16. Próba modelowania ilościowego. Cz.1

  Przyjmijmy więc, że elektron z natury swej nie posiada skrętności. W tej sytuacji niezerowa skrętność oznaczałaby jedynie stan zakłóconej równowagi wskutek jakiegoś przypadkowego oddziaływania w krótkim zasięgu, równowagi, do której elektron ma powrócić natychmiast już choćby dlatego, gdyż otoczenie oddziaływuje z nim (nie jest on obiektem odosobnionym). Oto (poniżej) niekonwencjonalna (Mechanistyczna, naiwna?) interpretacja opisanego powyżej doświadczenia. Załóżmy mianowicie, że w rzeczywistości antyneutrino (jeśli już, by nie komplikować zaskoczenia) z rozpadu, biegnie prostopadle do kierunku ruchu elektronu. Wówczas kierunek spinu elektronu, zgodnie z jego naturą, jest prostopadły do kierunku ruchu (przy spełnieniu zasady zachowania momentu pędu). Widzimy to na rysunku poniższym. To brzmi zachęcająco, choć od razu zauważamy pogwałcenie zasady zachowania pędu. Czy rzeczywiście? By uprzedzić protesty zapowiadam, że zajmę się też pędem. To na razie pierwszy etap rozumowania.  

Otóż pęd jest iloczynem masy cząstki i jej prędkości. W odniesieniu do neutrina mamy kłopot. Załóżmy, że jego prędkość równa jest c, a jego masa spoczynkowa równa zeru. Co na to foton? Jego pęd wyraża oczywiście wzór:  

                                                                     p = hν/c

tutaj: h – stała Plancka, n - częstotliwość fali elektromagnetycznej jaką reprezentuje foton. Wzoru tego jednak nie można zastosować w odniesieniu do neutrina, które przecież nie oddziaływuje elektromagnetycznie. Widocznie prędkość neutrina rzeczywiście nie jest równa c, choć mniejszą być nie może, zważywszy na rozumowanie zaprezentowane w licznych argumentach, przytoczonych w poprzednich artykułach. A więc jest większa od prędkości światła… [Czy pęd jego należałoby wyrazić za pomocą jakichś innych stałych, nie mających nic wspólnego z oddziaływaniami: elektromagnetycznym i silnym? Na razie za wcześnie na poszukiwania. Może obejdziemy się bez tego.] 

    I tu znajdujemy trop, który doprowadzić ma nas (oby) do rozwiązania (powiedzmy, że ideowego) naszego problemu. Otóż masa neutrina przez to, że nośnikami informacji o nim mają być z założenia fotony, jest liczbą zespoloną. Także pęd jako iloczyn masy i prędkości, jest liczbą zespoloną. Właśnie to doprowadzi nas do ostatecznej konkluzji. Tutaj pozostańmy jednak przy masie. [To prościej. Jeśli okaże się, że idziemy we właściwym kierunku, dalsze badania będą miały sens (i będzie nisza dla młodych doktorantów). Na razie rozważamy sytuacje (i układy) najprostsze. Teraz liczy się idea.]

     Kojarzy się to ze wzorem relatywistycznym na masę dla przypadku ruchu z prędkością nadświetlną – hipotetyczne tachiony. Tachiony (gr. Tacheos – szybki) to hipotetyczne cząstki poruszające się szybciej niż światło. Hipoteza o ich istnieniu, dziś w zasadzie zarzucona, bazuje jedynie na wzorach szczególnej teorii względności. Tachiony pojawiły się także jako „produkt uboczny” w teorii strun. Uznano je jednak za „plewy” teorii. Okazało sie, że teoria superstrun już ich nie przewiduje. [Za to grawitony o spinie 2 przyjęto z radością, bo odpowiadały określonym mrzonkom.] By je opisać, należałoby posłużyć się wzorem: 

Przyznać trzeba jednak lojalnie, że gdyby wzór ten odnosił się także do neutrina, sprawą zagadkową byłaby jego masa spoczynkowa. Jednakże zdążyliśmy już stwierdzić, że jeśli neutrino porusza się szybciej, niż światło, to nie może posiadać masy spoczynkowej. W samej rzeczy. Spoczynek oznacza zerową prędkość względną. Czy może posiadać taką prędkość obiekt o prędkości nadświetlnej? Nawet fotonu zatrzymać nie można, a co dopiero... W dodatku fakt, że nie oddziaływuje ono elektromanetycznie sugerowałby potrzebę (być może nie koniecznie) określenia jego masy w inny sposób. 

