JAKOJ SILI PONOVO U POHODE: GLUONI

     Bilo nam je u sedamdesetim godinama potrebno još jedno otkriće da bismo upotpunili standardni model. Imali smo kvarkove, ali oni se tako jako vezuju jedan za drugoga da slobodni kvark uopšte ne postoji. Koji je mehanizam tog vezivanja? Odgovor smo potražili u kvantnoj teoriji, ali uzalud. Bjorken je objasnio one rezultate ranih opita u Stenfordu u kojima se elektroni odbijaju od pojedinih kvarkova u protonu kada ih pogode. Način na koji se tada elektroni rasipaju pokazivao je da, kakva god to da je sila, ona drži kvarkove iznanađujuće slabo kada su jedan drugome blizu.
     Ovo je bio uzbudljiv rezultat zato što smo želeli da primenimo baždarsku simetriju i ovde. Baždarske (to jest, 'gejdž') teorije uspevale su da predvide kontraintuitivnu zamisao da neke sile deluju iz blizine vrlo nejako, ali zato sve jače i jače kad čestice počnu da se udaljavaju. Taj proces su otkrili neki klinci, deca praktično, Dejvid Policer (David Politzer) sa Harvarda i Dejvid Gros (David Gross) i Frenk Vilček sa Prinstona, a dali su mu naziv na kome bi pozavideo svaki političar: asimptotska sloboda. Reč 'asimptotski' znači otprilike 'ono što prilazi sve bliže i bliže, i zauvek tako, ali nikada neće dodirnuti'. Kvarkovi imaju asimptotsku slobodu da zamalo odu napolje. Kad se jedan kvark približava drugom kvarku, slaba sila između njih postaje sve slabija i slabija. Ovo znači, paradoksalno, da kad su veoma blizu jedan drugome, kvarkovi mogu da se ponašaju maltene kao da su slobodni. Ali kad se stanu jedan od drugog da udaljavaju, sila koja ih vezuje postaje sve jača... Manja udaljenja trebalo bi da budu znak visokih energija, što bi značilo da jaka sila postaje slabija pri višim energijama. Po tome je ona potpuno suprotna električnoj sili. (Stvari postaju sve čudnoludnije, reče Alisa.) Što je još važnije, i jakoj sili treba čestica-prenosilac, kao i drugim silama. Neko se negde setio da toj čestici nalepi naziv gluon. Ali jedno je nadenuti nečemu naziv, a drugo je to i poznavati.
     Jedna druga zamisao, koja je odavno zveketala (kao zrno graška u praznoj kanti) po teorijskoj literaturi, postala je sada relevantna. Naziv joj je dao Gel-Man. Zove se boja, što mi u Americi pišemo color, a oni tamo u Evropi sa jednim slovom više, colour. Ali, dabome, nema ni najblaže veze sa bojom u onom normalnom smislu reči - to jest, sa onim što ti i ja mislimo kad u svakodnevnom životu kažemo 'boja'. To je naprosto način da se objasne neki rezultati opita i da se predvide drugi. Na primer, boja objašnjava kako to proton može da ima dva kvarka gore i jedan dole, kad Paulijevo načelo izričito zabranjuje dva jednaka objekta u istom stanju. Ako je jedan od kvarkova gore plav, a drugi zelen, smirili smo i Paulijevo načelo. Boja daje jakoj sili svojevrsnu podelu, nalik na ono kako je elektricitet podeljen na plus i minus.
     Moraju postojati tri boje, proglasio je Gel-Man, a za njim i drugi koji su obdelavali taj vrt. Pamtimo kako su Faradej i Ben Frenklin zaključili da elektricitet dolazi u dva 'stila' i da se jedan stil ima zvati plus, a drugi minus. Kvarku su potrebna tri 'stila'. Zato sad svi kvarkovi, bez izuzetka, jesu neke boje. Možda je ova zamisao o bojama ukradena sa slikarske palete zato što postoje samo tri osnovne boje. Bolja bi analogija mogla biti ova: da zamislimo električni naboj kao da je nešto jednodimenziono - dakle, linija po kojoj se može ići u plus smeru ili u minus smeru, a da je kvarkovska boja nešto 'trodimenziono', to jest da tu postoji koordinatni sistem sa tri ose od kojih je jedna crvena, druga plava i treća zelena. Boje objašnjavaju zbog čega kvarkovi ne mogu da se pojave u prirodi ni u kakvim drugim kombinacijama osim jedan kvark plus jedan antikvark (tako su sagrađeni mezoni) ili tri kvarka zajedno (barioni). Evo zašto: samo te kombinacije ne pokazuju boju. 'Kvarkovitost' iščezne sa vidika kad zurimo u mezon ili u barion. Crveni kvark se udruži sa anticrvenim antikvarkom i proizvede mezon, koji je bezbojan zato što se crveno i anticrveno međusobno poništavaju. Slično tome, crveno, plavo i zeleno - pokušajte da obojite trećinu jednog točka u crveno, trećinu u plavo i trećinu u zeleno pa da ga jako zavrtite i biće vam jasno - kad se izmešaju daju belo. A belo znači, opet, da nema boje.
     Iako postoje ti fini razlozi za upotrebu reči 'boja', ta reč ovde nema nikakvo bukvalno značenje. Nisu to nikakve stvarne boje, mi to samo opisujemo još jednu apstraktnu odliku koju su teoretičari pripisali kvarkovima da bi objasnili stalno rastuće količine podataka. Mogli smo nazvati te tri odlike Tom, Dik i Hari, a ne crveno, plavo i zeleno; ili smo ih mogli nazvati A, B i C, sasvim svejedno. Ali nekome se, valjda, učinilo da je 'boja' lepša (živopisnija?) kao metafora. Završilo se tako da boje, baš kao i kvarkovi i gluoni, ostaju (čini se) za večita vremena u crnoj kutijici; to su apstraktni entiteti koji nikada neće navesti nijedan Gajgerov brojač da se oglasi onim svojim zvukom "klik!" - neće nikada ostaviti trag ni u jednoj mehurastoj komori, neće nikada zagolicati nijednu žičicu ni u jednom elektronskom detektoru.
     Predstava da jaka sila postaje sve slabija dok se jedan kvark drugome približava bila je uzbudljiva sa stanovišta daljeg objedinjavanja sila. Dok se razdaljina između dve čestice smanjuje, povećava se njihova relativna energija (mala razdaljina znači veliku energiju). Ova asimptotska sloboda implicira da jaka sila postaje pri sve višim energijama sve slabija. Tragači za objedinjenjem tako su dobili nadu da bi, pri dovoljno visokoj energiji, snaga jake sile mogla da se smanji toliko da postane bliska elektroslaboj sili.
     A čestice-prenosioci? Kako da opišemo česticu koja nosi i silu i boju? Ispostavilo se da svaki gluon nosi dve boje, i to jednu boju i njenu antiboju; kada neki kvark emituje iz sebe gluon, ili kada ga apsorbuje, tom prilikom se promeni boja tog kvarka. Na primer, crveno-antiplavi gluon preokrene crveni kvark u antiplavi. Ova razmena je izvorište jake sile, pa je Marej Glavni Imenovatelj celoj teoriji dao naziv kvantna hromodinamika (quantum chromodynamics, QCD), što je lep naziv, u rezonanciji sa kvantnom elektrodinamikom - QED. Zadatak menjanja boja znači da moramo imati pri ruci dovoljno gluona za sve moguće kombinacije. Pokazalo se da je osam gluona dovoljno. Ako pitate teoretičara "Zašto osam?" - on će prozboriti mudro: "Zato što je osam devet manje jedan."
     Naša nelagodnost zbog činjenice da niko nikada nije video nijedan kvark izvan nekog hadrona bila je samo malo ublažena fizičkom slikom koja objašnjava razloge za takvo neprestano zatočeništvo. Kad su jedan drugome blizu, kvarkovi deluju srazmerno slabo jedan na drugoga. Tu su prostori slave za teoretičare, jer oni u tim prostorima mogu da izračunavaju odlike kvarkovskog stanja i uticaje kvarkova na opite sa sudarima. Međutim, kad kvarkovi počnu da se razmiču, sila postaje sve jača, a energija potrebna za dalje razmicanje naglo se povećava; mnogo pre nego što bismo uspeli stvarno da otrgnemo jedan kvark od drugog, toliki priliv energije dovešće do stvaranja novog para kvark-antikvark. Ova čudnovata odlika proishodi iz činjenice da gluoni nisu jednostavni, glupi prenosioci poruka. Oni i jedan na drugoga deluju silom. U tome se QCD razlikuje od QED jer fotoni jedni druge prenebregavaju.
