U EKSKLUZIVNOM serijalu u četiri nastavka jedan od najuglednijih hrvatskih fizičara, Goran Senjanović, za čitatelje Indexa ispričao je 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. Ovo je četvrti dio njegove priče iz prve ruke – o fizici, idejama i borbi za znanstvenu istinu.

>>Prvi dio pročitajte ovdje

>>Drugi dio pročitajte ovdje

>>Treći dio pročitajte ovdje

4. Uskrsnuće lijevo-desne simetrije i moj dolazak na scenu

Danas je Standardni Model (SM) teorija visoke preciznosti svih relevantnih sila među elementarnim česticama i mogli bismo biti u iskušenju kazati da je jedno od najuzbudljivijih i najvažnijih poglavlja u povijesti fizike dovršeno. Srećom, nije sve sjajno, na horizontu je tamni oblak.

Vidite, SM je, između ostalog, dao važno predviđanje da masa neutrina mora biti nula. To izravno proizlazi iz njegove strukture koja tvrdi da samo ljevoruke čestice mogu imati slabu interakciju, ili drugim riječima, da je simetrija lijevo-desno maksimalno narušena u prirodi. Baš kao što se kaže djetetu da zašuti i pojede špinat, tako se u Standardnom Modelu ne smije pitati zašto je ova važna simetrija narušena, samo prihvatite i pojedite špinat.

Sjetite se kako je sve počelo 1956. godine kada su Lee i Yang doveli u pitanje dogmu o simetriji lijevo-desno. Kao što se često događa, hereza je postala dogma i svi su vjerovali da je lijevo-desno maksimalno narušeno i da je neutrino bez mase.

Novo heretičko pitanje

1974. godine, međutim, u suradnji s indijskim fizičarom Jogeshom Patijem, Salam postavlja novo heretičko pitanje - što ako, u osnovi, simetrija lijevo-desno zapravo jest očuvana? Ideju su slijedili Pati i mladi indijski fizičar Rabindra Mohapatra zaključivši da to ipak ne bi moglo funkcionirati.

U jesen te godine započeo sam istraživanje pod vodstvom Bunji Sakite, slavnog japanskog fizičara, koga je tamo doveo, kao Chaira u oblasti teorije elementarnih čestica i voditelja grupe, sam Robert Marshak. Sanjao sam o radu s njim, još otkako je moj brat kod njega započeo doktorat četiri godine ranije.

Otprilike u isto vrijeme, Rabindra Mohapatra stigao je na CCNY kao mladi docent i tražio vrhunske studente. Počeo me kontaktirati, pokušavajući me privući da barem porazgovaram s njim, ali sam stalno odbijao s izgovorom da sam zauzet. Uostalom, radio sam sa zvijezdom fizičkog odjela, velikim fizičarom - zašto bih gubio vrijeme s nepoznatim mladim docentom?

Pronašao sam ljubav svojeg života

Napokon, nakon tri mjeseca, sam pristao i jednog kasnog poslijepodneva, neposredno prije Božića, ušao u njegov ured. Tog trenutka se sjećam kao da je bilo jučer. Bio je prekrasan, hladan i suh sunčan dan i posljednji zraci sunca ulazili su u njegovu sobu, kada sam sjeo da čujem detalje istraživanja kojim se bavi.

Odjednom se sve razjasnilo, sve je imalo smisla, sve moje školovanje od onog poslijepodneva kada sam slučajno otkrio svo bogatstvo svijeta pišući formule na čistim listovima papira - sve je vodilo do tog magičnog trenutka, jer je fizika koju je radio Rabi (kako ga zovu suradnici i prijatelji) meni bila suđena, govorila je izravno mom srcu, bila je glazba za moje uši. Kada sam izašao sat kasnije, imao sam epifaniju i trčao sam dugo newyorškim ulicama, znajući da ću se baviti tom fizikom do svog posljednjeg daha.

Bilo je to je u petak poslijepodne, a idući ponedjeljak ujutro već sam imao ideje na čemu raditi. Otišao sam Sakiti da mu kažem da sam pronašao ljubav svog života. On je to graciozno prihvatio - i nikada se više nisam osvrnuo. Ubrzo nakon toga postao sam svjestan rada Patija i Salama i odjednom je moja opsesija lijevo-desno simetrijom, kada sam se promatrao u ogledalu u dobi od šest godina, ponovno progovorila: svijet mora biti lijevo-desno simetričan.