Dla przypomnienia, liczba zespolona ma swoją interpretację geometryczną. Liczbę taką przedstawić można jako punkt na płaszczyźnie Gausa, w układzie współrzędnych, którego oś odciętych nazywana jest osią rzeczywistą, a oś rzędnych osią urojoną. Liczbę zespoloną zapisujemy jako sumę:

                                                                         u  = a + ib        

gdzie: a jest częścią rzeczywistą (reu), b – częścią urojoną (imu), a i nosi nazwę jednostki urojonej. Zgodnie z definicją, jej kwadrat równy jest -1. We wspomnianym wyżej układzie współrzędnych część rzeczywista znajduje się na osi OX, a urojona na osi OY. 

     W przytoczonym powyżej wzorze (*) dla prędkości nadświetlnej otrzymujemy wzór (**) – poniżej. Masa jest więc liczbą nierzeczywistą (zespoloną), w związku z tym, że v > c. Jej 

część rzeczywista, jak widać, tutaj równa jest zeru. A przecież masę neutrin już oszacowano. Jest mała, ale jest. Czy mimo wszystko wzór ten (**) ma jakiś sens w odniesieniu do neutrin?  Raczej chyba nie, już sądząc po zerowej wartości części rzeczywistej. W sposób naturalny pojawia się też pytanie: A co z masą spoczynkową, rzekomo wyznaczoną doświadczalnie? Pytanie to może nawet zaskoczyć, szczególnie w kontekście przypuszczenia (mającego już dość racjonalną bazę) o nadświetlnej prędkości tej cząstki. W tej sytuacji bowiem masa spoczynkowa nie może istnieć, gdyż neutrino nie może spoczywać. Jaką więc masę wyznaczyli uczeni? Jeśli jeszcze w dodatku przypomnimy sobie skąd się neutrina wzięły (patrz post 11), znalezienie jakiegoś punktu zaczepienia dla określenia ich masy stanie się wyzwaniem bardzo poważnym. Faktem jest, że masa istnieje. Wszak neutrina mimo wszystko oddziaływują z materią. W tym kontekście zyskuje na znaczeniu przypuszczenie, że także masa neutrin, określona przez uczonych jako spoczynkowa (bo „przecież nie relatywistyczna”), jest w rzeczywistości częścią rzeczywistą liczby zespolonej. To opcja dosyć przekonująca, szczególnie w kontekście zawartości tej pracy. Wynikałoby stąd, że część rzeczywista tej zespolonej masy może być różna od zera. Zobaczymy to dalej. Różna od zera może być więc także część rzeczywista ich (zespolonej) energii kinetycznej. Właśnie to wyjaśniałoby rozkład energii elektronów emitowanych podczas rozpadu beta. Gdyby część rzeczywista zespolonej masy neutrin była równa zeru, wyjaśnienie rozpadu beta nie byłoby tak proste (jeśli w ogóle byłoby możliwe). Już sam fakt, że neutrino oddziaływuje z materią (nie ważne, że słabo, ważne, że w ogóle oddziaływuje), oddziaływuje nie elektromagnetycznie i nie silnie, a jednak – pozostaje grawitacja, świadczy o tym, że posiada ono masę. Zgodnie z naszymi rozważaniami, to część rzeczywista masy zespolonej. (Na to już wcześniej zwróciłem uwagę). Mimo wszystko przyznać trzeba, że przekrój czynny*, a właściwie szansa na napotkanie przez neutrino jądra atomowego i oddziaływania z nim, jest niewielka. Przyjęcie masy za ujemną, niewątpliwie wyjaśnia tę rzecz (było o tym już na początku tego eseju.) Właśnie to jest przyczyną  trudności z detekcją neutrin, a także przyczyną tego, że z taką łatwością przenikają one materię. Wyznaczona doświadczalnie masa neutrin jest więc (bardzo niewielką) częścią rzeczywistą ich całkowitej masy, w dodatku wszystko wskazuje na to, że jest ujemna. Można sądzić, że bardzo mała masa rzeczywista neutrin i bardzo słabe oddziaływanie ich z materią (nie mylić z ich przenikliwością), to fakty ze sobą powiązane. Zatem znikomo mała masa (rzeczywista) neutrin jest właściwie dowodem ich nadświetlnej prędkości. Gdyby poruszały się wolniej niż światło, to znaczy, gdyby ich masa spoczynkowa była liczbą rzeczywistą i dodatnią, to przy dużych prędkościach relatywistycznych (pomijam tu kwestię względności ruchu, omówioną wcześniej), masa rejestrowana doświadczalnie byłaby bardzo wielka. Jak wówczas przebiegałyby oddziaływania neutrin z materią? Neutrina nie byłyby tym, czym są. Wniosek, że poruszają się szybciej, niż światło jest więc logiczną konsekwencją. [Czy łapie to uformowana już wyobraźnia, to inna sprawa.] W tej sytuacji dopuszczalny byłby sąd (na razie tylko przypuszczenie), że ich energia (rejestrowana przez nas) jest tym większa, im prędkość mniejsza (czyli bliższa prędkości światła od góry). 

