Wracam do ulubionej
tematyki.
Kwarki to – według obecnego stanu
wiedzy – jedne z najmniejszych znanych składników materii. W ramach Modelu
Standardowego fizyki cząstek elementarnych uznawane są za cząstki
fundamentalne, czyli takie, które nie posiadają wewnętrznej struktury i nie
dają się dalej podzielić. Choć nie wyklucza się, że przyszłe teorie, takie jak
teoria strun, mogą ujawnić jeszcze głębszy poziom budowy materii, obecnie kwarki
traktowane są jako elementarne jednostki.
Wyróżnia się sześć rodzajów kwarków,
zwanych «smakami»: górny (up), dolny (down), dziwny (strange), powabny (charm),
niski (bottom) i wysoki (top). Różnią się one między sobą nie tylko «masą» i
«ładunkiem elektrycznym», ale także innymi właściwościami, takimi jak:
- czas życia –
niektóre kwarki są bardzo nietrwałe i szybko się rozpadają,
- udział w
oddziaływaniach słabych – np. mogą zmieniać swój smak (właściwości) podczas
rozpadu,
- ładunek kolorowy –
odpowiadający za oddziaływanie silne, dzięki któremu kwarki łączą się w hadrony
-> nukleony (np. protony i
neutrony).
Choć nie możemy obecnie zbadać ich
wewnętrznej struktury, kwarki odgrywają kluczową rolę w budowie materii i są
niezbędnymi elementami zrozumienia świata na poziomie subatomowym.
Jak wyobrazić sobie coś, co nie ma
wewnętrznej struktury, a mimo to się różnią? Kwarki są jak punkty w
przestrzeni, które nie mają wielkości ani kształtu — nie da się ich «rozciąć»
ani zobaczyć «co mają w środku», bo… nie mają «środka». Różnią się zestawem
cech fizycznych, tak jak np. dwa punkty świetlne mogą mieć różne kolory czy
jasność. Można też wyobrazić sobie grę komputerową, w której są różne postacie
—mogą one wyglądać tak samo, ale różnią się statystykami: szybkością, siłą,
itp. W grze to wszystko «siedzi» w liczbach i kodach. I tak samo jest z
kwarkami. Istnieją jako «zbiory właściwości», które wpływają na to, jak się
zachowują i z czym mogą wchodzić w reakcje. Według filozoteizmu (mojego narzędzia
badawczego) niebyty (funkcjonały) emocji nie mają podłoża (substancji), a mogą
różnić się przymiotami, jak np. dobra i zła. Tak w świecie subatomowym kwarki
(które są osobliwymi bytami) są podobne. To podobieństwo sugeruje, że świat
materialny koreluje ze światem niebytu. A to stanowi krok do poznawania
przestrzeni nadprzyrodzonej. Przychodzi mi na myśl analogia do teorii
dynamicznej istnienia, która mówi, że istnieje «coś», co nie ujawnia się swoją
bytowością (substancją), ale ujawnia się swoim
działaniem (emocją)
Świat kwantowy ujawnia niesamowitą
koncepcję Stwórcy, że Świat jest dualistyczny w swojej naturze: materialny i
emocjonalny (duchowy).
W fizyce mówi się, że są byty
punktowe, ale zróżnicowane pod względem kwantowych właściwości. Nie muszą mieć
wnętrza, żeby być «inne». Teoria strun sugeruje, że być może kwarki to tylko
różne stany drgające tych samych „strun” — a więc mają głębsze pochodzenie.
Kwarki budują większe cząstki
protony i neutrony zwane barionami, które jednocześnie należą do większej grupy
cząstek zwanych hadronami. Do hadronów należą:
- Proton (\(uud\)) –
stabilny, występuje w jądrze atomowym
- Neutron (\(udd\)) –
niestabilny poza jądrem, ale stabilny w jądrze
- Lambda
(\(\Lambda^0\)) – (\(uds\)) – zawiera dziwny kwark
- Sigma
(\(\Sigma^+\), \(\Sigma^0\), \(\Sigma^-\)) – też z kwarkiem dziwnym
- Xi (\(\Xi^0\),
\(\Xi^-\)) – zawiera dwa dziwne kwarki
- Omega minus
(\(\Omega^-\)) – (\(sss\)) – same kwarki dziwne
- Delta bariony (\(\Delta^{++}\), \(\Delta^+\), itd.) –
wzbudzone stany nukleonów
oraz mezony (kwark_antykwark, w tym:
- Piony (\(\pi^+\),
\(\pi^0\), \(\pi^-\)) – lekkie, biorą udział w siłach jądrowych
- Kaony (\(K^+\),
\(K^0\), \(K^-\), \(\overline{K}^0\)) – zawierają kwark dziwny
- Eta (\(\eta\),
\(\eta'\)) – neutralne mezony o bardziej złożonej strukturze
- D-mezony (\(D^0\),
\(D^+\), itd.) – zawierają kwark powabny (charm)
- B-mezony (\(B^0\),
\(B^+\), itd.) – zawierają kwark piękny (bottom)
- Mezon J/ψ – zawiera
charm i anti-charm (cząstka odkryta w 1974)
Kwarki, jako cząstki o punktowej
wielkości, są niezwykle trudne do wyobrażenia. Podobny problem pojawia się w
przypadku fotonów – także one wymykają się ludzkiej intuicyjnej wizualizacji.
To że coś jest punktowe nie znaczy, że jest nierealne. Nauka przypisuje im
opisy (modele) matematyczne. Nie pokazuje jak wyglądają, ale co robią i jak się
zachowują. Polaryzacja fotonów, spin, czy ładunek kolorowy kwarków – to
abstrakcyjne właściwości, które mają znaczenie fizyczne, ale trudno przypisać
im analogię w świecie zmysłów. Ich istnienie potwierdzają liczne eksperymenty,
choć nie da się ich «zobaczyć» bezpośrednio. W fizyce cząstek realność to
kwestia empirycznego potwierdzenia zachowania, a nie wyglądu. Np. kwarki są
odpowiedzialne za strukturę protonów i neutronów, ale nigdy nie występują
samodzielnie (tzw. «konfinacja kwarków»). Foton z kolei jest pośrednikiem
oddziaływania elektromagnetycznego – jego efekty widzimy dosłownie wszędzie.
Wyobrażenie sobie kwarków i fotonów
jako «czegoś» jest trudne, bo ich natura wykracza poza ludzkie codzienne
doświadczenia. Ale to nie przeszkadza fizykom w ich badaniach – dzięki
matematyce, eksperymentom i teoriom naukowych fizycy potrafią bardzo dokładnie
przewidywać ich zachowanie, a to jest ważniejsze niż obrazowanie.
Świat subatomowy odsłania
rzeczywistość, której nie widać gołym okiem, gdzie obowiązują inne reguły niż w
makroświecie. U mnie wzbudza wrażenie «magii» czy «tajemnicy», które można
porównać z wymiarem duchowym czy nadprzyrodzonym. Zjawiska takie jak
superpozycja, splątanie kwantowe czy dualizm korpuskularno-falowy są trudne do
pojęcia i zdają się przeczyć zdrowemu rozsądkowi. Dla wielu ludzi to granica,
za którą fizyka styka się z metafizyką.
Świat subatomowy
wskazuje na istnienie głębszego porządku rzeczy, ukrytego sensu lub intencji –
a to już krok w stronę duchowości czy teologii. Niewidzialna materia jest echem
czegoś jeszcze bardziej ukrytego, ale równie realnego.