     Ipak, postoje i mnoge bliske analogije između QED i QCD, naročito na području visokih energija. Uspesi teorije QCD dolazili su lagano, malo-pomalo, ali postojano. Pošto proračuni za onaj nejasni dalekodometni deo jake sile nisu nikad sasvim tačni, mnogi opiti su zaključeni prilično mutnim saopštenjem da "naši rezultati jesu saglasni sa predviđanjima QCD".
     Kakva nam je to uopšte teorija kad nikad, ni za celu večnost, nećemo videti ni jedan jedini slobodan kvark? Umemo da izvodimo opite da osetimo prisustvo pojedinih elektrona i da ih izmerimo, i to na različite načine, čak i kad su vezani u atomima. Možemo li tako isto sa kvarkovima i gluonima? Bjorken i Fajnmen su predložili da u veoma tvrdim sudarima čestica može da se dogodi da kvark kome je dodato obilje energije pojuri napolje, ka slobodi, i upravo pre nego što bi se otrgao uticaju svojih ortaka, drugih kvarkova, uspe da se maskira (da se preruši) u uzani mlaz hadrona - tri ili četiri ili osam piona, na primer, možda uz dodatak ponekog kaona ili čak nukleona. Sve te čestice poletele bi pravo napred, onom putanjom kojom je kvark-roditelj želeo da pođe. Ovoj pojavi dat je naziv 'mlazevi' i potraga je krenula.
     Sa mašinama iz sedamdesetih godina, ove mlazeve nije bilo lako razlikovati od drugih čestica zato što smo mogli da proizvodimo samo kvarkove koji su prilično spori, iz kojih onda izleti slabo zbijen, 'raširen' mlaz, a u tom mlazu samo mali broj hadrona. Želeli smo guste, zbijene mlazeve. Prvi uspeh u ovome postigla je jedna žena, eksperimentatorka Geil Hanson (Geil Hanson), doktor fizike sa MIT-a, koja je tad radila na SLAC-u. Njena pomna statistička analiza pokazala je da se jedna korelacija hadrona zaista pojavljuje u kršu i lomu posle 3 GeV sudara e+ e- u SPEAR-u. Hansonovoj je pomogla činjenica da su u sudar uletala samo dva elektrona, a iz sudara izletali samo jedan kvark i jedan antikvark spregnuti 'leđa uz leđa' da bi očuvali impuls. Korelacija mlazeva pokazala se samo malo, ali dovoljno da to bude odlučujuće u analizama Hansonove. Dok smo Demokrit i ja onomad sedeli u kontrolnoj sali CDF-a, na velikom ekranu je svakih nekoliko minuta blesnula po jedna takva pojava: dva iglasta mlaza sa po desetak hadrona, jedan mlaz usmeren na jednu stranu, a drugi 180 stepeni otklonjen od toga, to jest sasvim suprotno. Nema razloga da se pojavi takva struktura, osim ako je svaki takav mlaz zbačen sa po jednog kvarka koji je imao vrlo visoku energiju i vrlo veliki impuls i želeo da se lepo obuče za izlazak.
     Ali glavno otkriće do koga je u sedamdesetim godinama došlo u vezi sa ovim stvarima postignuto je na e+ e- mašini PETRA u Hamburgu, u Nemačkoj. Ta mašina, koja postiže sudare sa ukupnom energijom 30 GeV, pokazala je takođe, bez potrebe za ikakvom statističkom analizom, ovu dvomlaznu strukturu. Čovek je u tim podacima mogao maltene da vidi i same kvarkove. Međutim, primećeno je još nešto.
     Jedan od četiri detektora u mašini PETRA imao je svoj skraćeni naziv TASSO (Two-Armed Solenoidal Spectrometer). Tasovci su tragali za događajima u kojima bi se pojavila tri mlaza hadrona. Jedna od posledica teorije QCD jeste ta da kad se e+ i e- anihiliraju i stvore jedan kvark i jedan antikvark, postoji i razumna verovatnoća da će jedan od ta dva kvarka koji izlaze iz te reakcije izračiti i jednu česticu-prenosioca, gluon. Tu ima dovoljno energije da se 'virtuelni' gluon pretvori u stvarni gluon. Gluoni su stidljiva stvorenja, kao i kvarkovi, i zato se kao i kvarkovi obuku u znatnu količinu odeće u trenutku kad nameravaju da iziđu iz crne kutijice, kako nazivamo prostor u kome se sudar dešava. Ta količina odeće poleti napred... Eto trećeg uzanog mlaza hadrona. Ali za ovo je potrebno više energije.
     Tokom 1987. pokušaji na mašini PETRA sa ukupnom energijom od 13 i od 17 GeV nisu dali ništa, ali na 27 GeV nešto se desilo. Ovu analizu vodila je takođe jedna žena, Sau Lan Vu (Sau Lan Wu), koja je profesor na Viskonsinskom univerzitetu. Njen program ubrzo je otkrio više od četrdeset događaja u kojima su se pojavila po tri mlaza hadrona. Broj tragova (to jest, čestica) u svakom od ta tri mlaza bio je između tri i deset. Prostorni raspored tri mlaza bio je kao onaj ukras na haubi automobila mercedes.
     Ona druga grupa petrijevaca ukrcala se uskoro na ova kola uspeha. Pregledali su i oni iz početka sve svoje podatke i našli tromlazne događaje. Godinu dana kasnije broj snimljenih tromlaznih događaja popeo se na hiljade. Tako je gluon 'viđen'. Obrazac tragova prvo je izračunao teoretičar Džon Elis (John Ellis) na CERN-u, oslanjajući se na QCD; treba priznati da je Elis u dobroj meri zaslužan za podsticanje eksperimentatora da se ovim tromlazevima pozabave. Saopštenje da je gluon otkriven dato je na konferenciji u Fermilabu, u leto 1979, a meni je dopala dužnost da na televizijskom šou Fila Donahjua u Čikagu objasnim otkriće. Ja odem tamo i utrošim više energije da objasnim da oni bizoni na livadama iznad nas nisu mehanizam za rano upozoravanje na opasnost od zračenja. Ali fizici su važnija vest bili, ipak, gluoni, koji su bozoni, a ne bizoni.
     I tako sada imamo sve čestice-prenosioce, ili baždarske ('gejdž') bozone, kako se to eruditskije kaže. (Da 'gejdž' dolazi od gejdž simetrije, to sam već objasnio, a reč 'bozon' izvedena je iz imena indijskog fizičara S. N. Bozea /S. N. Bose/ koji je opisao tu klasu čestica sa celobrojnim vrednostima spina.) Sve čestice materije imaju spin 1/2 i zovu se fermioni, a sve čestice-prenosioci imaju spin 1 i zovu se bozoni. Mi smo neke pojedinosti preskočili. Na primer, Ajnštajn je 1905. predvideo postojanje fotona, a Artur Kompton je 1923. i opazio foton pomoću rendgenskih zraka koji su se sudarali sa atomskim elektronima i rasipali se. Neutralne struje otkrivene su sredinom sedamdesetih godina, ali su čestice W i Z neposredno opažene tek školske 1983/84, kada su otkrivene u CERN-ovom hadronskom kolajderu. Kao što sam pomenuo, gluoni su pouzdano opaženi 1979.
     U ovoj dugoj raspravi o jakoj sili trebalo bi da istaknemo da jaku silu određujemo kao silu koja deluje između kvarkova (to jest, to je sila kvark-kvark), a prenose je gluoni. A gde nam se izgubila ona 'stara' jaka sila koja je dejstvovala između neutrona i protona? Sada je razumemo kao preostalo dejstvo gluona, koji malo, kao, cure iz neutrona i protona i time spajaju atomsko jezgro u jednu celinu. Stara jaka sila koja je bila dobro opisana kao razmena piona sada je sagledana kao posledica izvesnih složenih događanja između kvarkova i gluona.

