošću koja je izračunata tek posle nekoliko dana. (Ali jedan Fermijev prijatelj, Italijan Emilio Segre /Emilio Segré/, ukazao je na to da je Fermi ipak bio ljudsko biće: računi za njegove troškove na Čikaškom univerzitetu su stizali i stizali, a Fermi tu matematiku nikako nije uspevao da shvati.)
     Kao i mnogi fizičari, Fermi je voleo da smišlja matematičke igre. Alen Votenberg (Alan Wattenberg) priča da je Fermi jedanput ručao sa grupom fizičara, primetio da su prozori prljavi i uputio svima izazov: ko može izračunati koliko debeo mora postati sloj prljavštine pre nego što otpadne od svoje sopstvene težine? Zatim je pomagao učesnicima da kroz tu vežbu prođu; a moralo se krenuti od temeljnih konstanti prirode, primeniti elektromagnetna međudejstva, najzad izračunati dielektrična privlačenja zbog kojih se izolacioni slojevi lepe jedni za druge. A u Los Alamosu, tokom projekta 'Menhetn', neki fizičar je jednog dana kolima pregazio kojota. Fermi je odmah izjavio da je moguće izračunati ukupan broj kojota u pustinji tako što će se evidentirati svako međudejstvo automobil-kojot. To je kao kod sudaranja čestica, rekao je on. Nekoliko retkih događaja omogućava nam uvid u brojnost cele populacije.
     Bio je stvarno veoma bistar, a svet mu je to veoma i priznao. Više stvari je nazvano po Fermiju nego po ma kom drugom čoveku za koga ja znam. Da vidimo... Fermilab. Postoji i jedan institut koji se zove 'Enriko Fermi'. Za sve kvarkove i leptone zajedno kaže se da su fermioni. Postoji i fermijevska statistika (zaobiđite je...). Jedinica dužine fermi jednaka je 10-13 centimetara. Moja vrhunska fantazija je da bar nešto bude po meni nazvano. Preklinjao sam kolegu T. D. Lija da predskaže neku novu česticu koja bi se zvala, kad jednog dana bude otkrivena, lion. Ali uzalud. On neće, pa neće.
     Ali Fermi je dao jedan doprinos koji je, ipak, kudikamo važniji od njegovog rada na onom prvom nuklearnom reaktoru ispod stadiona za ragbi u Čikagu, važniji čak i od pomenute studije o pregaženim kojotima. Fermi je opisao jednu novu prirodnu silu, slabu, što je ipak znatno suštinskije za naše poimanje Vaseljene.
     Hajde da napravimo brzi povratak do Bekerela i Raderforda. Prisećamo se da je Bekerel srećnom slučajnošću otkrio radioaktivnost godine 1896. kad je stavio izvesnu količinu urana u ladicu gde je držao fotopapir. Posle je video da mu je fotopapir pocrneo, pa je posle izvesnog vremena dokonao da mu je to uran, zračeći neke nevidljive zrake iz sebe, pokvario listove fotopapira. Posle otkrića radioaktivnosti, Raderford je razjasnio podelu na alfa, beta i gama-zračenje. Mnogi naučnici širom sveta usredsredili su se na beta-čestice, koje su ubrzo identifikovane: bili su to elektroni.
     Otkud oni? Fizičari su vrlo brzo shvatili da se ti elektroni emituju iz jezgra kad ono spontano promeni svoje stanje. U tridesetim godinama istraživači su zaključili da se jezgro sastoji od protona i neutrona, a da radioaktivnost nastaje zbog nestabilnosti protona i neutrona u nekim jezgrima. Sasvim je očigledno da nisu sva jezgra radioaktivna. Očuvanje energije i slaba sila igraju važnu ulogu u 'odlučivanju' da li će se i kad će se neki proton ili neutron raspasti u nekom jezgru.
     Krajem dvadesetih godina pažljivo su merena radioaktivna jezgra pre i posle. Izmeriš masu jezgra na početku, onda je izmeriš posle izlaska beta-zraka, ali meriš i energiju i masu elektrona koji izlaze (pamteći ono E = mc2). Tu je došlo do važnog otkrića: vrednost posle nije se podudarala sa onom pre. Nedostajala je izvesna količina energije. U reakciju uđe više, a iziđe manje. Volfgang Pauli je dao predlog koji je (tada bio) smeo: neki mali neutralni objekat odnosi tu energiju.
     Godine 1933. Enriko Fermi je sve to lepo sklopio. Da, elektroni dolaze iz jezgra, ali ne pravo. Prvo se dogodi to da se jedan neutron u jezgru raspadne na jedan proton, jedan elektron i jedan mali neutralni predmet, onaj koji je Pauli izmislio. Tom malom Fermi je nadenuo naziv neutrino, što znači: onaj neutralni mali. Za ovu reakciju u jezgru odgovorna je jedna sila, rekao je Fermi, i nazvao ju je: slaba sila. Ona je daleko slabija od jake nuklearne sile i od elektromagnetizma. Na primer, pri niskim energijama, slaba sila je hiljadu puta slabija od elektromagnetne.
     Pošto neutrino nema nikakvo naelektrisanje i maltene nikakvu masu, njega u tridesetim godinama nije bilo moguće neposredno otkriti; danas je moguće, ali samo uz veoma veliki napor. Iako je postojanje neutrina opitno dokazano tek u pedesetim godinama, većina fizičara smatrala je da neutrino mora postojati da bi knjigovodstvo bilo ispravno. U današnjim egzotičnijim reakcijama u akceleratorima, gde se pojavljuju kvarkovi i druge stvari koje su 'ne baš normalne', ako primetimo da nam negde nedostaje energija, odmah pretpostavimo da je ona izletela iz sudara u obliku neutrina koje, dabome, nismo mogli da otkrijemo. Taj spretni mali begunac kao da je ostavio svoje nevidljive potpise svuda, po celom kosmosu.
     Nego, da se vratimo slaboj sili. Taj raspad koji je Fermi opisao - neutron se pretvori u proton, elektron i neutrino (ali, to je, zapravo, antineutrino) rutinska je stvar kod slobodnih neutrona, često im se dešava. Međutim, kad je neutron zarobljen u jezgru, taj raspad se može dogoditi samo pod posebnim okolnostima. Nasuprot tome, proton kao slobodna čestica uopšte ne može da se raspadne (bar koliko je nama poznato), ali zato proton sputan u jezgru može da se raspadne na jedan neutron, jedan pozitron i jedan neutrino. Razlog što slobodni neutron može da se raspadne, i to slabim raspadom, jeste, jednostavno, očuvanje energije. Neutron je teži od protona, pa kad se slobodni neutron pretvori u proton, ostane dovoljno energije u obliku viška mase mirovanja da budu stvoreni jedan elektron i još jedan neutrino i da ta dva budu poslata na put, sa nešto malo energije. Slobodni proton nema dovoljno mase za tako nešto. Međutim, u jezgru prisustvo svih onih drugih momaka delotvorno menja masu sputane čestice. Ako protoni i neutroni koji su se zatekli unutra mogu, raspadajući se, da povećaju stabilnost, a smanje masu jezgra u kome se nalaze, oni to i učine. Međutim, ako je jezgro već u svome stanju najniže energije, ono je stabilno, pa se ne dešava ništa. Pokazalo se da ono što navodi sve hadrone - a to znači: protone, neutrone i stotine njihovih rođaka - na raspadanje, jeste baš slaba sila; izgleda da postoji samo jedan jedini izuzetak od ovog pravila, a to je slobodni proton.
     Teorija slabe sile postupno je uopštavana, pa se, u stalnom suočenju sa novim podacima, razvila u kvantnu teoriju polja slabe sile. Jedna nova vrsta teoretičara, koji su se uglavnom pojavljivali na američkim univerzitetima, pomogla je da se ta teorija uobliči: to su Fajnmen, Gel-Man, Li, Jang, Švinger, Robert Maršak (Robert Marshak) i drugi. (U mnogim noćima spopada me uvek ista mora: svi teoretičari koje nisam pomenuo dolaze u jedno predgrađe Teherana i tamo drže sastanak na kome donesu odluku da ponude kao nagradu hitan pristup u Raj Teorije onome ko odmah i potpuno renormalizuje Ledermena.)