*) Wielkość określająca prawdopodobieństwo zajścia określonego zdarzenia: rozpraszania, zderzenia, reakcji, najczęściej jądrowej, na przykład w wyniku bombardowania przez strumień określonych cząstek, w naszym przypadku neutrin.

15. Historia badań

   Na fakt niezachowania parzystości zwrócono uwagę już w połowie lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia (to brzmi dawno). W tych dawnych czasach neutrina były wyłącznie hipotezą Pauliego. Właśnie miały wtedy zostać doświadczalnie odkryte (Fred Reines i Clyde Cowan, 1956)*. Od tego do systematycznego badania ich własności było jeszcze dosyć daleko. W tych czasach uczeni mieli sporo powodów do innych zastanowień. Właśnie, ku swemu zaskoczeniu, zwrócili uwagę na zastanawiający przebieg rozpadu mezonu K (kaon). Wbrew powszechnemu przekonaniu, że prawo zachowania parzystości jest prawem uniwersalnym, wykryto, że w niektórych rozpadach kaonów prawo zachowania parzystości nie jest spełnione. Przypuszczenie takie wysunęli w roku 1956 dwaj uczeni chińscy (pracujący w USA): Tsung Dao Lee i Chen-Ning Yang.

    To była wręcz dramatyczna konkluzja. W tym samym roku wysunęli też przypuszczenie, że parzystość może też być niezachowana w rozpadzie beta. Nie dość na tym. Zaproponowali też doświadczenia mające tę konkluzję potwierdzić (lub obalić). W doświadczeniach tych, jeśli parzystość może być rzeczywiście naruszona, przestrzenny rozkład produktów rozpadu preferować powinien jeden z kierunków ich ruchu, na niekorzyść kierunku przeciwnego. Z dzisiejszego punktu widzenia odpowiadałoby to łamaniu symetrii zwierciadlanej podczas rozpadu beta w związku z istnieniem skrętności neutrin i tym, że neutrino i anty-neutrino, to dwie różne cząstki. Opisałem to powyżej. Na to było wówczas jeszcze trochę za wcześnie.

   Nawet bez patrzenia w zwierciadło! „Symetria nie jest pełna, a lewe nie jest równoważne prawemu?” Czyż to nie fantazja? Należy więc znaleźć rozwiązanie tej kwestii, a nie pogodzić się z „wyrokiem niebios”. Przeprowadzono szereg doświadczeń, wśród nich zaproponowane przez wyżej wymienionych fizyków. Jako pierwszy, w roku 1957, przeprowadził je zespół pod kierownictwem pani Wu (też z Chin), przy bacznej uwadze wymienionych wyżej fizyków. Doświadczenia te potwierdziły dramatyczną hipotezę. Asymetria przyrody jest faktem obiektywnym! Czyżby? A jednak, w samej rzeczy. Wszak opisany powyżej rozpad neutronu (nawet) stanowi świadectwo tego „faktu”. Toż to fantazja największa, gdyż tylko Przyrodę stać na nią…a nam nie pozostaje już nic poza uznaniem asymetrii za wybryk Natury, oj przepraszam, po prostu za fakt przyrodniczy, za prawdę obiektywną. A może jednak wdrapaliśmy się na wysokie drzewo, z którego należałoby kiedyś zejść by powrócić do starego, dobrego świata, prostego i normalnego, zrozumiałego (ma się rozumieć, nie z zarozumiałości) i symetrycznego? [Dziś wielu komplikuje świat wikipedycznymi hasłami emanując zarozumiałość zamiast myśleć.] By to uczynić należałoby jednak, być może, uruchomić jeszcze jedną fantazję… (lub pozostać na drzewie, by z wysoka lepiej i dalej widzieć, albo siedzieć na płocie i wyczekiwać). Ale nie uprzedzajmy faktów.

