Οι αμερικανοί επιστήμονες Ντέιβιντ Γκρος (πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας), Ντέιβιντ Πόλιτζερ (Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνιας) και Φρανκ Ουίλτσεκ (ΜΙΤ), θα μοιραστούν τα 10 εκατομμύρια σουηδικές κορώνες που συνοδεύουν το Νόμπελ Φυσικής, γιατί κατάφεραν να εξηγήσουν πως τα βασικά δομικά στοιχεία της φύσης, τα κουάρκ, αλληλεπιδρούν για να κάνουν ένα νόμισμα να στριφογυρίζει, αλλά και ολόκληρο το σύμπαν να λειτουργεί.

Η Σουηδική Βασιλική Ακαδημία στην ανακοίνωσή της επισημαίνει ότι οι έρευνες των τριών επιστημόνων «έφεραν τη Φυσική ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματοποίηση ενός μεγάλου ονείρου: να διατυπωθεί μια ενοποιημένη θεωρία, που θα συμπεριλαμβάνει και τη βαρύτητα, για το κάθε τι, μία θεωρία για όλα».

Οι τρεις φυσικοί εξέτασαν την «ισχυρή δύναμη» που ενεργοποιείται ανάμεσα στα κουάρκ μέσα στο πρωτόνιο και το νετρόνιο σε έναν ατομικό πυρήνα και δημιούργησαν ένα μοντέλο για το πως γεννήθηκε το σύμπαν, πως λειτουργεί και πως τελικά θα πεθάνει.

Τη δεκαετία του '70, οι τρεις επιστήμονες διατύπωσαν μια θεωρία για το «χρώμα», όπως βάπτισαν τη δύναμη που συγκρατεί ενωμένα τα κουαρκ.

Τα κουάρκ ήταν κόκκινα, πράσινα ή μπλε, και όπως τα ηλεκτρικά αντίθετα φορτισμένα σωματίδια έλκονται, έτσι και ανάλογοι συνδυασμοί «χρωματιστών» κουάρκ αποδίδουν σταθερές ενότητες.

Επίσης, κατάφεραν να εξηγήσουν γιατί τα κουάρκ διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες, αλλά και γιατί η δύναμη, που αναπτύσσεται μεταξύ τους, είναι τόσο ισχυρή, ώστε δεν επιτρέπει ποτέ τον διαχωρισμό τους. Τα κουάρκ δεν μπορούν να βρεθούν απομονωμένα επειδή η δύναμη του φορτίου χρώματος αυξάνεται καθώς απομακρύνονται. Κάθε δε προσπάθεια να εισχωρήσουμε στο νετρόνιο με ισχυρές κρούσεις, έχει σαν αποτέλεσμα τα κουάρκ να «συγκολλούνται» ακόμη περισσότερο.

«Tα σωματίδια του Θεού»

Στις αρχές της δεκαετίας του '30 οι φυσικοί νόμιζαν ότι είχαν ανακαλύψει όλο τον ατομικό κόσμο. Τα πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια καθώς και μερικά ακόμη σωματίδια που είχαν βρει έδιναν την εικόνα ενός τακτοποιημένου, οργανωμένου σχεδίου.

Τριάντα χρόνια αργότερα, βρέθηκαν με περίπου 200 σωματίδια, που προσπαθούσαν να τα κατατάξουν σε ομάδες, αλλά και να βρουν μοντέλα που θα μας έλεγαν πως αλληλεπιδρούν μεταξύ τους τα θεμελιώδη δομικά υλικά του σύμπαντος.

Ετσι τα είχαν χωρίσει:

Πρώτον στα αδρόνια, που είναι όλα τα σωμάτια που αναπτύσσουν τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Τα αδρόνια χωρίζονται στα μεσόνια (που όλα είναι μποζόνια) και στα βαρυόνια (που όλα είναι φερμιόνια).

Δεύτερον στα λεπτόνια που είναι όλα φερμιόνια και που συμμετέχουν σε ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις.

