W poszukiwaniu straconej symetrii*

Transkrypt

1 W poszukiwaniu straconej symetrii* cern, listopad *M. Proust -A la recherche du temps perdu Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 1

2 Czym jest symetria? Tetraktys (V wiek p.n.e) Symetria jest harmonijną zgodności cią częś ęści obiektu i harmonijną współzale zależnością między członami poszczególnych częś ęści a całości cią obiektu (anal ogi a) ( Witruwiusz I wiek p.n.e ) Harmonia nie jest nieobecności cią ale równowagą sprzeczności ci ( Architas I wiek p.n.e ) Tetraktys jest figurą symboliczną określaj lającą relacje miedzy liczbami i przestrzenią. Jeśli cyfra jest istotą wszechświata, wiata, w tetraktysie odzwierciedla się cala jego mądrom drość. (Pitagoras) Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 2

3 Cyfry język wyrażania ania symetrii Wszystkie rzeczy, jakie znamy maja cyfre: bez cyfry nie byłoby możliwe poznanie, ani pomyślenie czegokolwiek (Filolaos V wiek p.n.e) Witruwiusz twarz powinna stanowić 1/10 całej długosci ciała, głowa 1/8, tors 1/4 Poliklet proporcja głowy do torsu jest taka jak torsu do nóg (proporcja i eurytmia dostosowanie proporcji do sposobu widzenia) Lasos, Hipas Lasos, Hipas symetria w muzyce pierwsze wyrażenie akordów muzycznych poprzez stosunki cyfr. Komentarze: niezmienniczość skalowania, układ odniesienia, antropomorfism Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 3

4 Uderzający brak symetrii w codziennych obserwacjach Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 4

5 Architektura Widzimy cześciej: niż Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 5

6 Polityka Mamy doczynnienia częściej z asymetrycznym układem niż z układem co nieco bardziej symetrycznym POPIS w łamaniu symerii Przpomnienie: Przpomnienie: Harmonia nie jest brakiem sprzeczności lecz ich równowagą Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 6

7 Internet Dwudziestosześcioletni Łukasz, niesłusznie posądzony o napad na starszą kobietę, trafia do aresztu śledczego k - 1 Mar 2006 Symetria.pl - agencja e-biznes i dom mediowy k - 1 Mar 2006 Gwiazdka radości - symetria i geometria - płaskie origami z trójkąta ta. Temat: Gwiazdka radości symetria i geometria płaskie origami z trójkąta ta...eduseek.interklasa.pl/artykuly/artykul/ida/1928/ - 33k symetria Słownik wyrazów obcych Władysławaawa Kopalińskiego on-line. / 63aa046d0c5b7e a0078a396.php - 7k Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 7

8 Świecąca materia we wszechświecie od skali parsekó w parseków do skali mega-parsekó mega-parseków Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 8

9 Mapa w częstotliwościach radiowych Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 9

10 Horyzontalna/wertykalna symetria przestrzeni w jawnej sprzeczności ci z wynikami eksperymentu Aparatura naukowa do badania łamania symetrii horyzontalno/wertykalnej: Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 10

11 Symetrie w otaczającym cym nas świecie są łamane lub ukryte Jednym z celów w fizyki, podobnie jak sztuki, jest poszukiwanie straconych (ukrytych) symetrii Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 11

12 Metoda poszukiwań fizyków XX wieku wynikająca z ich ruchowego i pamięciowego minimalizmu Minimalizm ruchowy: Poszukiwanie takich reguł, które możemy użyc do opisu materialnego świata niezależnie od: czasu obserwacji sposobu poruszania się obserwatora, miejsca obserwacji, jego wewnętrznego stanu (cech-owania) Minimalizm pamięciowy ciowy: precyzyjny opis świata materialnego przy pomocy minimalnej liczby arbitralnych parametrów (ekonomia kwantowa mikroświata wiata) Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 12