NEMA DALJE?

     Ulazeći u osamdesete godine, sagledali smo sve čestice materije (kvarkove i leptone), a prilično čvrsto smo zgrabili u šake i čestice-prenosioce (baždarske bozone) triju sila - svih sila osim gravitacije. Kad česticama materije pridodate i čestice sila, imate potpun standardni model, skraćeno nazvan SM. Dakle, 'tajna Vaseljene' je pred vama, izvolite pa je pročitajte:

     MATERIJA
     prvo pokolenje drugo pokolenje treće pokolenje
     KVARKOVI
     u c t(?)
     d s b
     LEPTONI
     ne nmnt     e m t
     SILE
     BAŽDARSKI BOZONI
     elektromagnetizam foton g
     slaba sila W+ W- Z0
     jaka sila osam gluona

     Znamo da je svaki kvark u nekoj od tri moguće kvarkovske boje. Znači, ako baš hoćemo da budemo zli, možemo da nabrojimo osamnaest kvarkova, pa tek posle toga šest leptona. Zatim prelazimo na silu i nabrajamo dvanaest čestica-prenosioca, koje prenose silu - a one su baždarski bozoni. Međutim, za onaj gornji deo tablice, onaj na koji se odnosi reč MATERIJA, postoji i antitablica, to jest tablica sa antičesticama svih tih čestica. Zbir svega toga jeste: šezdeset čestica. Ali držite se vi ove tablice koju vidite ispred sebe; sasvim je dovoljno da znate toliko. Uvereni smo da konačno imamo Demokritove a-tome. To su kvarkovi i leptoni. A tri sile i njihove čestice-prenosioci daju ono Demokritovo 'stalno silovito kretanje'.
     Mogao bi neko kazati da je s naše strane nadmeno što pokušavamo da sažmemo celu Vaseljenu na jednu tablicu. (Koja nije baš ni sređena kako treba.) Ali izgleda da ljudska bića imaju jaku potrebu da prave takve sinteze; u istoriji Zapada stalno iskrsavaju nekakvi 'standardni modeli'. Ovaj sadašnji standardni model dobio je taj naziv tek u sedamdesetim godinama, i to je jedini takav naziv u istoriji fizike novog doba. Ali bez sumnje, u ranijim epohama bilo je standardnih modela, i te kako. Na sledeće dve stranice videćete nekoliko njih.
     Zašto je naš standardni model nepotpun? Jedna očigledna rupa u njemu jeste kvark vrh (t) koji još nije opažen. Drugi zjapeći nedostatak jeste taj što u modelu nema sile gravitacije. Niko zasad ne zna kako da ugradimo tu veličanstvenu staru silu u ovaj model. Estetski gledano, model je ružan zato što nije dovoljno jednostavan - trebalo bi da više liči na ono Empedoklovo: zemlja, vazduh, vatra i voda, plus ljubav i borba. U ovom standardnom modelu ima previše parametara, previše obrtnih prekidača koje možemo da zavrćemo levo, desno, levo, desno...
     Ovo ne znači da standardni model nije jedno od velikih dostignuća nauke. On je ishod rada mnogih momaka (i devojaka) koji su rmbali do kasno u noć. Ima on svoju lepotu i svoj široki obuhvat, mora se priznati; pa ipak, ostaje nam osećanje da 'to nije to', da bi trebalo naći nešto jednostavnije, nešto što bi oduševilo i drevne Grke.
     Slušajte: čujete li kako iz vakuuma dopire smeh?

8. KONAČNO - BOŽIJA ČESTICA

     I Boginja dole pogleda, na svet svoj, i bi zadivljena lepotom njegovom - jer tu lepote beše toliko da se Ona rasplaka. To svet sa samo jednom vrstom čestica beše i samo jednom silom prenošenom pomoću samo jedne čestice-nosioca, koja je, u božanskoj jednostavnosti, ujedno i ta pomenuta, jedina čestica bila.
     I vide Boginja da je taj svet predivotni koji je stvorila pomalo i dosadan. Zato poče Ona izračunavati i smeškati se, i dozvoli Svojoj Vaseljeni da se raširi i počne hladiti. I gle, ohladi se toliko Vaseljena da u njoj proradi Boginjin agent verni i oprobani, Higsovo polje, koje pre hlađenja ne mogaše izdržati neverovatnu vrelinu Postanja. A pod uticajem Higsa, čestice počeše usisavati energiju iz okolnog polja i tako energijom napunjene, masivne postajati. Svaka je čestica rasla na svoj način, ne sve isto. Neke dobiše neverovatno veliku masu, neke samo malenu, a neke ni najmanju. I dok je ranije samo jedna čestica bila, sad ih dvanaest nastade, i dok su ranije nosilac i čestica bili isto, sad se razdvojiše u različite, i dok ranije samo jedan prenosnik sile i samo jedna sila beše, sad se pojaviše četiri sile i dvanaest prenosilaca, i dok ranije beše divota bez kraja, ali i bez smisla, sada se Demokratska stranka i Republikanska pojavi.
     Pogleda Boginja šta je od njenog sveta ispalo i obuze je smeh nezadrživ i neodoljiv. Pozva Ona Higsa, uozbilji se malo, pa mu strogo prozbori:
     "Što uništi simetriju sveta, grešniče?"
     A Higs, užasnut i najmanjim nagoveštajem neodobravanja Njenog, poče se braniti rečima ovakvim:
     "O, Gospodarice moja, simetriju ne uništih nego samo postigoh da bude prikrivena umetnošću trošenja energije. To čineći, stvorih svet zaista zamršen.
     Ko je predvideti mogao da iz jednog dosadnog niza istovetnih tela atomska će nastati jezgra i atomi celi i molekuli, planete, zvezde čak?
     Ko znadijaše da zalasci Sunca će nastati i okeani i okeanske razne ljige od mešanja svih tih odvratnih molekula uzdrmanih munjama i vrućinama?
     Ko je predskazati mogao evoluciju i ove fizičare koji sada čačkaju i preturaju i zaviruju ne bi li našli ono što sam ja, u službi Tvojoj, tako pomno skrio?"
     A Boginja, jedva se uzdržavajući od novog smeha, znak dade da oprašta Higsu, i dade mu, štaviše, i lepu povišicu plate.