MALČICE SLOMLJENA SIMETRIJA, ILI ZAŠTO UOPŠTE POSTOJIMO

     Ključna odlika slabe sile jeste narušavanje parnosti. Sve druge sile poštuju simetriju; šokirali smo se kad smo doznali da jedna sila to, ipak, ne čini. Ali pokazano je da se ne poštuje još jedna duboka simetrija, ona između sveta i antisveta. Ovo je ustanovljeno u istim onim opitima koji su ukazali i na narušavanje parnosti (skraćeno: P-narušavanje). Za ovu drugu simetriju kaže se da je C-simetrija, što je skraćeno od dve engleske reči - charge conjugation: 'spajanje naelektrisanja'. I ovo C-narušavanje dešavalo se jedino sa slabom silom. Pre nego što je utvrđeno C-narušavanje, mislilo se da bi se svet sazdan od antimaterije morao ponašati po istim zakonima fizike kao ovaj normalni, stari, dobri, materijalni svet. Ne, rekli su podaci. Slaba sila ne poštuje tu simetriju.
     Šta su teoretičari mogli sad da urade? Povukli su se na rezervne položaje, na jednu novu simetriju kojoj su dali naziv CP-simetrija. Ona kaže da su dva fizička sistema u suštini istovetna ako je jedan u vezi sa drugim na taj način što su svi njegovi predmeti odraženi u ogledalu (P), a istovremeno sve čestice pretvorene u svoje antičestice (C). Ova CP-simetrija, rekli su teoretičari, mnogo je dublja. Priroda, doduše, krši posebno C, a posebno P simetriju, ali objedinjena CP simetrija odbraniti se mora. Branila se, braco, sve do 1964. godine kad su Vel Fič (Val Fitch) i Džejms Kronin (James Cronin), dvojica eksperimentatora sa Prinstona, koji su proučavali neutralne kaone (tu česticu otkrila je moja grupa u opitima u Brukhejvenu od 1956. do 1958. godine), prikupili jasne i neosporne podatke da ni CP simetrija, ipak, nije savršena.
     Nije savršena? Teoretičari su pokunjili noseve i durili se, ali umetnik u svima nama se radovao. Umetnici i arhitekte vole malo da nas zavitlavaju umetničkim slikama i arhitektonskim strukturama koje su zamalo, ali ipak ne sasvim, simetrične. Dobar primer su asimetrični tornjevi na inače simetričnoj katedrali u Šartru. Dejstvo CP-narušavanja bilo je maleno - samo po nekoliko događaja na svakih hiljadu - ali jasno prisutno, i teoretičari su time bačeni natrag na polazni kvadrat njihove 'table za igru'.
     Pominjem CP-narušavanje iz tri razloga. Prvo, ono je postalo dobar primer za nešto što je kasnije u nekim drugim silama priznato kao 'malčice slomljena simetrija'. Ako verujemo u unutrašnju simetričnost prirode - to jest, ako smo ubeđeni da ona postoji - onda mora biti da nešto, neki fizički agens, prodire u događaje i ruši simetriju. To bi bilo nešto vrlo srodno onim pojavama na koje deluje. Znači, simetrija, ako je tako, nije 'uništena' nego je samo prikrivena, nešto se umešalo, pa se stekao privid nesimetričnosti. Božija čestica je jedan takav prikrivač simetrije. Na to ćemo se vratiti u osmom poglavlju. Drugi razlog što pominjem CP-narušavanje jeste taj što sada, u devedesetim godinama, jedna od naših najhitnijih potreba da bismo razjasnili probleme u standardnom modelu jeste upravo ta da shvatimo CP-situaciju.
     Treći razlog, koji je, ujedno, i naveo švedsku Akademiju nauka da ispolji dužno poštovanje prema Fiču i Kroninu, jeste taj što je njihovo CP-narušavanje, primenjeno na kosmološke modele razvoja Vaseljene, razjasnilo zagonetku koja je kao kuga mučila astrofizičare pedeset godina. Do 1957. godine veliki broj opita pokazivao je da postoji savršena simetrija između materije i antimaterije. Pa, ako su materija i antimaterija toliko simetrične, onda zašto na našoj planeti, u našem Sunčevom sistemu, našoj Galaksiji, pa čak (prema nekim dokazima) i u svim drugim galaksijama - antimaterije uopšte nema? A kako jedan opit izveden 1965. na Long Ajlendu može objasniti sve to?
     Modeli su nagoveštavali da se posle Velikog praska kosmos morao hladiti i da je tom prilikom moralo doći do potiranja sve materije i sve antimaterije, posle čega bi kosmos bio ispunjen, u suštini, samo čistim zračenjem; a ono je, u konačnom razmatranju, toliko hladno (toliko mu je niska energija) da ne bi moglo stvoriti materiju. Ali materija - pa, to smo mi! Otkud to da smo mi ovde? Opit Fiča i Kronina ponudio je objašnjenje, jedan mogući izlaz. Ta simetrija nije bila savršena. Bilo je malo, malčice više materije nego antimaterije. Na svakih 100 miliona parova kvark-antikvark, pojavio se i po jedan višak kvarka. To je ishod samo malenog narušavanja CP-simetrije; i to je jedini razlog što uopšte postoji sva ova materija koju vidimo danas, uključujući i nas same. Hvala Kronine, hvala gospodine Fič. Vi ste sjajni momci.

HVATANJE MALOG NEUTRALNOG U KLOPKU

     Veliki deo podrobnih informacija o slaboj sili dali su nam neutrinski snopovi, a u tome se krije jedna druga priča. Paulijeva hipoteza iz 1930. godine - da postoji jedna mala, neutralna čestica koja oseća samo slabu silu, nijednu drugu - proverena je na mnogo načina od tridesetih do šezdesetih godina. Tačna merenja sve većeg broja slaboraspadnih jezgara i čestica podržavala su hipotezu da iz reakcije beži nešto maleno i neutralno i odnosi deo energije i impulsa. Baš zgodan način da se rastumače raspadne reakcije, ali možemo li bukvalno da otkrijemo neutrino?
     To nije bio lak zadatak. Neutrino prođe ploveći veselo kroz najtvrđi oklop od materije, oklop nepojamno debeo, i ništa mu nije. Ovo neutrino može zato što ne sluša nijednu silu osim slabe, a to znači da je verovatnoća sudara smanjena ogromno. Izračunato je da ako želimo obezbediti da se neutrino barem jedanput sudari sa nečim, moramo na put da mu isprečimo olovnu metu koja će biti debela jednu svetlosnu godinu! A to bi bio malo skup opit. Međutim, ako upotrebimo veoma veliki broj neutrina, onda je debljina mete, potrebna da bi se video bar jedan sudar, za toliko puta manja. Sredinom pedesetih godina koristili smo nuklearne reaktore kao snažne izvore neutrina (a zašto i ne bismo... u reaktoru je toliko radioaktivnosti!). Meta je bilo ogromno bure puno kadmijum-dihlorida, što je znatno jeftinije nego svetlosna godina olova. Pošto iz reaktora kulja tako ogromna količina neutrina (zapravo, antineutrina; u reaktorima nastaju uglavnom oni), bilo je neizbežno da neki neutrino čvakne po nekom protonu, navodeći ga na beta-raspad; pri tome se moraju osloboditi jedan pozitron i jedan neutron. Pozitron će lunjati okolo, uskoro će nabasati na neki elektron, sa njim se anihilirati, a to će značiti proizvodnju dva fotona koji će poleteti na dve strane. Ova dva fotona polete napolje, u tečnost za 'hemijsko čišćenje', koja zasvetluca kad je pogodi neki foton. Ako mi, dakle, otkrijemo da je nastao jedan neutron i jedan par fotona, to će biti opitni dokaz da je uleteo neutrino. Ovo je prvi put postignuto nekih trideset pet godina posle Paulijevog predviđanja da to malo stvorenje mora postojati.
     Godine 1959. počela je da nas pritiska jedna druga kriza. Zapravo, to su bile dve krize. Središte oluje bilo je na Univerzitetu Kolumbija, ali je razumevanje i učešće stizalo iz celog širokog sveta. Sve podatke koje smo dotad dobijali o slaboj sili dobijali smo tako što su čestice tokom svog prirodnog raspadanja bile ljubazne, pa su ih davale. Ništa čestica ne voli tako kao to da dâ sve od sebe u korist prosvetljenja nas fizičara. Kad god smo hteli da proučavamo slabu silu, naprosto smo gledali čestice, kao što su neutron i pion, kako se raspadaju i pretvaraju u druge čestice. Potrebnu energiju davale su mase mirovanja (najčešće od nekoliko, pa do 100 MeV) raspadajućih čestica. Čak su i slobodni neutrini, koji su, izlećući iz reaktora nuklearne centrale, naletali negde na slabu silu, davali samo po nekoliko MeV. Kad smo teoriju slabe sile prilagodili rezultatima eksperimenata o kršenju parnosti, dobili smo stvarno elegantnu, divnu teoriju, u koju su se uklapali svi raspoloživi podaci dobijeni milijardama i milijardama raspada jezgara, kao i raspadanjem nebrojenih piona, muona, lambda, a verovatno, mada je to teško dokazati, i raspadanjem civilizacije Zapada.