Tρίτον στα μποζόνια βαθμίδας, που είναι οι φορείς της ηλεκτρασθενούς δύναμης.

Και τέταρτον στα γκλουόνια (από την ελληνική λέξη γλοιόνια-κολλώδη), που είναι οι φορείς της ισχυρής πυρηνικής δύναμης.

Την εποχή όμως αυτή, η εισαγωγή των κουάρκ έφερε τέτοια πρόοδο στην Ατομική Φυσική που συγκρίνεται με αυτήν της ανακάλυψης του πυρήνα, το 1911, από τον Rutherford.

Οι φυσικοί Murray Gell-Mann (Αμερικανός) και Yuvai Ne'enan (Ισραηλινός), το 1961, με το σκεπτικό ότι στη φύση υπάρχει μία κρυμμένη συμμετρία, μια κρυμμένη απλότητα, έφτιαξαν δύο διαγράμματα, αρχικά, στα οποία τοποθέτησαν οκτώ μεσόνια και οκτώ βαρυόνια αντιστοίχως. Αυτά τα διαγράμματα τα ονόμασαν Eightfold Way (Οκταπλός Δρόμος) που είναι γνωστό και ως SU(3) (Special Unitary 3 διαστάσεων). Το όνομα αυτό λέγεται ότι το πήραν από μια αποφθεγματική ρήση του Βούδα: «Το Αριγιανό Οκταπλό Μονοπάτι».

Στο οκταπλό αυτό σχήμα υπήρχαν σωματίδια άγνωστα την εποχή εκείνη, με γνωστούς όμως κβαντικούς αριθμούς, που αργότερα ανακαλύφθηκαν επιβεβαιώνοντας το μοντέλο του Οκταπλού Δρόμου.

Ο ρόλος που έπαιξε η συμμετρία ταξινόμησης μοναδιαίου χαρακτήρα SU(3) οδήγησε τον Gell-Mann το 1964, στην εισαγωγή της ιδέας των quarks (τον όρο δανείστηκε από μια αινιγματική πρόταση στο έργο Finnegans Wake του Ιρλανδού συγγραφέα James Joyce: "Three quarks for Muster Mark") για να δώσει την έννοια των πιο στοιχειωδών σωματιδίων, των έσχατων δομικών λίθων.

Ορολογία

* Τα κουάρκ, τα λεπτόνια (το πιό γνωστό λεπτόνιο είναι το ηλεκτρόνιο), καθώς και τα περισσότερα σύνθετα σωματίδια, όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια, είναι φερμιόνια.

* Ολα τα σωματίδια που είναι φορείς των δυνάμεων είναι μποζόνια, καθώς και κάθε σύνθετο σωματίδιο με άρτιο αριθμό φερμιονίων (για παράδειγμα τα μεσόνια).

* Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από κουάρκ (quark). Τα κουάρκ παρουσιάζονται σε δύο είδη: το άνω (up) κουάρκ και το κάτω (down) κουάρκ. Τα κουάρκ είναι ηλεκτρικά φορτισμένα: το άνω έχει φορτίο +2/3 (σε μονάδες του φορτίου του ηλεκτρονίου που θεωρούμε ότι εχει φορτίο -1), ενώ το κάτω κουάρκ έχει φορτίο -1/3. Το πρωτόνιο αποτελείται από 2 άνω κουάρκ και 1 κάτω κουάρκ, ενώ το νετρόνιο από 2 κάτω κουάρκ και 1 άνω κουάρκ.

* Σε γενικές γραμμές, με το άνω και το κάτω κουάρκ, το ηλεκτρόνιο και ένα παράξενο σωματίδιο, το νετρίνο (ουδέτερο ηλεκτρικά σωματίδιο με εκπληκτικά μικρή μάζα, προϊόν της διάσπασης του νετρονίου) μπορούμε να περιγράψουμε το σύμπαν ολόκληρο.

Πηγή: http://www.physics4u.gr