     Vrlo novi zavet, 3, 1

     Naš će zadatak biti u ovom poglavlju da pretvorimo pesništvo(?) Vrlo novog zaveta u čvrsto naučno znanje, i to iz oblasti kosmologije čestica. Ali ne možemo se odlepiti baš sad od naše rasprave o standardnom modelu. Još ne. Izviruje još nekoliko končića koje nismo povezali... a neke, baš, i ne možemo da povežemo. I jedni i drugi su važni za priču o standardnom modelu i o svemu što postoji s one strane standardnog modela, a ja prvo moram da prepričam još nekoliko trijumfa vršenja opita koji su čvrsto utemeljili naše sadašnje znanje o mikrosvetu. To su možda pojedinosti, ali dočaravaju snagu (premda i ograničenosti) standardnog modela.
     Dve vrste nedostataka muče nas u standardnom modelu. Prva je nepotpunost. Evo, počela je i godina 1993, a kvarka vrh još nema. Pa, i jedan neutrino (tau) nije još otkriven neposredno. Štaviše, mnogi brojevi koji su nam potrebni poznati su netačno. Na primer, ne znamo da li neutrini imaju ili ipak nemaju i neku masu mirovanja. Želimo da znamo na koji način narušavanja CP-simetrije - a ona su bila deo procesa nastanka sveukupne materije - ulaze u ovaj sistem. Najvažnije od svega: potrebno nam je da u standardni model uvedemo novu pojavu, kojoj smo dali naziv 'Higsovo polje', da bi se očuvala matematička suvislost našeg standardnog modela. Druga vrsta nedostataka čisto je estetska. Standardni model je toliko zamršen, da mnogima izgleda kao samo jedna stanica na putu ka nekom jednostavnijem viđenju sveta. Higsova zamisao, i čestica koja uz nju ide, a to je Higsov bozon, bitna je za sve ovo što upravo nabrojasmo, toliko bitna da smo njoj u čast ovoj knjizi dali naslov: Božija čestica.

JEDAN ODLOMAK CRNIH MUKA OKO STANDARDNOG MODELA

     Razmatramo neutrino.
     "Koji neutrino?"
     Nije bitno koji. Ajd', nek bude elektronov neutrino, onaj najobičniji, iz prvog pokolenja; on ima najnižu masu. (Osim, naravno, ako su mase svih neutrina jednake nuli.)
     "Važi. Ajd', nek bude."
     Neutrino... nema električni naboj.
     Nema jaku silu, a ni elektromagnetnu.
     Nema veličinu, uopšte ne zauzima nikakav prostor. Njegov poluprečnik je jednak nuli.
     Moguće je da nema ni masu.
     Ništa na svetu (iz ovoga izuzimam dekane i rektore fakulteta i univerziteta i političare) nema tako malo osobina kao neutrino. Njegovo prisustvo je manje od šapata.
     Kao klinci, recitovali smo:

     Muvice na zidu
     imam te u vidu
     Nemaš tatu? Nemaš mamu?
     Puj, puj, puj, gaduro!

     A ja sada recitujem:

     Neutrinče, mali prinče
     svetom letiš brz k'o svetlost
     masu nemaš, napon jok
     ni veličinu, to je šok.
     Kvariš nam uobičajeni
     misaoni tok.

     Pa ipak, neutrino postoji. Ima nekakvo mesto - ima putanju; uvek hita u nekom pravcu i drži se toga pravca, a brzina mu je bliska (ili jednaka) svetlosnoj. Neutrino ima spin, ali ako se drznete da pitate "Šta se to vrti?" - time ćete samo izložiti sebe kritici da ste osoba koja još nije očistila svoj um od prljavog prekvantnog načina mišljenja. Sam pojam 'čestica' pretpostavlja da ona ima spin; e, sad, ako je neutrinova masa zaista jednaka nuli, a neutrino se ipak kreće postojano u istom pravcu brzinom svetlosti - te osobine se kombinuju i nastaje jedna nova, jedinstvena osobina, koju ima samo i jedino neutrino i niko drugi. Ta nova osobina zove se hiralnost (chirality). Hiralnost za večita vremena vezuje smer spina (u smeru kretanja kazaljki na satu ili u suprotnom smeru) sa smerom neutrinovog kretanja. Neutrino može da ima desnoruku hiralnost, što znači da kad leti tamo gde pokazuje ispriženi palac desne ruke, 'spinuje' kako pokazuju savijeni prsti te iste desne ruke. Neutrino može da ima i levoruku hiralnost, što znači da, dok leti napred, 'spinuje' kao što bi pokazivali svijeni prsti leve šake. U ovome leži jedna divna simetrija. Baždarska teorija najviše voli da sve čestice imaju masu nula i jedinstvenu hiralnu simetriju. Evo nas opet kod te reči: simetrija.
     Hiralna simetrija je jedna od onih elegantnih simetrija koje opisuju ranu Vaseljenu - ona je obrazac koji se ponavlja, i ponavlja, i ponavlja, kao šare na zidnim tapetima, ali bez ikakvih zidova i hodnika, vrata ili uglova - do beskraja. Nikakvo čudo što je to i samoj Boginji dosadilo, pa je naručila Higsovo polje da bi predmeti dobili masu, a hiralna simetrija bila narušena. Zašto masa mora da pokvari hiralnu simetriju? Zato što čestica, ako ima masu, može da putuje samo brzinama manjim od brzine svetlosti. To opet znači da ti, posmatrač, možeš i da je prestigneš. Ako ti pojuriš brže od nje i počneš da je prestižeš, to znači da je ona u odnosu na tebe promenila svoj smer kretanja, dakle ona se sad 'odmiče unazad', ali spin nije promenila, što znači da po tvom viđenju sada ima suprotan spin nego po viđenju nekih drugih posmatrača koji nastavljaju da je gledaju. Ali postoje neutrini, koji su možda preživeli borci iz nekog rata zbog hiralne simetrije. Neutrino je uvek levoruk, antineutrino je uvek desnoruk. Ta 'rukost' (handedness) jedna je od vrlo malog broja odlika koje naš jadni, mali neutron uopšte ima.
     Ah, da, neutrino ima još jednu odliku, slabu silu. Neutrini izleću iz onih procesa u kojima deluje slaba sila, a koji su stvarno ludo spori (ponekad traju čak celu jednu mikrosekundu). Kao što smo videli, neutrini se mogu sudarati sa drugim česticama. Za takav sudar potreban je dodir tako blizak, prisnost tako duboka, da se to izuzetno retko dešava. Kad neutrino proleće kroz čeličnu ploču debelu dva i po centimetra, verovatnoća da se sudari sa nečim jednaka je otprilike verovatnoći da, kad zagnjuriš čašu u Atlantski okean i izvučeš je punu vode - u čaši nađeš i neki mali dragi kamen koji se baš tu našao zato što su ga talasi odnekud doneli. Pa ipak, iako je toliko siromašan brojem osobina, neutrino u ogromnoj meri utiče na mnoge događaje. Na primer, kad neutrini u mnoštvu pojure iz jezgra neke zvezde, nastojeći da iziđu u okolni prostor, zvezdu to navede da eksplodira, a kad ona to uradi, ujedno rasipa po kosmosu teže elemente koji su u njenoj unutrašnjosti nedavno 'skuvani'. Smeće iz takvih eksplozija pokatkad se zgrudva, i tako nastanu planete, otud je u njima i silicijum i gvožđe i sve ovo dobro što nalazimo u našim planetama.
     U poslednje vreme preduzimaju se veliki napori da se otkrije (ako uopšte postoji) masa neutrina. Ta tri neutrina koja su deo našeg standardnog modela jesu kandidati za takozvanu 'tamnu materiju'. Tako astronomi nazivaju materijal koji se ne vidi, ali, kažu oni, prožima celu Vaseljenu, pa čak daje glavninu gravitacije koja će odlučiti o daljem razvoju Vaseljene. Mi zasad znamo samo to da bi neutrini mogli da imaju neku malu, malecku masu... ili nultu, nikakvu masu. Ali nula je tako poseban broj, da bi čak i stvarno vrlo sićušna masa, recimo milioniti deo elektronove, imala ogroman teorijski značaj. Kao deo standardnog modela, neutrini sa tom svojom masom ili odsustvom mase jesu jedno krupno otvoreno pitanje.