EKSPLOZIJA JEDNE JEDNAČINE

     Prva kriza proistekla je iz matematike slabe sile. U jednačinama se pojavljuje energija pri kojoj je ta sila merena. U zavisnosti od podataka, u jednačinu ćušneš energiju mase mirovanja čestice koja ti se raspada - hajde, neka je to 1,65 MeV ili 37,2 MeV ili tako nešto - i iz jednačine iziđe tačan odgovor. Onda malo petljaš članovima jednačine; povuci, potegni i posle nekog vremena izvučeš iz iste te jednačine predviđanje koliko mora trajati život te čestice, kakav mora biti raspad, koji će biti spektar dobijenih elektrona; sve su to stvari koje se mogu proveriti opitom. Proveriš i pokaže se da je sve tačno. Ali ako ćušneš u tu jednačinu neku veću energiju, recimo 100 GeV (sto milijardi elektron-volti) sve se naglo pokvari. Jednačina ti naprosto eksplodira u lice. U žargonu fizike kaže se da je ovo 'kriza jedinstvenosti'.
     Evo gde je nedoumica. Bila nam je dobra jednačina, ali je sadržala u sebi neku patologiju na visokoj energiji. Sa malim brojevima može, sa velikim nikako. Nismo, dakle, našli konačnu istinu nego samo istinu koja važi dok se ostaje u vilajetu niskih energija. Znači, mora postojati neka druga fizika koja će preinačiti ovakve jednačine na visokoj energiji.
     Druga kriza nastala je zbog jedne reakcije koju nismo opazili. Može se izračunati koliko često bi se muon morao raspasti u jedan elektron i jedan foton. Naša teorija slabih procesa kaže da muon treba i tako da se raspada. Tragali smo i tragali za tom reakcijom, bio je to omiljeni opit na mašini Nevis. Nekoliko novih doktora fizike provedoše bogzna koliko sati trošeći uzaludno zrak iz mašine, ali ne nalazeći pomenutu reakciju. Marej Gel-Man, koji je smatran za glavnog mudraca u vezi sa tako tajanstvenim stvarima, često je navođen kao autor takozvanog 'totalitarnog pravila u fizici' koje glasi: "Sve što nije zabranjeno, obavezno je!" Ako naši zakoni ne zabranjuju neki događaj, onda on ne samo što se može nego se i mora dogoditi! Pošto raspad muona na elektron i foton nije zabranjen, kako je moguće da ga ne uspevamo opaziti? Zar nešto ipak zabranjuje taj mu-e-gama raspad? (Ovo 'gama' možeš čitati i 'foton'.)
     Obe te krize bile su uzbudljive. Obe su nudile mogućnost da stvorimo neku novu fiziku. Teorijskih spekulacija bilo je u izobilju, ali eksperimentatori su kipeli od besa. Šta da se radi? Mi eksperimentatori moramo nešto da merimo, zakucavamo, testerišemo, turpijamo, ili bar da slažemo olovne opeke - mora se raditi nešto. Pa, eto, radili smo nešto.

