U EKSKLUZIVNOM serijalu u četiri nastavka jedan od najuglednijih hrvatskih fizičara, Goran Senjanović, za čitatelje Indexa ispričat će svoju osobnu i znanstvenu priču o nastanku Standardnog modela – temeljne teorije moderne fizike čestica. Kao ključni sudionik u razvoju velikih ideja o njemu, Senjanović je ostavio dubok trag u svjetskoj znanosti. Nedavno je predložen za prestižnu chair poziciju na Sveučilištu u Splitu. Ovo je drugi dio njegove priče iz prve ruke – o fizici, idejama i borbi za znanstvenu istinu.

>> Prvi dio pročitajte ovdje

2. Rađanje Standardnog Modela elektroslabe sile i moje odrastanje

Pandorina kutija bila je otvorena i samo godinu dana kasnije Robert Marshak, američki fizičar ruskog podrijetla, i njegov indijski doktorand George Sudarshan pokazali su da slaba sila djeluje samo na lijeve čestice, uključujući kvarkove - čime su postavili pozornicu za pojavu veličanstvene teorije elektroslabog ujedinjenja.

Otprilike u isto vrijeme, vjerojatno pod njihovim utjecajem, dva diva fizike, Murray Gell-Mann i Richard Feynman, osmislili su sličnu teoriju, iako manje potpunu. Nobelova nagrada može se dodijeliti samo trima osobama za isto otkriće, Marshak i Sudarshan bivaju uskraćeni, velika nepravda. S Marshakom sam s vremenom postao blizak i u jednom razdoblju me skoro nagovorio da postanemo kolege - no moram se vratiti izvornoj priči.

Dječačko otrkiće zrcaljenja i matematike

Spavaća soba mojih roditelja imala je veliko ogledalo i otprilike u vrijeme kada su Lee i Yang potresali svijet fizike, kao mališan sam otkrio nešto čarobno: u ogledalu se lijevo pretvara u desno i obrnuto. Bio sam fasciniran tom činjenicom i zatekao bih se često kako gledam u ogledalo u strahopoštovanju prema tom čudnom fenomenu.

Nisam ni slutio da je pitanje simetrije lijevo-desno jedno od središnjih, ako ne i središnje, u svijetu elementarnih čestica. Nesvjestan da će Lee i Yang igrati važnu ulogu u mom životu, kako kroz njihov rad tako i osobno, prvi kao česti posjetitelj Nacionalnog laboratorija Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) na Long Islandu, gdje ću raditi niz godina, a drugi kao voditelj grupe na Sveučilištu Stony Brook, sestrinskoj instituciji s kojom smo imali zajedničke seminare, ručkove, diskusije.

Bio sam hiperaktivno, nemirno dijete koje se zanimalo samo za igranje uličnog nogometa u četvrti Bačvice u Splitu i neumorno, strastveno čitanje kada nisam igrao. Matematika i fizika ući će u moj život godinama kasnije u Zagrebu pukim slučajem, kada je jednog proljetnog poslijepodneva moj stariji brat Pavle ostavio na stolu zbornik matematičkih problema.

Bacio sam pogled dok sam se spremao za uobičajeno igranje nogometa i bio očaran. Otkrio sam magiju, svijet beskrajnog bogatstva i mira. Na kraju dana sam znao da bih "umro" bez toga i u mjesecima koji su uslijedili živio sam samo za sate buljenja u bijele listove papira, da ih ispunim matematičkim formulama. Nikada se nisam osvrnuo, radeći isto do danas - ta beskrajna radost odvela me 1973. u New York da naučim zanat na City College of New York, ili CCNY.

Važnost chair pozicije

Slijedio sam stope brata kojeg je osobno pozvao isti Bob Marshak kada je postao rektor CCNY-a nekoliko godina prije i transformirao osrednje sveučilište u vrhunski međunarodni centar znanosti, dovodeći svjetske fizičare kroz prestižne, tzv. Chair pozicije. Marshak je znao jednostavnu, ali duboku tajnu izgradnje velike znanosti: dovedite najbolje i postat ćete najbolji. Vjerovao je iznad svega u internacionalizam u znanosti i bio je glavna figura pri dovođenju stranih znanstvenika u SAD.

U njegovu nastupu bilo je velike skromnosti. Ja, potpuno nepoznati 23-godišnjak, sletio sam u NYC jedne srijede te jeseni, da bih već iduće nedjelje bio gost, zajedno s bratom, na ručku u njegovoj kući. Nadam se da čitatelj može zamisliti što mi je značilo da me ugosti rektor i veliki fizičar - do tada mi se nikada osobno nije obratio nijedan profesor u Jugoslaviji.