Pati i Salam su morali biti u pravu. Put je bio postavljen, sve što sam trebao učiniti bilo je naučiti fiziku iza toga. Radio sam neumorno, imao osjećaj da idem u pravom smjeru i nakon otprilike šest mjeseci pokazao sam Rabiju da je doista sve u redu, postojala je mogućnost da počnemo sa simetričnim svijetom i koristimo analogiju Higgsovog mehanizma za ovu naizgled potpuno drugačiju situaciju.

Senjanović kao doktorand

U nekoliko tjedana napisali smo rad koji je postao klasik i doveo do konačnog stvaranja tzv. Lijevo-desno simetričnog modela, Left-Right Symmetric Model ili LRSM. Neću opterećivati čitatelja pojedinostima ove teorije. Dovoljno je reći da predviđa, kao što ime sugerira, postojanje novih W i Z bozona, koji se sada povezuju samo s desnim česticama. LHC ih traži na specifičan način, još ih nije pronašao - postavljajući donju granicu njihovih masa na nekih 5000 masa protona.

Srećom, ima tu puno više. Ista simetrija lijevo-desno vodi do suprotne predikcije od one osnovne od Standardnog modela - desni neutrino mora postojati i neutrino sada mora biti masivan. To se činilo kao kletva teorije u 1970-im godinama, budući da su eksperimenti ukazivali na bezmasne neutrine - masa neutrina bila je ograničena na milijun puta manju od mase elektrona, koja je sama po sebi mala u usporedbi s masom protona - a uspjeh SM-a samo je pojačao to uvjerenje.

Bio sam opsjednut

Često su mi govorili da gubim vrijeme s masom neutrina, čak i mnogi vodeći fizičari tog doba, uključujući i samog Weinberga. Ljudi su također zamjerali da ne možemo objasniti zašto je neutrino toliko lakši od elektrona. Bio sam opsjednut tim pitanjem i sljedeće četiri godine proveo sam razbijajući glavu oko toga. Godine 1978. napisao sam rad s kolegom doktorandom Gustavom Brancom pokušavajući naći smisao za tako malu masu neutrina, nažalost, neuspješno.

No, završio sam doktorski studij i postao postdoktorand na Sveučilištu Maryland kod Jogesha Patija (isti Pati koji je pionir lijevo-desne simetrije sa Salamom) - zapravo sam želio raditi sa Salamom koji mi je također ponudio poziciju, ali sam morao ostati u SAD-u, što je još jedna priča vrijedna pripovijedanja. Pati i ja smo se zbližili, ali mi njegov način rada u fizici nije odgovarao i dvije godine sam odbijao zahtjeve da radim s njim - a on je isplaćivao moju plaću iz svog projekta.

Magična suradnja

Bio sam tvrdoglav, spreman riskirati karijeru da bih slijedio svoj osobni put i puno stavio na kocku - ali se isplatilo. U samoći sam nastavio razmišljati o masi neutrina, pridružio mi se Rabi Mohapatra (slika dolje), tada već sjajan suradnik.

Postali smo gotovo nerazdvojni. To je jedna od onih magičnih suradnji u kojoj se ne zna tko je započeo rečenicu, a tko ju završio, tko je imao ideju, a tko je slijedio. To su blaženi trenuci koji ne traju vječno. Mi znanstvenici živimo za njih, jer čine svu razliku.

Rabi i ja smo napisali odvojeno neke važne radove, ali zajedno smo činili čuda i stvorili jednu od najuspješnijih suradnji u modernoj fizici čestica, prema Inspire bazi, našoj kompjuteriziranoj biblioteci.

I tako, u jesen 1979. godine došli smo, neovisno od nekolicine drugih fizičara uključujući samog Glashowa, do onog što se danas naziva Mehanizmom klackalice (Seasaw Mechanism - ilustracija gore), široko prihvaćenog modela za objašnjenje sitne, ali ipak neiščezavajuće mase neutrina.

Potvrđena masa neutrina

U međuvremenu je masa neutrina postala eksperimentalno potvrđena činjenica, što je značajan signal da bi naša teorija zaista mogla biti stvarna teorija prirode. Danas je LHC na CERN-u aktivno provjerava - svakoga jutra se budim u nadi da će stići vijest da su našli čestice koje smo predvidjeli.

  Eto, došli smo do kraja priče o stvaranju Standardnog Modela. No na neki način to je i početak, jer je provjera teorije mase neutrina u suštini fizike elementarnih čestica.

To je područje na kojem sam proveo gotovo cijeli svoj radni vijek, ali i neka druga priča. Priča o potrazi za odgovorima o neutrinima, koja vodi u priču o dubokoj vezi s očevima Standardnog Modela, uključujući Glashowa s kojim se izravno dopisujem. Nadam se uskoro imati priliku podijeliti i te detalje s vama.