KOMPANIJA ZA UBISTVA I OPIT SA DVA NEUTRINA

     Melvin Švarc (Melvin Schwartz), docent na Kolumbiji, slušao je i saslušao podroban izveštaj o ovim nevoljama, novembra 1959. godine. Govornik je bio teoretičar sa Kolumbije T. D. Li. Onda je Švarc došao na svoju VELIKU zamisao. Zašto ne bismo stvorili jedan zrak neutrina na taj način što bismo dopustili da zrak piona visoke energije plovi kroz prazan prostor toliko dugo da se neki deo, recimo deset odsto, tih piona raspadne na muone i neutrine. Pioni, dakle, lete i u letu nestaju; a na mestu svakog iščezlog piona pojave se po jedan muon i jedan neutrino, koji zajedno nose isto onoliko energije koliko je imao pokojnik. Šta sad leti kroz prostor? Lete muoni i neutrini nastali od tih 10% pomrlih piona, ali leti još i onih 90% piona koji se još nisu raspali, a letuca i svakojaki nuklearni otpad što se razleteo iz mete koja je bila gađana da bi pioni nastali. E, sad, reče Švarc, hajde da mi to sve usmerimo u jedan veliki, debeli, čelični zid. (Posle se pokazalo da nam je bio potreban čelični zid debeo 12 metara.) Ništa neće moći da prođe kroz taj zid, ništa osim neutrina, koji bi jednako lako prošišali i kroz čelični zid debeo 12 miliona kilometara. Znači, na drugu stranu zida izlazi, i mi na taj način dobijamo, čist neutrinski zrak, a pošto neutrino ne sluša nijednu silu osim slabe, tu nam je i dobra prilika da proučavamo ne samo neutrine nego (kroz sudare neutrina) i slabu silu.
     Ovaj plan je mogao da razreši i prvu krizu i drugu krizu. Melova zamisao bila je da bi nam ovaj neutrinski zrak omogućio da proučavamo slabu silu pri energijama od više milijardi, a ne miliona, eV. Stekli bismo mogućnost da gledamo kako se slaba sila ponaša pri visokoj energiji. Mogli bismo ujedno da naslutimo bar delić razloga zbog koga ne primećujemo nijedan raspad muona u elektron plus foton; mogli bismo, ako je tu neutrino na neki način umešan.
     Kao što se često dešava u nauci, praktično istu zamisao objavio je u maltene istom trenutku sovjetski fizičar Bruno Pontekorvo (Bruno Pontecorvo). E, sad se vi pitate zašto njegovo ime zvuči više italijanski nego ruski. Pa, zato što je to Italijan koji je pedesetih godina prebegao u Moskvu iz ideoloških razloga. Svejedno, njegova fizika, njegove zamisli, njegova mašta ostadoše na vrhunskom nivou. Brunova tragedija nastupila je kasnije zato što je pokušavao da svoje maštovite zamisli sprovede u delo u sistemu u kome je birokratija gušila sve. Međunarodne konferencije su mesto na kome bi, po tradiciji, trebalo da se ispoljava toplo prijateljstvo naučnika celoga sveta; na jednoj takvoj konferenciji u Moskvi, pitao sam jednog prijatelja: "Jevgenij, reci mi, ko je od vas ruskih fizičara zaista komunista?" Jevgenij se počeo osvrtati po dvorani, a onda je prstom pokazao Pontekorva. Ali to je bilo godine 1960.
     Kad sam se krajem 1969. godine vratio na Kolumbiju sa prijatno provedene slobodne godine u CERN-u, počeo sam da slušam rasprave o krizama vezanim za slabu silu, pa i tu Švarcovu ideju. Švarc je nekako došao do zaključka da nijedan postojeći akcelerator nije dovoljno jak da napravi neutrinski zrak dovoljnog intenziteta, ali ja se sa ovim nisam složio. U Brukhejvenu se bližila kraju izgradnja AGS-a (alternartivno-gradijentni sinhrotron) od 30 GeV; ja sam neke brojke malo bacio na papir i ubedio sebe, a uskoro i Švarca, da je opit izvodiv. Napravili smo ga. Bio je to, za godinu 1960, ogroman opit. Pridružio nam se Džek Stajnberger (Jack Steinberger), jedan moj kolega na Kolumbiji, uzeli smo nekoliko studenata i mladih doktora i napravili grupu od sedam ljudi. Nas trojica (Džek, Mel i ja) bili smo poznati po blagom i ljubaznom stavu prema svima ostalima. Jedanput sam hodao po akceleratorskom podu i čuo kako jedan fizičar kaže: "Evo, stiže Kompanija za ubistvo!"
     Upotrebili smo masivan detektor, a oko njega smo izgradili debeo čelični zid, da ne bi doletale niotkud nikakve čestice osim neutrina. U taj zid morali smo da ugradimo hiljade tona čelika. Uzeli smo ih sa onih ratnih brodova koji su u to doba bili bacani u staro gvožđe. Pogrešio sam, pa sam nekom novinaru rekao, u šali, da smo isekli ratni brod 'Misuri' da bismo napravili naš zid. U to doba, međutim, brod 'Misuri' nije bio povučen iz upotrebe nego je još plovuckao valjda negde. Ali čelik je svakako dobijen sečenjem starih vojnih brodova. Dvostruko sam pogrešio, pa sam se našalio rekavši da ćemo morati, ako izbije neki rat, da rasturimo opit i opet sklopimo taj ratni brod. To je krenulo u javnost kao priča koja je brzo dobila i 'ukrase', pa je ispalo da nam Ratna mornarica konfiskuje opit da bi krenula u neki rat. (A koji je to rat mogao biti, godine 1960, to ni do danas nikome nije jasno.)
     Takođe su malo 'nadogradili' moju priču o topu. A stvarno smo dobili mornarički top kalibra 305 milimetara sa odgovarajućim žlebovima iznutra i debelim zidovima cevi. Bio nam je to divan kolimator, sprava pomoću koje fokusiramo zrak čestica i nanišanimo njime ka nekoj meti. Mislili smo da napunimo tu topovsku cev berilijumom, koji bi poslužio kao filter, ali cev je, kao što rekoh, bila izolučena iznutra, i to duboko. Ovo je bilo smetnja. Zato sam našao jednog mršavog postdiplomca i poslao ga unutra, u cev, da popunjava te spiralne žlebove čeličnom vunom. Sat kasnije, on ispuzi iz cevi sav preznojen, pregrejan, razdražen, i kaže: "Ja dajem ostavku!" "Pa ne možeš da daš ostavku!" povičem ja. "Gde da nađem drugog studenta tvog kalibra?"
     Kad smo završili pripreme, čelik sa zastarelih lađa ležao je u debelim oblogama oko detektora koji je bio izrađen od deset tona aluminijuma, zgodno raspoređenog, tako da ako se neutrino sudari sa nekim jezgrom aluminijuma, uspemo da opazimo proizvode tog sudara. Ta vrsta detektora zove se 'iskričava komora'. Nju je smislio japanski fizičar Šudži Fukuji (Shuji Fukui). Puno smo naučili razgovarajući sa Džimom Kroninom sa Prinstona, koji je bio ovladao tom novom tehnikom. Usledilo je takmičenje - ko najbolje ume da uveća Kroninovu napravu, tešku nekoliko kilograma, na deset tona. Pobedio je Švarc. Njegova komora bila je popunjena aluminijumskim pločama debelim dva i po centimetra. Bile su mašinskim alatima vrlo lepo izrezane i izglačane. Između ploča ostavili smo razmak od po, otprilike, jedan i po centimetar. U ploče je puštena struja ogromnog napona, i to tako da u susednim pločama bude uvek suprotno naelektrisanje. U komori je, umesto vazduha, bio neon. Ako neka nealektrisana čestica poleti sa jedne ploče ka drugoj, za česticom odmah krene i velika električna iskra, a to se već može fotografisati. To je lakše reći nego učiniti, jer ova tehnika ima svoje probleme. Ali - i divne rezultate. Ping! I putanja jedne subnuklearne čestice postaje vidljiva kao crvenožuti trag u gasu neonu. Lepota, prava.
     Prvo smo pravili modele takvih varničnih komora i nameštali ih (da bismo proučili njihove osobine) pod udar zraka elektrona i piona. Većina komora u to doba bile su nekih tridesetak centimetara u prečniku i imale su desetak ili dvadesetak ploča. Mi smo probali sa komorom u kojoj je bilo sto ploča, a one su bile otprilike šezdeset sa šezdeset centimetara, dva i po centimetra debele. Svrha postojanja tih ploča bila je da moljakaju i preklinju neutrine da se bar jedan sudari sa bar nekom od njih. Radili smo, nas sedmoro, danju i noću, kao i u razna druga vremena. Trebalo je montirati ceo aparat, svu elektroniku, izmisliti svakojake nove sprave - poluloptaste razmake gde varnica može da preskoči, automate za ispuštanje lepka, nove vrste elektronskih kola. Pomagali su nam i neki inženjeri i nekoliko tehničara.
     Opit je krenuo pozno u 1960. godini, ali se na početku zaglibio u pozadinskoj 'buci' koja je nastajala zbog toga što su neutroni, a i razno drugo smeće koje je izletalo iz mete, tražili i pronalazili putanje okolo-naokolo, pukotine, i tako uspevali da se provuku kroz naših silnih dvanaest metara čelika. Stvarali su haos od iskrenja u varničnoj komori, rezultati su bili sasvim upropašćeni. Samo čudo može sprečiti te pozadinske čestice da se ušunjaju u tvoju komoru ako si im ostavio i najmanju priliku - recimo, jedan prema milijardu - da to učine. Nedeljama smo se borili; zapušivali smo svaku pukotinu gde bi se ijedan neutron mogao ikako promuvati unutra. Takođe smo vredno tragali ispod poda laboratorije: šta ako tamo postoje neki električni provodnici? (Mel Švarc je našao jedan tunel ispod poda, zavukao se u njega da vidi šta ima unutra, zaglavio se i onda smo morali da pozovemo nekoliko snažnih tehničara da ga izvuku.) Svako 'tanko' mesto na našem ogromnom oklopu prekrivali smo blokovima zarđalog čelika sa bivšeg bojnog broda. U jednom trenutku, direktoru brukhejvenskog akceleratora, tek postavljenom, konačno je pukao film. "Nećete više nagomilavati te prljave pločetine blizu moje nove mašine! To može samo preko mene mrtvog!" grmeo je on. Nismo prihvatili ponudu, jer bi on, mrtav i ugrađen, činio nepoželjnu izbočinu na oklopu. Zato smo popustili njegovim zahtevima... samo malo, malčice. Kasno u novembru pozadinsko zagađenje neželjenim česticama svedeno je na nivo koji se mogao pretrpeti.
     Evo šta smo radili.
     Protoni iz AGS-a udaraju u metu. U svakom sudaru proizvedu u proseku po tri piona. Mi izazivamo oko 1011 (100 milijardi) sudara u sekundi. Nastaju i raznorazni neutroni, protoni, pogdekoji antiproton, i razni drugi otpaci. Sve to što srlja prema nama mora da prevali prazan prostor od oko petnaest metara pre nego što naleti na naš neprobojni čelični zid. To je razdaljina koja omogućava da se nekih deset posto piona raspadne, tako da dobijemo nekoliko desetina milijardi neutrina. Izvestan broj njih (manji, mnogo manji...) leti baš u onom pravcu koji nama odgovara. Oni prošibaju kroz naš čelični zid debeo dvanaest metara. S druge strane zida, posle jedne praznine koja iznosi oko trideset centimetara, počinje naša iskričava komora. Ona leži i čeka. Naša procena je bila da ćemo uspeti, ako bude sreće, u njoj da snimimo po jedan neutrinski sudar nedeljno! Za tih nedelju dana iz mete će izleteti nekih 500 miliona milijardi (dakle, 5 x 1017) neutrina prema detektoru. Zato smo morali tako strogo da otklonimo pozadinsku buku.
     Očekivali smo dve vrste neutrinskih sudara: (1) neutrino naleti na aluminijumsko jezgro, a kao ishod nastanu jedan muon i jedno pobuđeno jezgro, ili, (2) neutrino naleti na jezgro, ali ishod je nastanak jednog elektrona i jednog pobuđenog jezgra. Dobro; zaboravite ta jezgra. Važno je da smo očekivali da će iz neutrinskih sudara izlaziti muoni i elektroni u otprilike jednakom broju, ali, dabome, da će ih pratiti i uzgredno nastali pioni i drugi otpad koji će se razleteti iz pobuđenog jezgra.
     Pravda je pobedila i mi smo tokom osam meseci snimanja uspeli da snimimo pedeset šest neutrinskih sudara, od čega su možda pet bili lažni. Zvuči lako, ali ja nikad nikad neću zaboraviti onaj prvi neutrinski događaj. Razvili smo jedan kotur filma, ishod nedelju dana uzimanja podataka. Slike su većinom bile prazne ili su pokazivale poneki očigledan prodor kosmičkog zraka. A onda, iznenada, eto njega: jedan spektakularni sudar, sa dugačkim, dugačkim tragom muona koji žurno odleće u daljinu. Taj prvi događaj bio je trenutak 'minieureka', blesak izvesnosti, posle toliko truda, da opit uspeva.
     Prvi naš zadatak bio je da dokažemo da su to stvarno tragovi neutrinskih, a ne nekih drugih sudara; jer, to je bio prvi u istoriji opit te vrste. Udružili smo sve svoje iskustvo, pa smo naizmenično preuzimali na sebe, jedan po jedan, ulogu đavolovog advokata, nastojeći da razrušimo svoje sopstvene zaključke. Ali podaci su, uistinu, bili čvrsti kao stena; dakle, bilo je vreme da se iziđe u javnost. Osećali smo dovoljno pouzdanje da saopštimo kolegama svoje rezultate. Trebalo je da čujete kako je Švarc govorio prepunoj sali u Brukhejvenu. Kao advokat, isključivao je, jednu po jednu, sve ostale mogućnosti. U publici - osmesi i suze. Melovu majku su morali da izvedu, jecala je nekontrolisano.
     Ovaj opit imao je tri (uvek budu tri) glavne posledice. Pamtite da je Pauli prvi predložio postojanje neutrina kao moguće objašnjenje za manjak energije u beta-raspadu u kome iz atomskog jezgra izleće jedan elektron. Paulijevi neutrini bili su uvek udruženi sa elektronima. Međutim, u gotovo svim našim događajima, proizvod naletanja neutrina na jezgro bio je muon. Naši neutrini odbijali su da proizvode elektrone. Zašto?
     Morali smo zaključiti da ovi neutrini kojima se mi služimo imaju novu, posebnu osobinu - muonstvo. Pošto se ti neutrini rađaju zajedno sa po jednim muonom, kad se raspada pion, onda, znači, neka sklonost ka muonima ostaje ugrađena u njih.
     Da bismo ovo dokazali punoj sali genetski uslovljenih skeptika, morali smo da znamo i pokažemo da nije 'kriv' naš aparat - naime, da to nije neki glupo sazdan aparat koji muone hoće, a elektrone neće da otkrije. To vam je opet problem Galilejevog teleskopa. Na sreću, bili smo u mogućnosti da pokažemo našim kritičarima da smo u opremu ugradili i sposobnost otkrivanja elektrona i da smo to i te kako potvrdili ispaljujući probne zrake elektrona.
     Postojalo je tu još jedno pozadinsko dejstvo, ono od kosmičkih zraka koji se na nivou mora sastoje od muona. Neki fizičari lošiji od nas mogli bi, za muon iz kosmičkih zraka koji s leđa uleti u detektor i zaustavi se u sredini, pomisliti da je posredi muon neutrinskog porekla koji je krenuo napolje. A mi smo želeli pronaći samo ovo drugo. Jesmo ugradili blokadu - zapravo, oklop protiv toga - ali kako možemo biti sigurni da nam je ta blokada uspešna?
     Postojao je način: ostaviš detektor uključen i kad je mašina isključena - a to je bilo oko pedeset odsto vremena. Kad je akcelerator isključen, zna se: svaki muon koji iskrsne u detektoru može i mora biti samo nezvani gost iz kosmičkih zraka. Ali nije iskrsnuo nijedan. Kosmički zraci nisu uspevali da se probiju kroz naš oklop.
     Pominjem sve ove tehničke pojedinosti da bih vam pokazao da vršenje opita nije lako i da je tumačenje jednog opita istančan posao. Jednom je Hajzenberg rekao nekom kolegi, dok su stajali blizu ulaza u zgradu sa bazenom za plivanje: "Svi ulaze i svi izlaze vrlo fino obučeni. Da li je to dokaz da i plivaju obučeni?"
     Zaključak koji smo mi (i većina drugih fizičara) izvukli iz ovog opita bio je da u prirodi postoje bar dve vrste neutrina - jedno je neutrino koji je u nekoj vezi sa elektronima (to bi bili obični Paulijevi neutrini sa ukusom sladoleda od vanile), a drugo je neutrino povezan sa muonima. Zato ih nazvasmo elektronski neutrini (obični) i muonski neutrini (koje smo mi pravili). Sada se za ovu razliku između neutrina kaže da je 'ukus', na neozbiljnom jeziku standardnog modela. Još onog dana ljudi su počeli da prave jednu malu tablicu:

     elektronski neutrino muonski neutrino
     elektron muon

     ili, skraćenim 'fizičarskim' pisanjem:

     nenm     e m

     Elektron je tu stavljen ispod elektronskog neutrina, koji mu je rođak, što je nagovešteno onim malim slovom e koje je napisano uz njega, ali malo niže. Muon je ispod svog rođaka, muonskog neutrina. Hajde da se prisetimo da smo pre ovog opita znali za tri leptona - e, n i m - koji ne podležu jakoj sili. Sad, gle, imamo četiri takva: e, nem i nm     Ah, da. Činjenica da postoje dva različita neutrina rešila je krizu nedostajuće mu-e-gama reakcije. Podsećam, trebalo bi da se muon raspadne ponekad i na jedan elektron i jedan foton, ali to nikad niko nije otkrio, mada su mnogi pokušali. Trebalo bi da postoji redosled procesa: prvo da se muon raspadne na jedan elektron i dva neutrina, i to jedan normalan i jedan antineutrino. Onda se ta dva neutrina, zato što su materija i antimaterija, međusobno potru i proizvedu jedan foton. Ali te fotone nikako da vidimo. Sad je bio jasan i razlog. Naravno, pozitivni muon se raspadne na jedan pozitron i dva neutrina, ali to su jedan elektronski neutrino i jedan muonski antineutrino (to jest, antimuonski neutrino). Ta dva neutrina neće anihilirati jedan drugog zato što su iz različitih porodica. Oni naprosto - ostaju neutrini! Ne proizvede se nikakav foton. Zato i nema mu-e-gama reakcije.
     Druga posledica opita koji je izvela moja 'Kompanija za ubistva' bila je ta da smo stekli novo oruđe za rad u fizici: česmu iz koje teku topli i hladni neutrinski zraci, po volji. To oruđe uskoro je namešteno i u CERN-u, u Fermilabu, pa u Brukhejvenu i, najzad, u Serpuhovu, u Rusiji. Pamtite da pre ovog mog opita na AGS-u nismo bili baš potpuno sigurni u to da neutrini postoje. A sad smo puštali neutrinske zrake po želji naručioca.
     Neki od vas možda su uočili da ovde zaobilazim jednu krizu - ne prilazim joj blizu. To je ona broj jedan - činjenica da naša jednačina za slabu silu ne dejstvuje na visokim energijama. Naš opit iz 1961. pokazao je da se broj sudara zaista povećava sa povećanjem energije. U osamdesetim godinama, pomenute akceleratorske laboratorije uspevale su, upotrebom jačih zraka, više energije i detektora teških po nekoliko stotina tona, da snime milione neutrinskih sudara; čak i po nekoliko u minutu, što je mnogo bolje nego ono naše kad smo snimali po jedan ili dva nedeljno. Pa ipak, kriza sa slabim međudejstvom pri visokim energijama nije rešena, samo je mnogo bolje osvetljena. Zaista se broj neutrinskih sudara povećavao sa povišenjem energije, kao što je naša niskoenergetska teorija predviđala. Međutim, strah da će onda broj sudara postajati, pri sve višim i višim energijama, nemoguće veliki, ublažen je tako što je 1982. godine otkrivena W čestica. To je bio deo jedne nove fizike koja je preinačila tu teoriju i povela je ka blažem i smirenijem ponašanju. Tako je odložena kriza kojoj ćemo se, ipak, vratiti.