Važno je napomenuti da je sve krenulo s mojim bratom. Pavle je bio briljantan kao nitko koga sam upoznao u životu, a radio sam i družio se s velikanima fizike o kojima pišem ovdje. Prošlo je 40 godina od njegove smrti, nedostaje mi i danas, možda više nego ikada.

Marshak je čuo o njemu kao genijalnom studentu u Beogradu gdje smo tada živjeli i pozvao ga na CCNY, s obećanjem da će se osobno brinuti o njemu. A kad sam i sâm stigao, otkrio sam da Marshak, jedan od najvećih svjetskih fizičara elementarnih čestica, doživljava mog brata kao genija - to mi je dalo ogroman polet i vjeru da možda i ja mogu postići nešto posebno.

Problem simetrije

I tako sam krenuo na neizvjestan put da postanem fizičar. Otprilike godinu dana kasnije saznao sam da je moje buljenje u ogledalo kao djeteta imalo duboko značenje - pitanje simetrije lijevo-desno bilo je u samim temeljima fizike.

Steven Weinberg

U to vrijeme postalo je jasno da su osnove ujedinjene teorije elektromagnetskih i slabih interakcija, današnjeg Standardnog modela, već bile postavljene. Teoriju su neovisno razvili dva Amerikanca, Sheldon Glashow i Steven Weinberg, te Pakistanac Abdus Salam.

Godine 1979. podijelili su Nobelovu nagradu, no njihov rad transcendira samu nagradu - ona je važna upravo zbog dobitnika kao što su oni. Njih trojica su oblikovali moje razumijevanje fizike i moj stil istraživanja, a Salam je duboko utjecao na moj život - on je bio taj koji me potaknuo da provedem 30 godina svog života u Trstu gdje je šezdesetih godina osnovao Međunarodni centar za teorijsku fiziku, ili ICTP (International Centre for Theoretical Physics), danas poznat u cijelom svijetu.

ICTP je pokrenuo prvi stvarni internacionalizam u znanosti koji će kasnije slijediti SAD i Europa - u svojoj velikoj viziji Salam je ujedinio sve kontinente pod istim krovom na periferiji Trsta, uz prekrasan dvorac Miramare. Ispostavilo se da je Marshak odigrao ključnu ulogu u ovom pothvatu, kao jedna od glavnih figura u odabiru mjesta za institut i pomaganju da se pokrene - jedan internacionalist pomaže drugome. Veliki napredak obično proizlazi iz velikih suradnji.

Glashow i 'propali projekt'

Sheldon Glashow

Sve je počelo sa znamenitim radom Glashowa iz 1961. godine, kada je bio mladi postdoktorski istraživač na Institutu Nielsa Bohra u Kopenhagenu, samo četiri godine nakon što su Marshak i Sudarshan pokazali da je slaba sila ljevoruka. Godinu dana prije doktorirao je na Harvardu pod vodstvom Juliana Schwingera, jednog od očeva Kvantne elektrodinamike ili QED, preteče moderne fizike čestica. Schwinger je bio magnet za doktorande, obratilo mu se 11 njih iz iste generacije da ih mentorira.

Glashow se pojavio kao zadnji, a Schwinger je, kako se ispostavilo, imao samo 10 projekata. Polušaljivo mu je predložio da revolucionira fiziku ujedinjavanjem slabe i elektromagnetske interakcije. Glashow ga je shvatio ozbiljno i sljedeće tri godine trudio se osmisliti teoriju u skladu s QED-om.

Teorija je zahtijevala posrednika slabe sile, W bozon, koji nosi naboj 1 i njegovu antičesticu s nabojem -1. Projekt je propao, ali kao što Glashow kaže u šali u svojoj autobiografiji, barem je uspio uvjeriti Schwingera da mu dodijeli doktorat. Čak tvrdi da su njih dvojica tada odlučili objaviti taj neuspjeh - napisali su rad, ali su na kraju izgubili rukopis, nevjerojatno.

Abdus Salam

Rođenje teorije elektroslabe sile

Možda i bolje, jer da ga je objavio, Glashow bi rad vjerojatno zaboravio i prešao na druge projekte. Ovako ga je ideja nastavila proganjati i on će ubrzo osmisliti ispravnu teoriju, koja je zahtijevala promjenu paradigme fizike tog vremena, uvodeći novu slabu silu i njezina posrednika, nazvanog Z bozon, sličnog W, ali bez naboja.

Ostalo je gotovo povijest - elektromagnetska i slaba sila sada su ujedinjene u ono što zovemo elektroslabom silom. Kažem gotovo, jer su W i Z bozoni, za razliku od fotona, masivne čestice, oko 100 puta masivnije od protona koji daje masu vama i meni. Glashow nije znao kako to postići u teoriji, a da ne pokvari bezmasenost fotona.

Foton (gama) kao glasnik elektromagnetne sile među elektronima