Halo semuanya, hari ini kami telah menyerahkan buku karya
Frank Wilcek ke percetakan, yang mempelajari latar belakang ide-ide fisik terkini tentang massa, energi, dan sifat dari ruang hampa udara. Penulis, peraih Nobel dalam bidang fisika, mengemukakan pandangan modern tentang Alam Semesta kita yang luar biasa dan memprediksi zaman keemasan baru ilmu fisika fundamental. Sebuah kisah luar biasa tentang kesatuan materi dan energi, tentang partikel-partikel elementer dan interaksinya - ini adalah karya sastra ilmiah populer yang serius.
Di sini kami menerbitkan kutipan dari buku "Fermi Dragons"
Sejak awal sudah jelas bahwa yang lain, pasukan baru menguasai dunia nuklir. Kekuatan klasik fisika nuklir adalah gravitasi dan elektromagnetisme. Namun, gaya tolak bertindak dalam nuklei: nukleus memiliki muatan positif yang sama, dan muatan yang sama tolak. Gaya gravitasi yang bekerja pada sejumlah kecil massa dalam nukleus tunggal mana pun terlalu lemah untuk mengatasi tolakan listrik. (Kita akan berbicara lebih banyak tentang kelemahan gravitasi di bagian kedua buku ini.) Diperlukan kekuatan baru. Dia menerima nama interaksi yang kuat. Agar inti tetap terhubung erat satu sama lain, interaksi yang kuat harus lebih kuat daripada yang sebelumnya diketahui.
Diperlukan upaya puluhan tahun oleh para peneliti dan kecanggihan para ahli teori untuk menemukan persamaan mendasar yang menggambarkan apa yang terjadi dalam inti atom. Yang mengejutkan, orang-orang pada umumnya berhasil menemukannya.
Kesulitan yang jelas adalah bahwa ukuran kecil dari inti atom mengganggu pengamatan persamaan ini dalam tindakan. Itu sekitar 100.000 kali lebih kecil dari atom itu sendiri. Ini membawa kita sejuta kali lebih jauh dari nanoteknologi. Nuclei termasuk dalam bidang mikronanoteknologi. Mencoba memanipulasi inti menggunakan instrumen makroskopis, seperti timbangan atau penjepit biasa, kami mendapatkan hasil yang lebih buruk daripada raksasa yang mencoba mengangkat sebutir pasir dengan sepasang menara Eiffel. Ini adalah tugas yang sulit. Untuk mempelajari dunia nuklir, penting untuk mengembangkan metode eksperimental yang sama sekali baru dan membuat jenis alat yang tidak biasa. Dalam bab berikutnya, kita akan mengunjungi nanomikroskop ultra-stroboskopik (dikenal sebagai Stanford Two Mile Linear Accelerator (SLAC)) dan stasiun penghancuran kreatif (dikenal sebagai collider Large Electron-Positron (LEP; di BEPK), di mana penemuan itu dibuat
Kesulitan lain adalah bahwa mikronanoscosm, ternyata, mengikuti hukum yang sama sekali berbeda dari semua yang dipelajari sebelumnya. Sebelum memberi penghormatan kepada interaksi yang kuat, fisikawan harus meninggalkan cara berpikir alami seseorang dan menggantinya dengan ide-ide baru yang aneh. Kami akan memeriksa ide-ide ini secara lebih rinci dalam beberapa bab berikutnya. Mereka sangat aneh sehingga jika saya hanya memberikan mereka sebagai fakta, mereka tidak akan masuk akal bagi Anda *, namun, mereka seharusnya tidak terlihat seperti itu. Beberapa ide baru benar-benar berbeda dari semua yang diketahui sebelumnya. Mereka dapat bertentangan - dan mungkin benar-benar bertentangan! - apa yang kamu pelajari di sekolah. (Tergantung sekolah yang kamu hadiri dan kapan.) Dalam bab singkat ini, aku akan menjelaskan apa yang mendorong kita untuk melakukan revolusi. Bab ini berfungsi untuk menggabungkan konsep tradisional fisika nuklir, yang masih disajikan di sebagian besar buku teks fisika yang saya temui untuk siswa sekolah menengah dan mahasiswa baru, dengan pemahaman baru kami.
