Izmerena dva kvarka

Dva kvarka („gore” i „dole”), dve najsićušnije mrvice materije koje nikad niko nije video, izmerena su ovih dana na najpouzdanijem fizičarskom kantaru. Majušnim sastojcima protona i neutrona, koji čine jezgro svakog atoma, sada je 20 puta tačnije određena težina nego u prethodnim merenjima.

Hoće li to biti od koristi u ogledima koji se, upravo, izvode u najvećem „sudaraču čestica”, smeštenom u CERN-u nadomak Ženeve?

Sve što postoji u kosmosu ispisano je „azbukom atoma”, čestica čiji je prečnik tek desetomilioniti delić milimetra, a težina (bolje reći: lakoća) milioniti delić milijardito-milijarditog delića grama! I predstavlja, čak, 99,99 odsto praznine! Šta li bi na to rekao slavni Aristotel?

Još je Demokrit iz Abdere pre gotovo dve i po hiljade godina besedio: „Ništa ne postoji osim atoma i praznine”. Kao što ime kazuje: a-tomos (nedeljiv).Zemlja je sazdana od, čak, 10⁵⁰ atoma, a to je broj u kojem posle „jedinice” u stroju jedna za drugom koračaju 50 „nula”.

U istinitost predviđanja starogrčkog mudraca uverili smo se 1981. kada smo pojedinačne atome prvi put videli na „porodičnoj fotografiji” snimljenoj skenirajućim tunelskim mikroskopom (STM).

A od čega su sazdani atomi?

Neraskidive veze

U samom središtu atoma nalaze se protoni i neutroni (zajedničkim imenom nazvani nukleoni), a kružnim putanjama unaokolo jurcaju elektroni. (Upamtite: protoni se nikada ne raspadaju, u suprtnom naš opstanak bio bi doveden u pitanje). Ali to nije kraj: 1964. dvojica terijskih fizičara, potonji nobelovac Mari Gel-Man i Džordž Cvajg nagovestili su, nezavisno jedan od drugog, postojanje kvarka, osnovnog sastojka materije, koji je – prema sadašnjem saznanju – nedeljiv. Novi a-tomos.

Svaki proton i neutron sastoji se od tri kvarka koji predstavljaju samo dva odsto mase. Ali za objašnjenje njihove građe dovoljne su samo dve vrste, upravo nedavno izmerene – „gore” i „dole”. Proton ima dva „gore” i jedan „dole”, a neutron dva „dole” i jedan „gore”, neraskidivo povezane najjačom silom koju prenose čestice-glasnici prozvane gluoni. Tajanstveni i nevidljivi „cement” koji, naprosto, „zabetonira” kvarkove.

Mari Gel-Man je ime preuzeo, prema preovlađujućem uverenju, iz romana Džemsa Džojsa „Fineganovo bdenje”, u kojem je neko uzviknuo: „Tri kvarka za mustera Marka”! Džordž Cvajg je, radeći u pomenutom CERN-u, predložio je naziv – asovi.

Shodno opšteprihvaćenom Standardnom modelu (teorija koja objašnjava ustrojstvo i kosmosa i materije), sve čestice materije su –– razvrstane na kvarkove (devet) i leptone (devet), od kojih su prvi prilično neobično nazvani: „gore” i „dole”, „čudan” i „šarmantan”, „vrh” i „dno”. Nesvakidašnje nadahnuće u krštavanju koje ionako služi jedino raspoznavanju i ničem više.

A kako kvark može da se opazi?

Zauvek zatočeni

Nikako. Nikada nisu slobodni, ni razdvojeni, nerastavljivo su udruženi u avetinjske „sijamske dvojke” i „trojke”. Zamislite kutijicu koju niko nije u stanju da otvori, u kojoj su tri čelične loptice. Kako god da je protresete ili nagnete na bilo koju stranu, uvek zaključite: unutra su tri kuglice. Za sva vremena zatočeni! (Sila koja drži kvarkove na okupu postaje jača što ih više razdvajate)! Uostalom, u doba kvarkova i leptona, u prvom milijarditom deliću sekunde posle stvaranja kosmosa, gustina je bila toliko velika da se razmak između povezanih nije razlikovao od razmaka između nepovezanih kvarkova. Takvo stanje materije, „supa kvarkova i leptona”, opaženo je 2002. godine u jednom ogledu.

U međuvremenu je pretpostavljeno da se pojavljuju u „četvorkama” i „petorkama”, ali nije potvrđeno.

Prvi nagoveštaj da kvarkovi, zaista, postoje stigao je iz Stanforda (Stanfordski linearni akcelerator) 1968, a kasnije je ustanovljeno da je proton sastavljen od tri.

Upravo pominjana „fatalna privlačnost” dugo je onemogućavala da se izmeri masa pojedinačnog kvarka. Najnovije merenje, koje je predvodila teorijski fizičar Kristina Dejvis, sa Univerziteta Glazgov (Velika Britanija), zasnivalo se na zadivljujućem matematičkom dočaravanju u superkompjuteru. Ustanovljeno je da kvark „gore” teži 2,01 (± 0,14) megaelektronvolti, kvark „dole” 4,49 (± 0,16) megalektronvolti. Prvi, dakle, sačinjava 0, 214 odsto, a drugi 0, 510 ukupne mase protona.

I tako smo stigli do najmoćnije „krckalice” na svetu, ukopane duboko pod zemljom na razmeđi Švajcarske i Francuske, u predgrađu Ženeve. Očekuje se da, upravo, saznate mere olakšaju traganje za nepoznatim mrvicama materije, pa i za neuhvatljivom „Božijom česticom” (Higsov bozon) koja ostalima – kako se pretpostavlja – daruje masu.

Nobelovac Ernest Raderford, koji je 1918. otkrio proton (na grčkom: protos – prvi), upamćen je po sledećoj izjavi: „Sva nauka je ili fizika ili filatelija”.