   We wspomnianym powyżej doświadczeniu pani Wu badano rozpad β jąder kobaltu 60. Jądra te zostały najpierw uporządkowane. W tym celu próbkę zawierającą wspomniany izotop oziębiono do bardzo niskiej temperatury (0,01K) i umieszczono w bardzo silnym polu magnetycznym. Jądra kobaltu (oczywiście jądra każdego pierwiastka) posiadają określony spin. To pociąga za sobą istnienie momentu magnetycznego. W warunkach normalnych, w rozkładzie przestrzennym momentów magnetycznych nie ma mowy o uprzywilejowaniu określonego kierunku. Płaszczyzny „wirowania” zorientowane są dowolnie. Niska temperatura i silne zewnętrzne pole magnetyczne powodują jednak powstanie orientacji zgodnej jądrowych momentów magnetycznych. W tak spolaryzowanej magnetycznie próbce, każde (w zasadzie) jądro kobaltu, rozpadając się, emitować może (tak sądzono) elektron w dwóch przeciwnych kierunkach (np. na dół lub do góry), zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego. Chodzi o to, że spiny emitowanych elektronów ±1/2 względem zewnętrznego dla nich pola magnetycznego, a więc także ich momenty magnetyczne o dwóch orientacjach, sądząc po dominujących w tych czasach przekonaniach, są jednakowo prawdopodobne. Należałoby więc oczekiwać dwóch jednakowych strumieni elektronów, biegnących w przeciwne strony.

   Tak, ale dlaczego same neutrony miałyby się różnić między sobą, by rozpadać się na dwa sposoby, czyli wysyłać elektron o momencie magnetycznym dodatnim lub ujemnym względem pola zewnętrznego? Sam spin elektronu (jeśli jego oś rotacji jest prostopadła do kierunku ruchu postępowego), nie zależy od układu odniesienia i dlatego równy jest 1/2 (bez ±) pomimo, że z określonego miejsca patrząc widzimy rotację bądź w prawo, bądź w lewo. Elektrony faktycznie różnią się między sobą (w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego), jeśli  stanowią parę okrążającą na przykład (w najprostszym przypadku) jądro helu – wtedy można mówić o rotacji – jednego z nich w lewo, a drugiego – w prawo. OK.

   Jednak w neutronie (przed jego rozpadem) elektrony nie istnieją, a wszystkie neutrony są identyczne. Zatem, „wszystkie elektrony powinny lecieć w tę samą stronę.” To tylko naiwna wątpliwość „licealisty”, by zbudzić znużonego czytelnika. Przecież sprawa jest bardziej złożona. Poza tym wtedy jeszcze nie było mowy o czynnym udziale neutrin w opisywanym procesie.

   Okazało się, że elektrony w doświadczeniu tym jednak (...) preferują jeden z dwóch zwrotów (na przykład podążają w dół). W połowie wieku dwudziestego było to rzeczą zaskakującą, wprost niewiarygodną. [Dziś, jeśli jednak wszystkie elektrony są identyczne, to to, że preferują określony kierunek ruchu, natychmiast wynika z cech neutrin.] (Dziś dla studenta niewiarygodne, jak mogło to zaskakiwać, choć wcale nie jest pewne, że wszystko on rozumie.).

W wyniku rozpadu jądra kobaltu 60 powstaje jądro niklu 60. Drugim wykrywalnym produktem rozpadu jest elektron.

Rozważamy ruch tego elektronu względem nieruchomego jądra. Zasada zachowania pędu wymaga, by oprócz elektronu biegnącego dajmy na to, że w dół, istniała cząstka biegnąca do góry, natomiast elektronowi biegnącemu do góry powinna towarzyszyć cząstka biegnąca ku dołowi. Jeśli cząstką towarzyszącą jest w pierwszym przypadku antyneutrino (prawoskrętne), to w drugim neutrino (lewoskrętne). Tego wymaga z kolei zasada zachowania momentu pędu – wszystko dla określonego stanu jądra emitującego. Przypadek drugi jest zwierciadlanym odbiciem pierwszego. W pierwszym przypadku łączny moment pędu elektronu i antyneutrina równy jest jedności, co implikuje malenie o tyleż momentu pędu jądra emitującego. W drugim przypadku (elektron i neutrino) znak momentu pędu jest przeciwny (-1), w tej sytuacji moment pędu jądra emitującego wzrasta o jedność (tak, jak odejmujemy liczbę ujemną). Tak można rzecz opisać w uproszczeniu, dla upoglądowienia. Tu trzeba zaznaczyć, że jądra: rozpadające się i otrzymane z rozpadu beta, są izobarami. W związku z tym ich spin zmieniać się może o liczbę całkowitą, w tym przypadku o jedność. W warunkach idealnych doświadczenia realizuje się tylko przypadek pierwszy. W tym przypadku bowiem łączny spin elektronu i antyneutrina równy jest jedności. O tyle właśnie zmniejsza się spin jądra (nikiel 60), które pozostaje. Spin jądra niklu 60 jest jednoznaczny. W tym przypadku wszystko się zgadza. W doświadczeniu elektrony wybierają właśnie ten (ku dołowi) kierunek. Podsumowując stwierdzamy, że istnieje uprzywilejowany kierunek emisji elektronów, ten, któremu towarzyszy emisja (w przeciwną stronę) antyneutrin. Inne opcje są niemożliwe w związku z koniecznością spełnienia prawa zachowania momentu pędu. Oczywiście należy tu uwzględnić też samo jądro – trzeci element układu (jego spin i orientację przestrzenną).  