Pertarungan Naga
Penemuan James Chadwick tentang neutron pada tahun 1932 adalah peristiwa penting. Setelah penemuan Chadwick, jalan menuju pemahaman tampak sederhana. Tampaknya balok-balok pembangun inti itu ditemukan. Mereka adalah proton dan neutron, dua jenis partikel yang beratnya hampir sama (neutron lebih berat 0,2%) dan memiliki interaksi kuat yang serupa. Perbedaan yang paling jelas antara proton dan neutron adalah bahwa proton memiliki muatan listrik positif, dan neutron netral secara listrik. Selain itu, neutron yang diisolasi tidak stabil. Periode keberadaannya adalah sekitar 15 menit, setelah itu neutron berubah menjadi proton (dan pada saat yang sama sebuah elektron dan antineutrino juga muncul). Hanya dengan menambahkan proton dan neutron bersama-sama, Anda dapat membuat model inti dengan muatan dan massa berbeda yang secara kasar sesuai dengan parameter serupa dari inti yang diketahui.
Tampaknya memahami dan menyempurnakan model ini hanya masalah mengukur kekuatan yang bekerja pada proton dan neutron. Kekuatan-kekuatan ini akan menghalangi inti dari pembusukan. Persamaan yang menggambarkan kekuatan-kekuatan ini akan menjadi teori interaksi yang kuat. Memecahkan persamaan dari teori ini, kita bisa mengujinya dan membuat prediksi. Dengan demikian, kita akan menulis bab singkat baru yang disebut "fisika nuklir", gagasan sentral yang akan menjadi "kekuatan nuklir", dijelaskan oleh persamaan sederhana dan elegan.
Program aksi semacam itu mengilhami para peneliti untuk mempelajari tabrakan proton dengan proton lain (neutron atau inti lainnya). Kami menyebut eksperimen semacam itu, di mana partikel-partikel bertabrakan dengan yang lain dan mempelajari apa yang terjadi, eksperimen yang tersebar. Idenya adalah bahwa dengan mempelajari defleksi proton dan neutron, atau, seperti yang kita katakan, hamburan, Anda dapat menentukan gaya apa yang bekerja pada mereka.
Strategi sederhana ini gagal total. Pertama, kekuatannya sangat kompleks. Ditemukan bahwa ia memiliki ketergantungan yang kompleks tidak hanya pada jarak antara partikel, tetapi juga pada kecepatan mereka dan arah putaran mereka. Segera menjadi jelas bahwa kita tidak akan dapat menemukan hukum yang sederhana dan indah untuk gaya ini, layak mendapat tempat bersama dengan hukum gravitasi Newton atau hukum Coulomb untuk listrik.
Kedua, yang lebih buruk lagi, "kekuatan" bukanlah kekuatan. Ketika dua proton energik bertabrakan, bukan hanya defleksi mereka terjadi. Seringkali lebih dari dua partikel terbentuk sebagai akibatnya, yang belum tentu proton. Faktanya, dalam perjalanan percobaan hamburan energi tinggi oleh fisikawan, banyak spesies partikel baru yang ditemukan. Partikel-partikel baru, di mana puluhan telah ditemukan, tidak stabil, jadi kita biasanya tidak mengamatinya di alam. Namun, ketika mereka dipelajari secara rinci, ternyata sifat mereka yang lain, terutama interaksi dan ukuran yang kuat, mirip dengan parameter proton dan neutron yang serupa.