SKRIVENA JEDNOSTAVNOST: STANDARDNOME MODELU NAJVEĆA RADOST

     Kad se neki naučnik, na primer neki Britanac, stvarno strašno naljuti na nekoga i kad potegne teške reči, procediće kroz zube: "Aristotelovče jedan gnusni." To su reči kojima se otpočinje tuča; jer, kazati nekome da je aristotelovac... teško je zamisliti težu uvredu. Aristotelu se uglavnom pripisuje (mada čovek verovatno nije baš toliko kriv) da je 2.000 godina sprečavao napredak nauke, sve do dana kad je Galilej stisnuo petlju i 'pozvao' ga na dvoboj. Pred gomilama navijača potukao je Galilej i obrukao učenike Aristotelove na trgu zvanom Pjaca del Duomo, tamo gde i danas toranj nahereni stoji, a Italijani prodaju turistima pice i sladoled.
     Razmatrali smo tu priču o predmetima koji padaju sa krivih tornjeva - perce lelujanjem laganim, čelične kugle sunovratom naglim. To je Aristotelu izgledalo baš kako treba, pa je proglasio: "Teške stvari brzo padaju, a lake polako." Intuitivno, savršeno intuitivno. Osim toga, ako zakotrljaš kuglu, ona se posle nekog vremena zaustavi. Pošto je tako, proglašava stari Ari, mirovanje je "prirodno i priroda ga više voli, dok kretanje zahteva da neka sila navaljuje da bi se nastavljalo". Jasno da jasnije ne može biti, i potvrđeno svakidašnjim iskustvom našim, pa ipak... pogrešno. Galilej je posle pobede obasuo prezirom ne Aristotela nego ona silna pokolenja filozofa koji su se klanjali u Aristotelovom hramu i prihvatali Aristotelova uverenja, a nisu se zapitali.
     Ono što je Galilej video bila je duboka jednostavnost u zakonima kretanja, jednostavnost koja se ispolji čim uspemo da uklonimo razne ometajuće stvari kao što su otpor vazduha i trenje, stvari koje su i te kako deo našeg stvarnog sveta, ali koje prikrivaju tu jednostavnost. Galilej je video matematiku - parabole, kvadratne jednačine - i shvatio da je to ono kakav svet mora biti. Nil Armstrong (Neil Armstrong), prvi astronaut na Mesecu, ispustio je iz ruku, na Mesečevoj bezvazdušnoj površini, jedno perce i svoj čekić, i tako pokazao svim gledaocima sveta još jednom ono isto što i Galilej na Krivom tornju u Pizi. Bez otpora vazduha, oba ta predmeta padaju istom brzinom. A kugla zakotrljana po vodoravnoj površini kotrljala bi se, zaista, celu večnost tako, ukoliko ne bi naišla ni na kakav otpor. Na odlično uglačanoj drvenoj površini otkotrljaće se dalje, a na klizavom ledu ili na vazdušnom jastuku još mnogo dalje. Potrebno je imati sposobnost da se misli apstraktno, da se zamisli kretanje bez vazduha, pa i bez trenja koje nastaje između kugle i podloge; a kad to uspeš, za nagradu dobiješ jedan novi uvid u zakone kretanja, prostora i vremena.
     Od te davne priče koja srce zagreva, pa do danas, naučili smo poprilično o skrivenoj jednostavnosti. Ume priroda da prikriva simetriju, jednostavnost i lepotu, a matematika, međutim, koja je apstraktna, ume te tri stvari da opiše. Sad ne vidimo pred sobom Galilejev otpor vazduha i trenje (niti političke probleme koje je on imao, a koji su bili ravni tome), nego naš standardni model. Da bismo sa ovom idejom dogurali do devedesetih godina ovog veka, moramo se vratiti onoj priči o teškim česticama-nosiocima koje prenose slabu silu.

MODEL STANDARDNI, GODINA 1980.

     Na samom početku te decenije među teoretičarima je vladalo poprilično zadovoljstvo postignutim. Standardni model se čvrsto namestio na presto i sedi: model koji je devičanski čisti rezime tri veka fizike čestica. Sedi, ali izaziva eksperimentatore, koji samo treba da 'popune još neke praznine'. Čestice W+, W- i Z0 još neopažene, a ni kvark vrh nije opažen. Ni tau neutrino; za njega je potreban opit sa tri neutrina, neki takvi opiti su i predloženi, ali pripreme bi bile dozlaboga zapetljane, a izgledi za uspeh mali. Zato ti opiti nisu ni odobreni. Opiti sa naelektrisanim tau leptonom snažno nagoveštavaju da tau neutrino mora postojati.
     Na svim mašinama u toku su istraživanja usmerena ka kvarku vrh: i na elektron-pozitron kolajderima, i na 'protonkama'. U Japanu se gradi mašina koja će se zvati Tristan (kakav naziv - Tristan; postoji li neka duboka veza između japanske kulture i tevtonske mitologije?). Tristan će biti e+ e- mašina koja će moći da proizvede i česticu 'kvark vrh plus kvark antivrh' (t t) ukoliko masa kvarka vrh nije veća od 35 GeV, a to bi značilo sedam puta teža od kvarka dno (koji je kvarku vrh rođak, samo sa drugačijim ukusom, a ima masu od 5 GeV). A, zapravo, taj opit, i sve što se u tom pogledu očekuje od Tristana, unapred je osuđeno na propast. Kvark vrh je težak.

