A CERN-ben részecskefizikával foglalkoznak. Aha... de mi is az a részecske? Azt hiszed, tudod? El tudod képzelni? Naiv vagy amúgy, ha igennel válaszoltál - de meg kell próbálni.

Ez a post egy szubjektív vizualizációs kísérlet lesz. A benne szereplő objektumok talán nem léteznek, de ez most lényegtelen. Nézzük meg akkor, hogy lehet leképezni a részecskék kvantumvilágát pár hétköznapi fogalomra!

Amikor atomokról, részecskékről beszélünk, akkor mindig kiragadunk egy aspektust, egy vizuális szamárvezetőt, és az adott problémát úgy próbáljuk szavakba önteni. Az atom egyes tulajdonságait kiválóan el tudjuk magyarázni, ha az atomot mini bolygórendszernek tekintjük, a mag körül elektronok keringenek, és nagyvonalúan elfelejtkezünk e kép nyilvánvaló fizikai problámáitól. Színképek magyarázatára, mindennapi spektroszkópiára ez kiváló. De tekinthetjük az atomot egy réteges "légkörrel" rendelkező bolygónak, ahol a légkör neve "elektronfelhő". Kémiában máris jók vagyunk. És folytathatnánk.

Ami a CERN kutatások elképzelése szempontjából talán lényeges lehet, az a vízzel teli medence. Ha beledobunk egy kavicsot, akkor a becsapódás helyétől hullámok futnak szét minden irányba. Ugyanis a víz szomszédos "részei" össze vannak egymással lazán kötve, így a kő zavara megzavarja a szomszéd részeket, a zavar tehát terjedni kezd. Ez a zavar a hullám. A zavart minden irányban átveszik a víz részei, megosztoznak a zavaron, így az eredeti zavar lassan szétoszlik a teljes medencében, végül elül.

Mi van még egy medencében? Jobb esetben ki van világítva. Ha emlékszünk, akkor a fény is hullám... Tehát a medencében végül is egyszerre két dolog van, ami hullámzik. Egymástól függetlenül: a kavics vízhullámai nem befolyásolják a fény hullámait, és hiába világítunk rá egy hullámra, az ugyanúgy elsodor. Ha pedig telefonálunk a víz alatt, akkor máris vannak rádióhullámaink is, ez már három. Egyszerre jelen vannak, egy térfogatot foglalnak el, nem zavarják egymást.

Képzeljük hát el akkor a világegyetemet így: egy baromi nagy medence, benne sok "közeg" egyszerre, amik képesek hullámozni. Nevezzük ezt vákuumnak. Igen, fizikusok most megfogják a fejüket és kioktatnak éterről, stb: még ne tegyék. Most vizualizálunk ugyanis.

Ennek a medencének bizonyos különböző közegei azonban képesek megzavarni egymás hullámait! És itt kezdődik a világegyetem léte mögötti trükk.

Ezeket a közegeket pedig nevezzük "terek"-nek. A fizika jelenlegi állása szerint ugyanis a részecskék nem mások, mint ezekben a terekben keltett zavarok (hullámok). Minden részecskefajtához tartozik egy tér: van elektrontér, vannak kvarkterek, van fotontér, és ha minden igaz, van Higgs tér - és folytathatnánk. Az elektronok pl. nem mások, mint az elektrontér össze-vissza futkározó zavarai. Tehát: egy elektrontér, és rengeteg kis "kavics", ami az idők kezdetekor beleesett a "vízbe". Vallásosaknak talán felfogható úgy is, hogy Isten így teremtette a világot: egy marék kavicsot szórt a vízbe.

Amikor detektálunk egy új részecskét, akkor az azt jelenti, hogy kimutattuk egy új tér, egy új "közeg" létét a mi nagy medencénkben, mégpedig úgy, hogy megpróbáltunk "kavicsot" dobni bele, és néztük, keletkezett-e zavar. A kavicsdobás ekvivalens a részecske ütköztetéssel. Nos, egyes "közegek" könnyen hullámoznak, mint a viz (foton), mások kb annyira, mint a beton (Higgs). Nyilvánvaló, hogy ha betont akarunk hullámoztatni, akkor kissé erősebben kell nekicsapni azt a kavicsot, de az a legjobb, ha egyből veszünk egy sziklát (részecskét gyorsítunk nagy energiára...).

De hogy képzeljük el azt a zavart? Mert a víz hullámai előbb-utóbb eltűnnek, szétfolynak, a dolgok körülöttünk meg ezt nem csinálják. Mit csináljunk, ha nem akarjuk, hogy a zavar szétterjedjen? Hát pl. tegyük a vizet csőbe. Akkor a zavar csak egy irányba terjed, és a cső mentén szépen végig megy, nem oszlik szét (szőrszálhasogatóknak: tudom...). Vagy kényszerítsük az elektromágneses hullámot egy vezetékbe: akkor a zavar a vezetékben megy szépen végig (szőrszálhasogatóknak: igen, ezeket is tudom...). Tehát olyan ez a mi kis medencénk, mintha be lenne hálózva vékony kis csövekkel, és abban lenne csak víz. Ha kavicsot dobunk egy csőbe, akkor a keletkezett zavar (részecske) addig megy, amíg nem talál egy elágazást, ekkor esetleg kettéválik két kisebb energiájú zavarra (részecske bomlás), de az is lehet, hogy egy elágazásból egyszerre jön két zavar, találkoznak, és együtt haladnak tovább: alkotnak mondjuk egy atomot. Amikor tehát apró, ágas-bogas csövekbe öntjük a medencénk vizét, akkor azt a fizikában úgy hívjuk, hogy a medence vizét (a teret) kvantáljuk, az eredmény egy kvantum medence (kvantumtér).

Hogy mi az a "csőhálózat", miért olyan, stb. - ez e fizika egyik legizgalmasabb területe: vákuum (a "semmi") bonyolultságának a kutatása. És hogy jön be a képbe a kvantumtér, a zavar, a hullám, mint részecskék modellje? Egyszerűen úgy, hogy ezekkel a fogalmakkal sikerült legjobban megragadni a lényeget eddig, és ebben a kontextusban sikerült a legtöbb, bevált tudományos jóslatot megalkotni, ezekre alapozva pedig egész sikeres kis cuccokat alkottak a mérnökök. Tehát csak van valami mögötte...

Még egyszer akkor: ebben a postban vizualizáltunk. Megpróbáltuk elképzelni a részecskéket mint kis, terjedő zavarokat (hullámokat) egy víztartályban, amit kvantáltunk ("csövekbe kényszerítettünk"). A kép bár lehet "költői", mégis van mögötte valami furcsa fizikai valóság, amit még nem nagyon sikerült elképzelnünk.

Innen tudunk akkor a további post-okban építkezni :)