13 Program Pitagorasa w epoce Kopernika i w XX wieku kakofonia sfer niebieskich i muzyka kwantowa Zerowe prawo Keplera: Orbity 6 planet są okręgami na sferach naprzemian wpisanych i opisanych na pięciu regularnych bryłach (hipoteza wykluczona szybko przez pomiary Tycho Brahe) Statyczny (poczatkowy) stan układu słonecznego jest przypadkowy - tylko jego dynamika jest deterministyczna Prawa mechaniki kwantowej: Kwantowe pole - matryca produkujaca identyczne kopie materii wbudzen pola. (Kwantowość umozliwia realizację programu Pitagorasa muzyki prozni kwantowej ) W kwantowym świecie nie ma dowolności budowy materii - struktury materii są zdeterminowane kwantowościa materii to ich dynamika jest kwantowo przypadkowa Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 13

14 Symetria elementarnych elementów budowy materii Pitagorejski tetraktys XX wieku Lewo-skrętne cegiełki Prawo-skrętne cegiełki -Ukryty kolor -Złamana symertria prawo-lewo -Gdzie są prawoskrętne neutrina? Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 14

15 Cyfry tetraktysu cząstek elementarnych Elementarne wzbudzenia pola kwantowego materii Y s z i f i c i l i Y 1 liczba naturalna opisująca spin 4 liczby naturalne opisujące wewnętrzne stopnie swobody Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 15

16 Symetrie wprowadzają analogie miedzy takimi zbiorami cyfr, które nie zmieniają wyników obserwacji (pomiarów) i y i l i f i c...język matematyczny określający jak obracać Y Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 16

17 i analogie miedzy polami kwantowymi Y a,y b, Y c aby obserwacje (pomiary) wykonywane w różnych układach odniesienia dały y ten sam wynik Obserwator A Obserwator B Obserwator C Y a( x,y,z,t,s z,i f,i c,i L,i Y ) Y b (x,y,z,t,s,s z,i f,i c,i L,i Y ) Y c (x,y,z,t,s,s z,i f,i c,i L,i Y )...matematyczny przepis jak transformować Y dla róznych obserwatorów Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 17

18 Dlaczego symetrie są tak ważne w fizyce mikroświata wiata? Kwantowy determinizm: W mikroświecie symetrie określaj lają prawie jednoznacznie sposób b oddziaływan ywania materii (tylko stałe e sprzęż ężenia pozostają arbitralne) Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 18

19 Symetrie i oddziaływania cząstek prawie cud: Oddziaływania kwarków i leptonów mogą być (prawie) jednoznacznie określone poprzez symetrię obrotową fazy pola Y w dowolnym punkcie czasoprzestrzeni i poprzez przez niezmienniczość względem transformacji Lorenza przyklad: obroty U(1): Specyfikacja Y w kazdym punkcie r Obie konfiguracje pola są równoważne: symetria cechowania f Y (r)= Y (r) e if (r) A(r) pole wektorowe Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 19

20 Uogólnienie tego schematu do pełnej symetrii SU(3)xSU(2)xU(1) określa oddziaływania silne, słabe s i elektromagnetyczne cząstek elementarnych! bez-masowe, wektorowe, elementarne kwanty A(r) : 8 glonów dla symetrii koloru SU(3) 3 bozony W/Z dla symetrii słabego s izospinu SU(2) 1 foton Siły y generowane przez cząstki wektorowe maja uniwersalne ~1/r 2 zachowanie przy wystarczająco co małych odległościach Komentarz: Pola cząstek wektorowych zawierają jednocześnie niefizyczne człony odpowiedzialne za kompensację obrotowych stopni swobody pola czastek materialnych i cześć fizyczną reprezentujacą obserwowalne efekty oddziaływania cząstek - resztkowe oddzialywania Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 20

21 Piękna symetria między materią i siłami niestety (w sensie Pitagorejskim) łamana w otaczającym cym nas świecie masywnych cząstek glównie ponieważ: (M Z, M W >> 0) Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 21