HIMERA OBJEDINJENJA

     U traganje za česticom W Evropljani su se bacili svim silama, rešeni da pokažu svetu da su i oni ovladali jednim poslom. Da bi neko pronašao W, mora da ima mašinu dovoljno moćnu da proizvede tu česticu. Koliko je energije potrebno? Zavisi od toga koliko je W težak. Prihvatajući uporno i snažno insistiranje Karla Rubije, a i njegove argumente, godine 1978. CERN kreće da sagradi proton-antiproton kolajder, zasnovan na njihovoj protonskoj mašini od 400 GeV.
     U to vreme, pred kraj sedamdesetih godina, teoretičari su procenjivali da su W i Z 'sto puta teži od protona'. (A masa mirovanja protona je, setićete se, baš zgodna za pamćenje, bliska je iznosu od 1 GeV.) Sa toliko samopouzdanja je procenjena masa W i Z, da je CERN bio voljan da investira 100 miliona dolara, ili više, u taj 'siguran posao', u akcelerator koji bi trebalo da bude u stanju da isporuči (u sudarima) toliko energije da se W i Z mogu napraviti, ali i u detektore koji će biti dovoljno usavršeni i skupi da takve sudare opaze. Odakle im tako ohola samouverenost?
     Vladala je svojevrsna euforija, zasnovana na uverenju da je objedinjena teorija, naš konačni cilj, već na dohvatu. I to ne model sa šest kvarkova, šest leptona i četiri sile, nego model sa možda samo jednom klasom čestica i jednom velikom - ijaoj, koliko velikom - objedinjenom silom. To će valjda biti ostvarenje drevnog grčkog pogleda na stvari, onog istog cilja ka kome nadiremo još od onog njihovog: voda, pa zatim zemlja, vazduh i vatra.
     Objedinjenje, pronalaženje teorije koja bi bila jednostavna, a sveobuhvatna, naš je Sveti gral. Još 1901. godine Ajnštajn je (tada momak od 22 godine) pisao o vezama između molekularnih (električnih) sila i gravitacije. Od 1925. pa sve do svoje smrti, 1955. godine, tragao je uzaludno za objedinjenom elektromagnetno-gravitacionom silom. Ovaj ogroman napor jednog od najvećih fizičara našeg vremena (i svih vremena) ostao je bez uspeha. Sada znamo da postoje još dve sile, slaba i jaka. Bez te dve, Ajnštajn nije imao nikakvih izgleda da uspe u objedinjavanju. To je bio prvi razlog njegovog neuspeha, a drugi je bio taj što se 'razveo' od središnjeg dostignuća sveukupne fizike dvadesetog veka - od kvantne teorije. (Iako joj je baš on dao ogromne doprinose u danima kada je bila u fazi stvaranja.) Nikada Ajnštajn nije prihvatio radikalne, revolucionarne stvari koje je kvantna teorija govorila, stvari koje su, zapravo, bile okvir za objedinjavanje svih sila. U šezdesetim godinama, čak tri od te četiri sile formulisane su u terminima kvantne teorije polja i istančane do te mere da je 'objedinjenje' naprosto molilo da ga postignemo.
     Svi veliki teoretičari jurili su za njim. Pamtim jedan seminar na Kolumbiji početkom pedesetih godina kad su Hajzenberg i Pauli izložili svoju novu, objedinjenu teoriju elementarnih čestica. Bilo je to u prostoriji broj 301 - koja se zove Pupinova dvorana. Gužva u sali bila je poprilična. U prvom redu sede Nils Bor, I. I. Rabi, Čarls Tauns, T. D. Li, Polikarp Kuš, Vilis Lemb i Džejms Reinvoter (James Rainwater) - kontingent onih koji su već dobili i onih koji će dobiti Nobelovu nagradu. Mladi doktori, oni koji su bili dovoljno uticajni da budu pozvani, krše sva pravila protivpožarne zaštite. Postdiplomci vise sa posebnih kuka pozabadanih u krovne grede. Gužva, brate. Teorija je nadmašila moju moć da je pratim u tom trenutku; ali činjenica ja da nešto ne razumem nije dokaz da je to nešto tačno. Kad je rekao sve što je imao, Pauli je završio priznanjem: "Daaa, ovo je jedna luda teorija." Iz publike se oglasi Nils Bor (i to su reči koje zapamtiše svi): "Nevolja sa ovom teorijom jeste u tome što ona nije dovoljno luda." Kasnije je ta teorija iščezla, zaboravljena je, zajedno sa nebrojenim drugim hrabrim pokušajima. Znači, Bor je i tom prilikom bio, opet, u pravu.
     Valjana teorija sila mora da zadovolji dva merila: to mora biti jedna kvantna teorija polja koja će u sebe da uključi posebnu teoriju relativnosti i baždarsku simetriju. Ova druga odlika, baždarska simetrija, jedino je što nam jemči (zasad nemamo nijednu drugu jemstvo za to) da će teorija biti matematički usaglašena, renormalizabilna. Ali ima još mnogo drugih razloga; ceo taj posao sa baždarskom simetrijom ima duboku estetsku privlačnost. Za divno čudo, zamisao baždarske simetrije izvukli smo upravo iz one sile koju jedinu još nismo uspeli kvantno da formulišemo, a to je gravitacija. Ajnštajnova gravitacija (za razliku od Njutnove) proističe iz želje da zakoni fizike budu isti za sve posmatrače, kako za one koji miruju tako i za one koji se nalaze u raznim ubrzanim sistemima, pa i u prisustvu gravitacionih polja - recimo, na površini Zemlje. (A površina Zemlje rotira na polutaru brzinom od oko 1.670 kilometara na sat.) Kad radimo u laboratoriji koja se tako ludo kovitla, trebalo bi da se pojavljuju sile zbog kojih će opiti da daje sasvim drugačije rezultate nego u nekim laboratorijama koje se kreću glatko i ujednačeno (dakle, u neubrzanim). Ajnštajn je tragao za zakonima koji će izgledati svim posmatračima isto. Ta osobina zove se invarijantnost. Ajnštajn je u svojoj opštoj teoriji relativnosti (iz 1915. godine) postavio prirodi zahtev da bude u svojim zakonima fizike invarijantna, a ovo je nužno zahtevalo da sila gravitacije mora da postoji. Ja ovo sad kažem tako brzo, a toliko sam grdno rada i truda uložio dok sam to i sam shvatio! Teorija relativnosti sadrži u sebi jednu ugrađenu simetriju koja pretpostavlja da mora postojati jedna određena sila u prirodi - sila gravitacije.
     Analogno tome, baždarska simetrija, što podrazumeva jednu apstraktniju invarijantnost koja biva nametnuta relevantnim jednačinama, proizvodi kod jednih jednačina slabu silu, kod drugih jednačina jaku silu, a kod trećih jednačina elektromagnetnu silu.

BAŽD...