BRAZILSKI DUG, KRATKE SUKNJICE I OBRATNO

     Treća posledica tog opita bila je da su Švarc, Stajnberger i Ledermen dobili Nobelovu nagradu za fiziku. Ali kad? Tek 1988, dakle dvadeset sedam godina posle ostvarenog otkrića. Čuo sam da su novinari pitali sina jednog od pomenutih laureata: "Da li bi voleo da i ti dobiješ Nobelovu nagradu kao tvoj tata?" Mladi čovek je odgovorio: "Ne! Ja bih da je dobijem sam."
     Eh, ta nagrada. Imam, imam neke komentare o njoj. Nobel je stvar koju sa strahopoštovanjem gledamo gotovo svi mi koji radimo na ovom polju, verovatno zbog zasenjujućeg sjaja ranijih dobitnika, počev od Rentgena koji ju je dobio prvi (godine 1901), pa preko mnogih naših junaka kao što su Raderford, Ajnštajn, Bor i Hajzenberg. To je nagrada koja daje svojevrsnu auru dobitniku. Čak i kad tvoj najbolji drugar, sa kojim si nekad piškio u šumi, dobije tu nagradu, na neki način postaje u tvojim očima drugačiji.
     Znao sam da su me nekoliko puta nominovali. Pretpostavljam da sam mogao dobiti Nobela još 1956. za otkriće 'dugovečnog neutralnog kaona'; bio je to veoma neobičan predmet, a koristi se i danas kao oruđe u nekim bitnim izučavanjima CP-simetrije. Pa, mogao sam dobiti nagradu i za istraživanje parnosti u reakciji pion-muon (to je bilo ono sa koleginicom Č. Š. Vu), ali Stokholm se opredelio da u tim slučajevima nagradi naše teoretičarske kolovođe. Nije to bila nerazumna odluka. Ipak, to otkriće do koga se tako uzgredno došlo, otkriće o polarizovanim muonima i njihovom asimetričnom raspadanju, imalo je i ima veliku primenu u fizici kondenzovane materije, kao i u atomskoj i nuklearnoj fizici; primenu tako veliku, da se i sada redovno održavaju međunarodne konferencije o njima.
     Godine su promicale, a u svakoj od njih oktobar je bio nervozan mesec; stigne vest ko je ovog puta dobio nagradu, a onda neko od mojih dragih potomaka telefonira i pita: "Pa, kako...?" Uistinu, ima mnogo fizičara (a siguran sam da to važi i za hemičare, medicinare, i one u nenaukama) koji Nobela nikad dobiti neće, iako su postigli jednaka, pa i veća otkrića od onih koji će ga dobiti. Zašto je to tako? Ne znam. Jednim delom je to i pitanje sreće, okolnosti, volje Alahove.
     Ali ja sam imao sreće, pa mi nikad nisu nedostajala priznanja. Radio sam ono što sam voleo da radim, i za to sam unapređen u redovnog profesora na Kolumbiji 1958. godine i dobio razumno dobru platu. (Biti univerzitetski profesor u Americi, to je najbolje radno mesto u celoj Zapadnoj civilizaciji. Možeš raditi šta god te volja, pa čak i držati nastavu!) Moja istraživanja odvijala su se žustro, uz pomoć postdiplomaca, kojih se izređalo ukupno pedeset dvoje u razdoblju od 1956. do 1979. godine (kad sam postao direktor Fermilaba). Većinu nagrada dobio sam u trenucima kad sam bio toliko zauzet da o nagradama uopšte nisam stizao ni da mislim: izabran sam u Nacionalnu akademiju nauka (1964), dobio Predsedničku medalju za nauku (uručio mi ju je Lindon Džonson 1965) i razne druga odlikovanja i priznanja. Godine 1983. Martin Perl (Martin Perl) i ja dobili smo, zajednički, nagradu Volf, koju dodeljuje država Izrael, zato što smo otkrili treće pokolenje kvarkova i leptona (takozvani b kvark i tau lepton). Bilo je i počasnih doktorata, ali to je tržište na kome dominira prodavac zato što postoji nekoliko stotina univerziteta koji, svake godine, gledaju da nagrade na ovaj način po četvoro ili petoro ljudi. Kad se čovek nadobija toliko toga, počne sticati neki minimum osećanja da se obezbedio, pa i smirenosti po pitanju eventualne Nobelove nagrade.
     Kad je najzad stigla vest da sam dobio, a stigla je telefonskim pozivom u 6 sati ujutro, 10. oktobra 1988, usledila je provala veselja dotad prikrivanog. Moja supruga Elen i ja učtivo smo primili vest, a onda smo se počeli naprosto histerično smejati, i to je trajalo sve dok telefon nije počeo da zvrči, a naši životi da se menjaju. Kad me je neki novinar pitao šta ću da radim sa parama od Nobela, rekao sam da se još dvoumim da li da kupim nekoliko trkačkih konja ili dvorac u Španiji. Čovek ode i objavi to u novinama od reči do reči. Sledeće nedelje zove me, ko bi drugi, jedan trgovac nekretninama i kaže da ima strašnu ponudu, jedan pravi zamak u Kastilji.
     Kad dobiješ Nobelovu nagradu, a već si poprilično istaknut, to ima zanimljive prateće posledice. Ja, direktor Fermilaba, institucije sa 2.200 zaposlenih; najednom i oni, svih dve hiljade dvesta, počinju da se 'baškare' u tom publicitetu, koji im je došao kao malo preuranjen božićni poklon. Sastanak sa punom i prepunom laboratorijom morao se održati nekoliko puta, da bi baš svi dobili priliku da uživo čuju govor Gazde, čoveka koji je i ranije smatran za zabavnog tipa, a sad najednom u njemu svi vide takmaca voditelju Džoniju Karsonu. (Znalo se da sad i neki ljudi koji zaista jesu važni počinju ozbiljno da shvataju tog zabavnog tipa.) Čikaški list 'San Tajms' uzdrmao me je naslovom "NOBEL PAO BLIZU KUĆE". U 'Njujork Tajmsu' dadoše sliku na kojoj se vidi kako sam isplazio jezik, na naslovnoj strani - i to na gornjoj polovini, iznad prevoja!
     Sve ovo izbledi, ali strahopoštovanje javnosti prema toj tituli ostaje. Na prijemima širom grada predstavljan sam kao dobitnik Nobelove nagrade za mir iz oblasti fizike. A kad sam poželeo da učinim nešto spektakularno, možda i nerazumno i rizično, da bih pomogao javnim školama u Čikagu, Nobelova sveta vodica je uspevala. Ljudi su slušali, vrata su se otvarala, i, najednom, eto programa za poboljšanje nastave iz prirodnih nauka u školama u užem, središnjem delu grada. Ova nagrada neverovatno pomaže kad god se upuštate u neku društveno pohvalnu delatnost. Nezgodna strana novčića sastoji se u tome što odjednom postajete stručnjak za sve. Brazilski dug? Odgovoriće ovaj dobitnik. O socijalnom osiguranju? Može da kaže. "Recite nam, profesore Ledermen, koliko će biti dugačke suknje?" "Biće najkraće što mogu biti!" odgovara laureat sa pohotom u srcu. A moja namera je da bestidno rabim ovu nagradu da bih pomogao obrazovanju iz oblasti prirodnih nauka u SAD. U tom poslu prilično bi mi pomogla još jedna Nobelova nagrada, ako mi je daju.

JAKA SILA

     Naši trijumfi u otkrivanju zamršenih pojedinosti o slaboj sili bili su znatni. Ostalo je, međutim, još nekoliko stotina problematičnih čestica koje su nas 'gnjavile', a to su hadroni; jedno izobilje čestica koje su sve podvrgnute jakoj sili, a to je ona koja drži jezgro atoma na okupu. Te čestice imale su razne odlike; neke od tih odlika smo pomenuli, kao, na primer, naelektrisanje, masu i spin.
     Pioni, recimo. Postoje tri različita piona (pi-mezona) koji se samo malo razlikuju po masi; proučili smo ih u mnogo raznih sudara i svrstali u jednu porodicu, kojoj smo dali naziv, možda neočekivan - porodica piona. Njihova naelektrisanja su plus jedan, minus jedan i nula (neutralno). Pokazalo se da svaki hadron može biti svrstan u neku porodicu; svi su oni tako grupisani. Kaoni se postrojavaju ovako: K+S+, S0, S-. Grupa tebi nešto bolje poznata jeste nukleonska grupa: nju sačinjavaju neutron i proton, sastojci atomskog jezgra.
     Porodice se sastoje od čestica koje imaju sličnu masu i slično se ponašaju pri jakim sudarima. Da bi se ova zamisao iskazala konkretnije, izmišljen je termin 'izotopni spin' ili izospin. Izospin je koristan zato što nam omogućava da uvek gledamo, na primer, 'nukleon' kao jedan predmet, ali u dva izospinska stanja: neutron ili proton. Slično tome, pion ima tri izospinska stanja: p+, p-, p0. Još jedna korisna odlika izospina sastoji se u tome što je to jedna veličina koja se pri jakim sudarima očuva, baš kao i naelektrisanje. Žestok sudar jednog protona sa jednim antiprotonom može proizvesti četrdeset sedam piona, osam bariona, ili razne druge stvari, ali ukupan izospinski broj proizvedenih čestica ostaje stalan.
     Suština je sledeća: fizičari su nastojali da se nekako snađu u tom mnoštvu raznih hadrona, da nađu neki smisao, a to su radili tako što su pokušavali da uzmu u obzir i poređaju sve osobine koje su se kod hadrona ikako mogle naći. Iz tog razloga, mnogim odlikama hadrona dati su nazivi koji zvuče kao čisto zezanje: 'broj čudnosti', barionski broj, hiperonski broj i tako dalje. Zašto 'broj'? Zato što su sve te odlike kvantne, pa prema tome moraju biti kvantni brojevi. A kvantni brojevi poštuju načela očuvanja. Ovo je, opet, omogućilo teoretičarima, baš kao i eksperimentatorima bez opita, da se igraju hadronima, da ih organizuju tako i ovako, da ih (možda tražeći nadahnuće u biologiji) svrstavaju u neke šire rodbinske grupe. Teoretičari su se rukovodili pravilima matematičke simetrije, verujući da i temeljne jednačine prirode valjda poštuju duboke simetrije.
     Jednu naročito uspešnu organizaciju smislio je 1961. godine Marej Gel-Man, teoretičar sa Kalteka. On je ovoj shemi dao naziv 'osmostruki put' po Budinom učenju koje kaže: "Ovo je uzvišeni osmostruki put: ispravni pogledi, ispravne namere, ispravan govor..." Gel-Man je hadrone gotovo magično sredio u koherentne grupe sa po osam do deset čestica u svakoj grupi. Aluzija na budizam bila je još jedan izlet u neozbiljnost, jedan od mnogih takvih u fizici, ali razni mistici su se dočepali toga, i to im je sad 'dokaz' da je pravi poredak sveta nekako povezan sa istočnjačkim misticizmom.
     Upao sam u nevolje u poznim sedamdesetim godinama, kad je od mene zatraženo da napišem svoju kratku biografiju za Fermilabov interni bilten, a povodom otkrivanja kvarka dno. Pošto sam očekivao da to neće čitati niko osim mojih saradnika u Bataviji, stavio sam naslov: 'Neautorizovana autobiografija Liona Leder-Mana'. Na moj užas, ceo tekst je prenet i u CERN-ov interni bilten, a zatim i u Sajens, službeno glasilo Američkog društva za unapređenje nauke, koje čita nekoliko stotina hiljada naučnika u SAD. U toj mojoj priči stoji i ovo: "Njegovo (Ledermenovo) razdoblje vrhunske kreativnosti nastupio je 1956. kad je čuo jedno predavanje Gel-Mana o mogućem postojanju neutralnih K-mezona. Doneo je dve odluke: prvo, da od tada piše svoje prezime sa crticom u sredini, kao što čini Gel-Man..."
     Svejedno, teoretičar miriše jednako slatko ma kako da ga nazoveš. Gel-Manov osmostruki put naveo je i druge naučnike da crtaju tabele poređanih hadrona, tabele koje podsećaju na periodni sistem elemenata Mendeljejeva, mada su ove kudikamo zakučastije. Pamtite kako je Mendeljejev u svom periodnom sistemu namestio elemente koji imaju slične hemijske odlike jedan ispod drugog, tako da su nastali uspravni nizovi - stupci? Ta periodičnost nagoveštavala je jednu unutrašnju organizovanost, raspoređenost elektrona u ljuske, iako tada još ništa nismo znali o elektronima. Nešto u unutrašnjosti atoma se ponavljalo; atomi poređani po veličini pokazali su obrazac, sređenost. Gledajući unazad, iz ovog vremena kad su atomi shvaćeni, stičemo utisak da je to trebalo svakome da bude samo po sebi jasno.