Setelah penemuan ini, menjadi tidak wajar untuk mempertimbangkan proton dan neutron sendiri atau untuk berpikir bahwa masalah utama adalah menentukan kekuatan yang menentukan interaksi mereka. Alih-alih, "fisika nuklir" dalam pengertian tradisional telah menjadi bagian dari subjek yang lebih besar, termasuk partikel yang selalu baru dan proses yang rumit dari penciptaan dan pembusukannya. Untuk menggambarkan "kebun binatang" baru partikel elementer, naga jenis baru ini, nama "hadron" diciptakan.
Hydra
Pengalaman dalam bidang kimia menyarankan kemungkinan untuk menjelaskan semua kesulitan ini. Mungkin proton, neutron, dan hadron lainnya bukanlah partikel elementer. Mungkin mereka terdiri dari objek yang lebih sederhana dengan properti yang lebih sederhana.
Bahkan, jika Anda melakukan percobaan yang sama pada atom dan molekul seperti pada proton dan neutron, mempelajari apa yang tersisa setelah tumbukan mereka, Anda juga akan mendapatkan hasil yang kompleks. Anda dapat mengatur ulang dan menguraikan molekul untuk mendapatkan spesies baru mereka (atau atom, ion, dan radikal yang tereksitasi), dengan kata lain, melakukan reaksi kimia. Hukum interaksi yang sederhana hanya mematuhi elektron dan inti. Atom dan molekul, yang terdiri dari banyak elektron dan inti, tidak tunduk padanya. Mungkinkah ada pola yang sama untuk proton, neutron, dan kerabat mereka yang baru ditemukan? Bisakah kerumitan mereka yang jelas dijelaskan oleh fakta bahwa mereka terdiri dari blok bangunan yang lebih kecil yang mematuhi hukum yang jauh lebih sederhana?
Memecah-mecah sesuatu bisa menjadi cara yang kasar, tetapi metode ini mungkin juga yang paling dapat diandalkan untuk mencari tahu dari apa itu terdiri. Jika dua atom bertabrakan cukup kuat, mereka akan membusuk menjadi elektron dan nukleus penyusunnya. Dengan demikian, balok-balok penyusunnya disusun.
Namun, pencarian blok bangunan yang lebih sederhana di dalam proton dan neutron telah menyebabkan kesulitan yang tidak biasa. Jika Anda benar-benar sangat bertabrakan dengan proton, Anda akan mendapatkan lebih banyak proton, kadang-kadang disertai oleh kerabat hadron mereka. Hasil khas dari tabrakan dua proton pada energi tinggi adalah munculnya tiga proton, sebuah antineutron, dan beberapa pi-meson. Massa total partikel yang dihasilkan melebihi massa aslinya. Kami membahas peluang ini sebelumnya, dan sekarang telah menyusul kami lagi. Alih-alih membuka blok bangunan yang lebih kecil dan lebih ringan, bergerak ke energi yang semakin tinggi dan menghasilkan tabrakan yang semakin kuat, Anda justru menemukan lebih banyak yang sama. Tren penyederhanaan tidak diamati. Itu sama seperti jika Anda menyatukan dua apel dari varietas yang sama dan mendapat tiga apel dari varietas yang sama, satu apel dari varietas lain, melon, selusin ceri, dan beberapa zucchini.
Naga Fermi telah menjadi mimpi buruk hydra dari sebuah mitos. Potong kepala hydra dan beberapa yang baru akan muncul di tempatnya.
Ada blok bangunan yang lebih sederhana. Namun, "kesederhanaan" fundamental mereka menyiratkan perilaku aneh dan paradoks yang membuat keduanya revolusioner untuk teori dan sulit dipahami selama percobaan. Untuk memahami atau bahkan memahami mereka, kita harus memulai dari awal lagi.
»Informasi lebih lanjut tentang buku ini dapat ditemukan di
situs web penerbit»
Isi»
KutipanUntuk pembaca blog ini, diskon 20% untuk kupon -
Vilcek