     Sad već stupamo na onaj privatni pristupni put za automobile koji vodi do rezidencije u kojoj stanuje Božija čestica. Moramo da razmotrimo nekoliko zamisli. Jedna je u vezi sa materijalnim česticama: kvarkovima i leptonima. Sve one imaju spin, koji se u čudnovatoj kvantnoj mernoj jedinici za spin izražava razlomkom 1/2. Dakle, imaju 'spin jedna polovina'. Drugo su polja sila. Ova polja takođe možemo da predstavimo kao čestice: kao kvante tih polja. Te čestice sve imaju celobrojni spin - a to je 1. (Dakle, 'spin jedan'.) Koje su to čestice? Pa, one iste o kojima smo već toliko puta govorili, naime čestice-prenosioci, a to znači baždarski bozoni: foton, W čestice i Z čestice, i gluoni. Sve te čestice su otkrivene, a njihove mase izmerene. Da bi se našao neki smisao u ovom bogatom rasponu ponuđenih komadića materije i komadića sile, hajde da još jednom preispitamo pojmove invarijantnosti i simetrije.
     Dosad smo skakutali vešto svuda ukrug oko baždarske simetrije nastojeći da ne nagazimo na nju zato što ju je teško, a možda i nemoguće, objasniti u celosti. Problem se sastoji u tome što ovu knjigu pišem na engleskom jeziku, dok je, međutim, jezik baždarske teorije matematika. U engleskom jeziku moramo se oslanjati na metafore. Biće tu još stepovanja, ali možda će biti i neke koristi.
     Primer: kugla ima savršenu simetriju, u smislu da je možemo zaokrenuti za bilo koji ugao, oko bilo koje ose, bez izazivanja ma i najmanje promene u sistemu. Čin rotiranja može se opisati matematički; kuglu pre rotiranja možemo opisati izvesnim jednačinama, i tu istu kuglu posle bilo kog i bilo kakvog rotiranja možemo opisati drugim jednačinama koje će biti potpuno istovetne sa prvim. Dakle, simetričnost kugle dovela je do jedne posledice: do invarijantnosti jednačina koje kuglu opisuju, i to invarijantnosti u odnosu na rotaciju.
     Ali koga je briga za savršene kugle? Postoji još nešto što je, u istoj meri kao kugla, invarijantno u odnosu na svaku i bilo koju rotaciju. To je prazan prostor. Iz ovog razloga i jednačine u fizici moraju biti rotaciono invarijantne. Matematički, to znači da ako rotiramo jedan koordinatni sistem x-y-z u bilo kojoj meri, dakle za bilo koji ugao zaokretanja, u odnosu na bilo koju osu rotacije, taj ugao zaokretanja neće iskrsnuti nigde, baš nigde u jednačini. Već smo raspravljali o drugim takvim simetrijama. Jedna je bila ova: postavimo jedan predmet na ravnu, vodoravnu, beskonačnu površinu. Pomaknemo ga ma koliko daleko, u ma kom pravcu. Nastala situacija je potpuno ista kao i pre tog pomaka, sistem je ostao istovetan - isti kao što je i bio; zato kažemo da je taj sistem invarijantan u odnosu na pomicanje predmeta po ravni. Pomicanje od A do B zove se translacija. Verujemo da je i prazan prostor takođe invarijantan na translaciju: ako svim udaljenostima nekih stvari od jedne tačke dodamo pomak od 12 metara na istu stranu, tih 12 metara će iščeznuti, naprosto 'ispasti' iz jednačina. Prema tome, nastavljamo našu litaniju: jednačine fizike moraju da ispolje translacionu invarijantnost. Da bi se nastavila i priča o simetriji/očuvanju, imamo i zakon o očuvanju energije. Čudnovata stvar: taj zakon je u vezi sa jednom simetrijom koja se odnosi na vreme - naime, u vezi sa simetrijom koja kaže da su zakoni fizike invarijantni na translaciju u vremenu. To znači da u fizici, ako dodamo jednačinama jedan isti vremenski razmak, recimo 15 sekundi, svuda gde se u njima vreme pojavljuje, ta dodavanja će se međusobno oprati i isprati i neće od njih ostati ništa, nigde u sistemu. Jednačine, dakle, ostaju invarijantne na vremenski pomak.
     E, sad ono glavno. Simetrija govori i neke nove stvari o prirodi prostora. Pominjao sam već gospođu Emi Neder. Doprinos koji je ona 1918. godine dala nauci bio je sledeći: za svaku simetriju (koja se pokazuje kao nesposobnost osnovnih jednačina da opaze rotacije i translacije u prostoru i translaciju u vremenu) postoji i po jedan odgovarajući zakon očuvanja! A zakone očuvanja, vidite, možemo opitno da proveravamo. Njen rad povezao je translacionu invarijantnost sa dobro oprobanim zakonom o očuvanju impulsa; rotacionu invarijantnost sa očuvanjem momenta impulsa; a invarijantnost na pomak kroz vreme sa očuvanjem energije. Dakle, ovi zakoni o očuvanju energije, koji su opitima toliko već dokazani da ih više niko ne može da napada, kažu svima nama (kad ih gledamo i onda upotrebimo istu, dosadašnju logiku unatraške) da vreme i prostor poštuju određene simetrije.
     Očuvanje parnosti, o čemu smo raspravljali u Međuigri C, jeste primer diskretne simetrije koja se primenjuje na kvantne, mikroskopski sitne prostore. Ogledalska simetrija isto je što i bukvalno odražavanje svih koordinata jednog fizičkog sistema u nekom ogledalu. Matematički, ogledalska simetrija znači da sve z koordinate pretvorimo u z- koordinate, pri čemu je z koordinatna osa uperena pravo, u ogledalo. Kao što smo videli, jaka sila i elektromagnetna sila poštuju ovu simetriju, ali slaba sila je ne poštuje, što nam je, naravno, donelo ogromnu radost godine, davne, 1957.
     Ovo što sam dosad ispričao bilo je uglavnom sažet pregled starog, već pređenog gradiva, i odeljenje dobro kapira. (Osećam ja to.) U sedmom poglavlju videli smo da mogu postojati i apstraktnije simetrije koje nisu u vezi sa geometrijom (prethodni primeri bili su geometrijski). Za našu najbolju kvantnu teoriju polja, QED, ispostavilo se da je invarijantna u odnosu na nešto što izgleda kao dramatična promena u matematičkom opisivanju. To 'nešto' nije geometrijska rotacija, ni translacija, ni refleksija (u ogledalu), nego je jedna daleko apstraktnija promena u načinu opisivanja polja. Ona se zove: baždarska transformacija. Nikakvo dalje opisivanje baždarske transformacije neću ni pokušati, jer to ne ide bez matematike; bol koji biste vi pretrpeli u suočenju sa matematikom daleko je veći nego dobitak koji bismo postigli. Zato neka bude dovoljno da samo kažemo da su jednačine kvantne elektrodinamike (QED-a) invarijantne na baždarsku transformaciju. Ovo je veoma moćna simetrija zato što iz nje same možemo dobiti sve odlike elektromagnetne sile! Doduše, nije to tim redom stvarno rađeno, u istoriji nauke, ali se danas u nekim udžbenicima za postdiplomce izlaže tim redom. Ova simetrija jemči da prenosilac elektromagnetne sile, foton, mora biti bez mase i jeste bez mase. Pošto je ovo odsustvo mase povezano sa baždarskom simetrijom, za foton se kaže da je 'baždarski bozon'. (Pamtite da je bozon svaka čestica - u mnogim slučajevima čestica-prenosilac - koja ima spin izražen celim prirodnim brojem.) Pošto je pokazano da QED, jaka sila i slaba sila jesu opisani jednačinama koje ispoljavaju baždarsku simetriju, kaže se za sve prenosioce sile - dakle za fotone, W i Z čestice i gluone - da su baždarski bozoni.
     Ajnštajnovih trideset godina uzaludnog napora da se nađe objedinjena teorija prevaziđeno je kad su pred kraj šezdesetih godina Glešou, Vajnberg i Salam uspeli da objedine slabu sa elektromagnetnom silom. Glavna implikacija njihove teorije bila je da moraju postojati četiri čestice-prenosioci koje će činiti jednu porodicu: foton, W+, W- i Z0.
     Sad uvodimo temu Božije čestice. Kako možemo imati teške W i Z čestice u jednoj baždarskoj teoriji? Kako je moguće da predmeti koji su međusobno tako neskladni kao što su to foton bez mase i vrlo masivni W i Z budu ista porodica? Upravo njihove ogromne razlike u masi objašnjavaju zbog čega je toliko različito ponašanje elektromagnetne i slabe sile.
     Vratićemo se ovom izazivnom uvodu kasnije; tako mnogo teorije zamara moj duh. Osim toga, pre nego što se teoretičari raspričaju ne bi li dali nekakav odgovor na prethodna pitanja, moramo da nađemo W. Doduše, oni ne čekaju na to, ali mi naš posao moramo da obavimo.

NAĆI W

     Tako je CERN položio lovu na sto (tačnije, prepustio je te pare Karlu Rubiji) i potraga za W česticama je krenula. Vredi zapaziti da ako je masa W čestice oko 100 GeV, u sudar treba uložiti energiju znatno veću od toga. Proton sa 400 GeV energije koji naleti na neki nepomičan proton neće postići uspeh jer će od 400 ostati samo 27 GeV za pravljenje novih čestica. Ostatak energije istroši se na impuls. Zato je Rubija predložio kolajderski pristup. Njegova zamisao bila je da se napravi izvor antiprotona, pe-minusa (pi-bara, kažemo mi Amerikanci). Dobijeni antiprotoni bi se ubacili u CERN-ov super protonski sinhrotron (SPS) od 400 GeV. Kad se nakupi dovoljna količina antiprotona, čuva se u magnetnom prstenu, manje-više onako kako smo objasnili u šestom poglavlju.
     Za razliku od kasnijeg Tevatrona, SPS nije bio superprovodan. To znači da je njegova maksimalna energija bila skromnija nego što bi čovek pomislio. Na prvi pogled, ako ubrzamo antiprotone do 400 GeV, a onda njima u susret ispalimo protone takođe ubrzane do 400 GeV, trebalo bi da dobijemo ukupnu energiju od 800 GeV, zar ne? Međutim, doneta je odluka da ni protonski ni antiprotonski zrak ne pređu 270 GeV. Zašto tako malo? Pre svega zato što će magneti morati, u tom opitu, da propuštaju vrlo jake struje tokom vrlo dugog vremena - više sati - dok sudari traju. CERN-ovi magneti nisu sazdani za takve poslove; počeće da se pregrevaju. Drugo, zadržavanje vrlo jakih polja tokom dužeg vremena je skupo. Magneti SPS-a planirani su da dostignu svojih maksimalnih 400 GeV, nekoliko sekundi gađaju metu (nepokretnu) zracima te snage, a onda da se njihovo polje svede na nulu. Rubijina zamisao o sudaranju dva zraka bila je genijalna, ali je Rubijin osnovni problem bio u tome što njegova mašina uopšte nije sagrađena da radi kao kolajder.
     Vlasti u CERN-u i Rubija behu saglasni u tome da će po 270 GeV u svakom zraku (ukupna energija, dakle, 540 GeV) biti verovatno dovoljno za pravljenje W čestica, koje imaju 'težinu' od stotinak GeV. Projekat je odobren i odgovarajuća količina švajcarskih franaka zašuštala je 1978. godine. Rubija je okupio dve ekipe. U prvoj su bili akceleratorski geniji - Francuzi, Italijani, Holanđani, Englezi, Norvežani i pogdekoji Jenki koji navrati u posetu. Ti ljudi su engleski govorili veoma smandrljano, ali akceleratorski bez greške. Druga ekipa: eksperimentalni fizičari kojima je palo u deo da sagrade ogroman detektor (neko mu je, u nastupu poetske imaginacije, dao naziv UA-1). Naravno, detektor bi posmatrao sudare protona i antiprotona.
     U akceleratorskoj grupi našao se jedan holandski inženjer, Simon Van der Mer (Simon Van der Meer) koji je izmislio novi način da se antiprotoni sabiju u veoma uzan zrak u magnetnom prstenu gde se taj skupoceni antiproizvod čuva. Taj Merov pronalazak, nazvan 'stohastičko hlađenje', bio je od presudnog značaja u prisiljavanju dovoljne količine antiprotona da se stvarno zabijaju u nailazeće protone, tako da je postignut poštovanja dostojan broj sudara, negde oko 50.000 u sekundi. Rubija, velemajstor tehnike, stalno je požurivao svoju grupu, izgrađivao 'politički' položaj svog opita, širio marketing i propagandu, odazivao se na telefonske pozive. Njegova tehnika: bude govor hoće priča. Na predavanjima je govorio kao iz mitraljeza, zasipao rečima i slikama (po pet slajdova u minutu), bio je promotivan, virtuozan, bombastičan, ali je ipak govorio i istinu.