KRICI KVARKA

     Obrasci hadrona poređanih po raznim kvantnim brojevima takođe vrište: "Struktura! Struktura!". To bi značilo da imaju neku unutrašnju, nižu strukturu, podstrukturu. Ali nije baš lako čuti krike subnuklearnih entiteta. Dvojica fizičara oštrog sluha to su uspela, pa su o tome i pisala. Gel-Man je predložio postojanje izvesnih struktura kojima je dao naziv 'matematičke strukture'. Godine 1964. on je izneo svoje postulate prema kojima obrasci organizovanja hadrona mogu biti objašnjeni ako postoje tri 'logičke konstrukcije'. On je tim konstrukcijama dao i nazive. Kvarkovi. Opšte je uverenje da je tu reč maznuo iz dijaboličnog romana Džejmsa Džojsa (James Joyce) Fineganovo bdenje. Tamo u jednom trenutku neko kaže: "Tri kvarka za mustera Marka!" (engl. "Three quarks for Muster Mark!") Džordž Cvajg (George Zweig), Gel-Manov kolega, došao je na istu zamisao dok je radio u CERN-u; zaključio je da postoje tri stvarčice kojima je dao naziv 'asovi'.
     Verovatno nikad nećemo baš tačno saznati kako je nastala ta prekretna zamisao. Znam jednu verziju zato što sam bio lično prisutan - na Univerzitetu Kolumbija, 1963. godine. Gel-Man je držao seminar o simetriji osmostrukog puta hadrona, kad jedan teoretičar sa Kolumbije, Robert Serber (Robert Serber), zatraži reč i ukaže na činjenicu da bi se organizacija u 'osmice' mogla objasniti i tako da, možda, postoje samo tri niže jedinice, od kojih bi čestice bile izgrađene. Gel-Man se saglasio, ali je dodao da bi u tom slučaju te podjedinice, ako postoje i ako su čestice, morale imati jednu nečuvenu osobinu - naime, njihova naelektrisanja morala bi se iskazivati razlomcima čiji je imenilac trojka. Dakle, naelektrisanja bi bila: 1/3, 2/3, -1/3 i tako dalje.
     U svetu čestica, sva naelektrisanja se mere u odnosu na naelektrisanje elektrona. Svaki elektron nosi električni naboj tačno isti, i to: 1,602193 x 10-19 kulona. Dobro, manite se sad pitanja šta je kulon. Dovoljno je da znate da ovaj složeni broj jeste jedinica naelektrisanja i da je nazivamo naprosto 1 zato što je to naelektrisanje jednog elektrona. Baš zgodno, i naelektrisanje protona je 1,0000, a i naelektrisanog piona isto tako, i muona (za koji smo još mnogo tačnije merili) i tako dalje. U prirodi, naelektrisanja su celobrojna: 1, 2, 3... Zna se da svaki takav ceo broj jeste, u stvari, ono gore, složeno, pomnoženo sa 1, ili sa 2, ili sa 3 i tako dalje. E, da, ali naelektrisanja mogu biti u dve vrste: plus ili minus. Nemamo pojma zašto. Naprosto je tako. Čovek bi mogao zamisliti svet u kome bi elektron mogao izgubiti, recimo u nekom žestokom sudaru ili igrajući poker sa drugim česticama, 12 posto od svog naelektrisanja. To u ovom svetu ne može. Elektron, proton, pi plus i tako dalje uvek imaju naelektrisanje jednako 1,0000.
     Iz tog razloga, čim je Serber izneo tu zamisao o česticama čija bi naelektrisanja bila trećinske vrednosti celog broja, svi su rekli: beži. Ništa od toga. Ništa slično tome nikada nije viđeno. Prilično neobična činjenica - da su sva opažena naelektrisanja jednaka umnošku celog prirodnog broja jednog nepromenljivog standardnog naelektrisanja - postala je, tokom vremena, deo intuicije fizičara. Ova 'kvantizacija' električnih naboja korišćena je, zapravo, kao sredstvo u traganju za nekom dubljom simetrijom, pomoću koje bi mogla biti objašnjena. Međutim, Gel-Man je preispitao tu stvar, pa je izneo hipotezu o kvarkovima. Istovremeno nam je malo bacio prašinu u oči (tako se bar nekima od nas činilo), insistirajući da kvarkovi nisu stvarne čestice nego da su samo pogodne matematičke konstrukcije.
     Ta tri kvarka rođena 1964. godine danas se zovu gore, dole i čudni, a sažete oznake su im u, d i s (od njihovih engleskih naziva: up, down, strange). Postoje, naravno, i tri antikvarka: u, d i s, jednakih, ali suprotnih naelektrisanja. Odlike kvarkova morale su biti obazrivo birane da bi se od kvarkova mogli sagraditi svi poznati hadroni. Kvarku gore je dato naelektrisanje +2/3; dole -1/3, koliko ima i čudni kvark. I drugi kvantni brojevi za kvarkove odabrani su tako da pri sabiranju daju tačan rezultat. Na primer, proton je sagrađen od tri kvarka - uud - čija su naelektrisanja +2/3, +2/3 i -1/3, što kad se sabere daje +1, a to i jeste baš tačno protonovo naelektrisanje, nama dobro poznato. Neutron je kombinacija udd, sa nabojima +2/3, -1/3 i -1/3, što daje zbir 0 - a to je ništa. I treba da bude ništa, jer neutron je neutralan. Nema nikakvo naelektrisanje.
     Svi hadroni sagrađeni su od kvarkova, neki od dva, a neki od tri, zavisno od kvarkovskog modela. Postoje dve klase hadrona: barioni i mezoni. Barioni su rodbina protonima i neutronima; imaju po tri kvarka u sebi. Mezoni (u koje spadaju i pioni i kaoni) sastoje se svaki od po dva kvarka, ali - ta dva moraju uvek biti jedan kvark i jedan antikvark. Primer ovoga jeste pozitivni pion (p+) koji je u d. Naelektrisanja ta dva kvarka iznose +2/3 i +1/3, što je jednako 1. (Zapazite da d, dakle kvark antidole, ima pozitivno naelektrisanje, +1/3.)
     Kad je skrojena ova rana hipoteza, kvantni brojevi kvarkova i njihove odlike kao što su spin, naboj, izospin i tako dalje namešteni su tako da tačno objasne osobine samo nekoliko bariona (to su proton, neutron, lambda i tako dalje) i nekoliko mezona. Posle se tek pokazalo da tako postavljeni brojevi, i njihove kombinacije, odgovaraju svim ostalim hadronima, stotinama njih. Svuda se uspešno uklopilo! Zato bi trebalo da i sve ostale osobine jednog složenog tela (protona, recimo) budu obuhvaćene osobinama onih kvarkova koji su sastavni delovi tog tela, uz određena podešavanja koja proističu iz činjenice da kvarkovi unutar tog tela jesu i u bliskim međusobnim odnosima. Trebalo bi... nadamo se mi. To je zadatak za sledeća pokolenja teoretičara, kao i za sledeća pokolenja računara. Oni će se time i baviti, doduše samo ako im neko obezbedi podatke.
     Kvarkovske kombinacije dovode do jednog zanimljivog pitanja. Osobina je čoveka da menja svoje ponašanje kad je u društvu drugih ljudi. Međutim, kao što ćemo videti, kvark nikada nije sam. Iz tog razloga, istinske neizmenjene odlike kvarka možemo samo da izvedemo na osnovu toga što ćemo kvarkove posmatrati pod različitim okolnostima, kako god umemo.
     Bilo kako bilo, evo jedne tablice u kojoj su navedene neke tipične kvarkovne kombinacije, kao i hadroni koji tako nastaju:

     BARIONI MEZONI
     uud proton ud pozitivni pion
     udd neutron du negativni pion
     uds lambda uu + dd neutralni pion
     uus sigma plus us pozitivni kaon
     dds sigma minus su negativni kaon
     uds sigma nula ds neutralni kaon
     dss ksi minus ds neutralni antikaon
     uss ksi nula

     Fizičari su se oduševljavali ovim spektakularnim uspehom: sveli su stotine predmeta koji su prividno bili osnovni na kombinacije samo tri razna kvarka. (Onaj termin 'asovi' izbledeo je i zaboravljen je. Niko se ne može takmičiti sa Gel-Manom u veštini nadevanja naziva.) Teoriju proverimo tako što gledamo može li ona nešto da predvidi; hipoteza o kvarkovima, svejedno što ju je Gel-Man u početku malo zamagljivao na pomenuti način, pokazala se blistavo uspešna. Evo primera. Moguća bi bila kombinacija tri čudna kvarka, sss. Niko nije primetio takvu česticu, ali mi smo joj, neuznemireni time, dali naziv: omega minus. (To se piše W-.) Pošto čestice u kojima postoji čudni kvark imaju određene, nama poznate osobine, bilo je moguće predvideti i osobine koje bi trebalo da ima hadron sss ako bi postojao. Ova omega minus bila bi baš neobična čestica, sa spektakularnim 'potpisom'. Godine 1964. otkrivena je u mehurastoj komori u Brukhejvenu i bila je tačno ono što je dr Gel-Man naručio.
     Nisu sva pitanja rešena - ni izdaleka sva. Ostalo ih je mnogo. Za početak: kako se to kvarkovi drže jedni za druge? Tokom sledećih trideset godina napisano je na hiljade teorijskih radova i izveštaja o opitima u vezi sa jakom silom. Teorija sa nazivom teškim za izgovor, 'kvantna hromodinamika', predložila je postojanje jedne nove vrste čestica koje su samo prenosioci 'poruka'. To su gluoni. Oni su kao nekakav 'cement', imaju dužnost da 'betoniraju' kvarkove da bi ovi ostajali zajedno. O njima, kasnije.

ZAKONI OČUVANJA

     U klasičnoj fizici postoje tri velika zakona o očuvanju. To su zakoni o očuvanju energije, impulsa i momenta impulsa. Pokazano je da su sva tri u dubokoj povezanosti sa konceptima prostora i vremena, kao što ćemo i videti u osmom poglavlju. Kvantna teorija uvela je i mnoštvo dodatnih svojstava koja se moraju očuvati - naime, ostati nepromenjena i tokom mnogih, raznovrsnih, subnuklearnih, nuklearnih i atomskih procesa. Primeri za ovo jesu električni naboj, parnost i mnoge nove odlike kao izospin, čudnost, barionski broj i leptonski broj. Već smo saznali da se sile prirode razlikuju po tome što sve ne poštuju svaki zakon očuvanja; primer nam je bio parnost. Videli smo da elektromagnetna i jaka sila poštuju parnost, a slaba sila ga ne poštuje.
     Kad hoćemo da proverimo važenje nekog zakona o očuvanju, pregledamo ogroman broj reakcija u kojima jedna odlika - na primer, naelektrisanje - može biti ustanovljena pre i posle reakcije. Pamtimo da su pravila o očuvanju energije i o očuvanju impulsa bila tako tvrdo ušančena da smo, kad je primećeno da u nekim slabim procesima nastaje 'kršenje' tih pravila, smislili novu česticu, neutrino, samo da bismo objasnili kuda odlaze energija i impuls; i dobro smo učinili. O važenju nekog zakona očuvanja možemo nešto saznati i u slučaju da neke reakcije uporno odbijaju da se dogode. Na primer, elektron neće da se raspadne u dva neutrina zato što bi to narušilo zakon o očuvanju naelektrisanja. Drugi primer za ovo je raspadanje protona. Pamtite, proton se ne raspada. Protonima je dodeljen jedan barionski broj koji u suštini proizlazi iz protonove strukture - iz toga što je on sagrađen od tri kvarka. Protoni, neutroni, lambde, sigme i tako dalje - svi ti drugari sastavljeni od po tri kvarka - imaju barionski broj +1. Odgovarajuće antičestice imaju -1. Svi mezoni, prenosioci sile, a i svi leptoni imaju barionski broj 0. Ako barionski broj mora strogo da se očuva, onda najlakši od svih bariona, a to je proton, ne može nikad da se raspadne, jer bi morao da se raspadne na čestice lakše nego što je on, a svi oni 'kandidati' koji bi u takvom raspadu mogli nastati imaju barionski broj 0. Naravno, kad se sudare proton i antiproton, njihov zbir barionskih brojeva je 0 i zato iz takvog sudara može da nastane bilo šta. Tako barionski broj 'objašnjava' zašto je proton stabilan. Neutron, koji se raspada na proton, elektron i neutrino, čuva, prilikom raspada, svoj barionski broj; isto čini i proton u jezgru, koji se može raspasti na neutron, pozitron i neutrino.
     Eh, jadan je taj koji mora večno da živi. Proton se ne može raspasti na pione, jer bi to prekršilo zakon o očuvanju barionskog broja. Ne može se raspasti na neutron, pozitron i neutrino, jer bi time pogazio zakon o održanju energije. Ne može se ni u fotone niti u neutrine rastočiti, jer bi to bilo protiv zakona o održanju naelektrisanja. Postoje i drugi zakoni o održanju i mi počinjemo da stičemo utisak da upravo zakoni o održanju daju ovom svetu oblik kakav ima. Naravno, jasno nam je valjda svima, kad bi proton mogao tek tako da se raspada, naš opstanak bio bi ugrožen. Moramo, opet, imati u vidu da protonov životni vek možda ipak nije stvarno neograničen. Vaseljena je stara jedno petnaestak milijardi godina. Ako protonov život traje mnogo duže od toga, možemo smatrati da sudbina naše Republike nije u nekoj velikoj meri dovedena u pitanje.
     Međutim, postoje neke novije, objedinjene teorije polja koje predskazuju da zakon o očuvanju barionskog broja ne važi baš potpuno. Zbog ovih teorija, učinjeni su veliki napori da se opazi raspad makar i jednog jedinog slobodnog protona; ali uzalud. Međutim, neki zakoni o očuvanju stvarno se poštuju samo približno. Jedan primer za to bio je parnost. Čudnost je smišljena da bi se nekako objasnila činjenica da neki barioni žive mnogo duže nego što bi trebalo da žive, ako se imaju u vidu sva moguća konačna stanja u koja se ti barioni mogu raspasti. Tek docnije smo doznali da čudnost neke čestice - recimo, neke lambde ili kaona - znači da je u njoj prisutan s kvark. Lambda i kaon se ipak posle nekog vremena raspadnu, a njihov s kvark se u tom procesu pretvori u lakši, d kvark. Međutim, u ovome se angažuje slaba sila; jaka sila ne želi da ima ikakve veze sa s - d procesom. Drugim rečima, jaka sila čuva čudnost. Pošto je slaba sila slaba, raspad lambde, kaona i drugih članova te porodice je spor, otud je njihov životni vek dug - 10-10 sekunde, umesto 10-23 sekunde, koliko bi normalno trebalo da traju takvi procesi.
     Baš je dobro što smo iz mnogo pravaca čvrsto dohvatili te zakone o očuvanju; jer postoji jedan važan matematički dokaz da su zakoni očuvanja povezani sa simetrijama koje priroda poštuje. (A simetrija je još od Talesa pa sve do Šeldona Glešoua glavna stvar.) Ovu vezu otkrila je jedna žena, matematičarka Emi Neder (Emmy Noether), oko 1920. godine.
     Da se vratimo našoj priči.