22 Ratowanie symetrii cechowania - metoda Newtona Symetria (równouprawnienie wnouprawnienie) kierunku pozimego i pionowego jest pełna ale w naszych ziemskich laboratoriach równania ruchu muszą ulec majej modyfikcji M i a = F + gm g g = ( g h, g v ) =!( 0, g v ) Pełna symetria kierunkowa jest w ziemskich laboratoriach złamana przez pole grawitacyjne skierowane pionowo Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 22

23 Ratowanie symetrii cechowania nadprzewodnik (anal ogi a) W nadprzewodniku Y reprezentuje pole par Coopera. Nadprzewodnictwo pojawia się gdy fazy Y ustawiają się (w skali mikrometrów ) w tym samym kierunku sieć krystaliczna spełnia tutaj rolę taką jak ziemskie pole grawitacyjne - oddziaływanie elektronów z wibracjami sieci łamie symetrię cechowania. A(r) Przypadek statyczny: : A=df f /dr=0/ Metal poniżej temperatury krytycznej Wspólfazowość kreuje sztywną strukturę, która wypycha pole elektromagnetyczne z nadprzewodnika (efekt Meissnera). Fotony stają się masywnymi cząstkami Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 23

24 jeśli podobny mechanizm powoduje łamanie symetrii cechowania SU(2), to symetria ta może e być utrzymana w równaniach ruchu Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 24

25 anal ogi a Czy czeka nas nowa poznawcza rewolucja??? Pusta przestrzen Pusta przestrzeń SU(3) x SU(2) x U(1)? g kosmiczny nadprzewodnik SU(3) x SU(2) x U(1) To co uważamy za pusta przestrzeń jest ośrodkiem z wewnętrzną strukturą Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 25

26 Czym jest? Jaki mechanizm powoduje uporządkowanie faz w SU(2)??? czy jest to nowa forma materii? czy też nowe struktury znanej materii? dlaczego próżnia nie ma wplywu na stala kosmologiczną L? Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 26

27 Program eksperymentalny zderzacza LHC w CERNie ma odpowiedzieć na te pytania. Jego najważniejszym niejszym celem jest odkrycie mechanizmu który usztywnia próżni nię SU(2) (oddziaływa ywań słabych), powodując c utratę jednej z najbardziej podstawowych symetrii mikroświata. Jeżeli eli ten mechanizm jest spowodowany elementarnym polem skalarnym, to LHC powinno odkryć jego elementarne wzbudzenia:(czastki Higgsa),, jeśli nie - będziemy b świadkami pojawienia się jakościowo nowych oddziaływa ywań pól cechowania Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 27

28 XVI wiek: Paryż wart jest mszy XXI wiek: Poznanie mechanizmu łamania symetrii cechowania jest warte SFR (koszt budowy przyśpieszacza pieszacza LHC ) ) z bardzo duzym i widocznym udziałem polskich fizykow, inżynier ynierów w i techników Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 28

29 Przykład jednej z Mission impossible : poszukiwanie cząstki Higgsa 10 7 el. channels read-out with 70kHz frequency 100 Gbyte/second to be analyzed Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 29

30 Selekcja sygnału u w eksperymentach LHC Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 30

31 Polowanie na Higgsa S B P.W. Higgs, Phys. Lett. 12 (1964) 132 Poszukiwany Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 31

32 Warto wiedzieć ze znalezienie cząstek Higgsa Nie rozwiąże wielu problemów mikroświata: - dlaczego leptony oddzialywują z cząstkami Higgsa z tak różnymi siłami (tuziny arbitralnych parametrów Modelu Standardowego ) - kto zamawiał trzy repliki rodzin fermionów? - jaką formę ma brakująca masa wszechświata (WIMPSy?, aksiony?,???.) - jaki mechanizm zapewnia stabilność kwantowa skalarnego pola higsa (supersymetria?) Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 32

33 Poszukiwanie odpowiedzi na te pytania z pewnoscią doprowadzi do odnalezienia jeszcze bardziej podstawowych, straconych symetrii przyrody Mieczyslaw Witold Krasny, Uniwersytet Piotra i Marii Curie, Paryz 33