KARLO I GORILA

     Mnogima koji prate fiziku čini se da je Karlo Rubija naučnik-div herojsko-atletskog stila. Jedanput mi je zapala dužnost da mu dam reč na banketu gde je trebalo da on održi govor. Bilo je to na jednom dobro posećenom međunarodnom okupljanju u Santa Feu. (Posle Nobelove nagrade koju je dobio za otkriće W i Z čestica.) Tom prilikom ispričao sam jednu priču.
     Na Nobelovim svečanostima u Stokholmu, kralj Olaf pozove Karla Rubiju da popričaju nešto malo po strani od ostalih. Nastao je, zbog neke greške, tehnički problem, kaže kralj. Zbog toga će ove godine moći da se dodeli samo jedna medalja. Da bi se odredilo koji laureat će dobiti zlato, kralj je postavio tri zadatka za junake. Svaki podvig treba izvesti u po jednom šatoru, na polju koje je izloženo pogledima cele mase gledalaca. U prvom šatoru, kaže kralj Karlu, naći će četiri litra šljivovice, pića koje je dobrim delom doprinelo propasti države Bugarske. To sve treba popiti za 20 sekundi! U drugom šatoru je gorila koji nije dobio ništa za jelo već četiri dana i koga boli urastao umnjak. Zadatak: izvaditi mu zub. Vreme: 40 sekundi. U trećem šatoru je najiskusnija žena za zabavu iračke vojske. Zadatak: zadovoljiti tu kurtizanu potpuno. Raspoloživo vreme: 60 sekundi.
     Začuje se pucanj startnog pištolja, i Karlo krupnim skokovima hrli u šator broj jedan. Svi čuju zvuk: klok, klo-klo-klok... Posle 18,6 sekundi svi vide četiri trijumfalno podignute litarske boce šljivovice. Prazne.
     Ne gubeći vreme, Karlo, čovek-legenda, srlja koracima dosta klimavim u drugi šator; sad cela publika čuje da se iz šatora razležu grdni, divovski urlici. Zatim tišina. Posle 39,1 sekunde, Karlo se iztetura iz šatora, nesigurno priđe mikrofonu i pita: "Dobro, gd-gde je t-taj gorila koga b-boli zub?"
     Publika je počela da se smeje na sav glas, možda i zato što je konferencijsko vino točeno koliko god je ko hteo. Najzad dam Karlu reč, a on, dok smo se mimoilazili (jer je sad on dolazio na govorničko mesto) prošapuće: "Nisam razumeo. Objasni kasnije."
     Rubija nije imao strpljenja sa budalama, bio je vrlo strog direktor, a to je izazivalo i određene otpore. Neko vreme pošto je Rubija dobio Nobelovu nagradu, Gari Taubs je napisao njegovu biografiju, Nobelovi snovi, koja nije mnogo laskava. Jednom kad sam bio na nekom zimskom seminaru, a Karlo sedeo u publici, saopštim da su prodata prava za ekranizaciju te knjige i da će glavnu ulogu igrati glumac Sidni Grinstrit (taj je bio otprilike jednak u obimu struka kao Karlo). Neko iz publike se javi i kaže da je Grinstrit umro, ali da je u svakom drugom pogledu to dobar izbor. Na jednoj drugoj, ali letnjoj konferenciji, na Long Ajlendu, neko je na plaži zabio transparent: "Ne kupajte se, Karlo koristi plažu."
     Rubija je u potrazi za W česticama gonio svoje trupe vrlo silovito na svim frontovima. Neprestano je saletao graditelje detektora da požure. Oni su postavljali ogromne magnete koji će otkriti i ispitati događaje u kojima po pedeset, pa i šezdeset čestica proistekne odjednom iz čeonog sudara jednog protona sa energijom od 270 GeV i jednog antiprotona sa istom tolikom energijom. Rubija je ispoljio slično znanje i aktivnost i u pravljenju akumulatora antiprotona, to jest AA prstena - dakle, sprave u kojoj je trebalo da bude primenjena zamisao Van der Mera: mlaz antiprotona bio bi najpre veoma stisnut, da bi tek onda bio ušprican u SPS prsten i tamo ubrzavan. Ovaj prsten morao je da ima i svoje radio-frekventne šupljine, vodeno hlađenje sa ubrzanim protokom, i posebno opremljenu dvoranu za međudejstva u kojoj će biti montiran taj pametno nazvani detektor UA-1. Naknadno su vlasti u CERN-u odlučile da izgrade i dodatni detektor kome je dat naziv, šta bi drugo, UA-2, da bi se pripazilo da li Rubija sve pošteno prijavljuje, kao i da bi bilo pri ruci i nešto 'za svaki slučaj'. Taj detektor UA-2 bio je stvarno Avis ove situacije, ali grupa koja ga je gradila bila je mlada i puna poleta. Pošto su bili sputani znatno manjim budžetom, sagradili su sasvim drugačiji detektor.
     Rubijin treći front bio je da podgreva entuzijazam kod onih koji upravljaju CERN-om, da održava napetost i u svetskoj javnosti i da priprema pozornicu za veliki W opit. Cela Evropa je navijala da oni uspeju, jer bi to značilo da je Evropa konačno sazrela za najkrupniji naučni rad. Jedan novinar je napisao da će u slučaju neuspeha opita "popadati premijeri i pape".
     Opit je otpočeo 1981. godine. Sve je bilo na svom mestu - UA-1, UA-2, AA prsten... sve provereno i spremno. Prvi pokušaji, smišljeni više kao test ispravnosti sistema, bili su razumno uspešni. Ovde curi, tamo greška, poneki udes... ali, posle izvesnog vremena, podaci! Svi na jednom novom nivou složenosti. Konferencija 'Ročester' za godinu 1982. trebalo je da se održi u Parizu, pa je CERN dao sve od sebe da na vreme pribavi neke podatke sa kojima bi se pred 'Ročester' moglo izići.
     Ironijom slučaja, prvi uspeh postigao je onaj drugi, pomoćni detektor, UA-2. Snimio je mlazeve, one uzane svežnjeve hadrona koji su potpis kvarkova. Za to vreme UA-1, tek u fazi učenja kako posao valja raditi, nije postigao nikakvo otkriće. Kad god mali David potuče velikog Golijata, raduju se svi osim Golijata. Rubija strašno mrzi poraze; u ovom slučaju morao je priznati da opažanje mlazeva jeste pravi trijumf CERN-a. Nije zalud uloženo toliko novca i truda u mašine, detektore, softver... Pribavljen je jak pokazatelj. Krenulo je. Ako ima tih mlazeva, ni W čestice ne mogu biti daleko.