    To uprzywilejowanie określonego kierunku emisji elektronów w powiązaniu z właściwościami neutrin stanowi o łamaniu symetrii. Dziś jest to zrozumiałe. Gdyby bowiem elektrony biegły także w kierunku przeciwnym (do „góry”), to by spełniona była zasada zachowania momentu pędu, emisji elektronu musiałaby towarzyszyć, jak wyżej wspomniałem, emisja neutrina (a nie antyneutrina). Taki właśnie przebieg doświadczenia widzielibyśmy w ustawionym poziomo zwierciadle. Jednakże wiadomo (właściwie już to doświadczenie mogłoby o tym świadczyć), że neutrino i antyneutrino, to dwie różne cząstki, choć sprawa dotyczy przecież tego samego rozpadu wszystkich bez wyjątku neutronów (w jądrze kobaltu). Są one przecież identyczne. Dodatkowo, jak wspomniałem, spin otrzymanego jądra (Ni) jest mniejszy (a nie większy) o jedność od spinu jądra kobaltu 60.  W rozpadzie beta (i w innych rozpadach cząstek w ramach oddziaływań słabych) nie jest więc zachowana symetria zwierciadlana. Dziś wnioskować możemy, że stwierdzony doświadczalnie brak symetrii oznacza, iż neutrino i antyneutrino, to dwie różne cząstki (już to wystarczy dla takiego wniosku), a rozpad neutronu nie przebiega na dwa różne sposoby (antyneutrino-neutrino). W doświadczeniu preferowany jest właśnie kierunek ruchu elektronu, w naszym przykładzie: ku dołowi.  

A jednak zastanawiające w tej interpretacji doświadczenia pani Wu jest to, że spinowy moment pędu elektronu emitowanego z jądra kobaltu, jeśli ma biec w kierunku przeciwnym niż antyneutrino i jeśli spełniona ma być zasada zachowania momentu pędu, musi być równoległy do kierunku ruchu (elektron powinien posiadać skrętność). Nie jest to jednak cechą swoistą tej cząstki, właściwie każdej cząstki oddziałującej elektromagnetycznie. Zauważmy, nie po raz pierwszy, że fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi, a naturalny kierunek spinowego momentu pędu, w odniesieniu do cząstek oddziałujących elektromagnetycznie, jest prostopadły do kierunku ich ruchu postępowego. Przypadek? W przyrodzie nie ma przypadkowych zbieżności, a dopasowania, to domena ludzkiej niedoskonałości. Doskonała jest właściwie umiejętność zmiatania pod dywan.

W dodatku, w odniesieniu do samego elektronu, w tymże rozpadzie, symetria zwierciadlana jest zachowana, prawo zachowania parzystoći jest spełnione. Zwróciłem na to uwagę już na początku tego cyklu. W odbiciu zwierciadlanym elektron pozostaje elektronem, nie staje się pozytonem! Pomimo niezerowej skrętności? Z neutrinami jest inaczej. Czy zatem elektron jako produkt rozpadu rzeczywiście posiada skrętność? Jest inny, niż te, które okrążają jądro w atomie? A jeśli ma być złapany przez jakiś jon, to co z nim?...  W tej sytuacji pytanie: „Jak dokonuje się inwersja spinu na prostopadły do kierunku ruchu, by elektron był tym, czym go znamy?”, nie jest wcale trywialne, choć nikogo to nie podnieca. „W teorii wszystko ma swoje miejsce, wszystko jest OK, już pomyślano o tym.” A jednak o tej prostopadłości świadczy przecież pośrednio nierozróżnialność swobodnych elektronów. [Spinowy moment pędu elektronu nie zależy od układu odniesienia – nie ważne z której strony nań patrzymy. Czy także w przypadku istnienia skrętności? Z neutrinami jest inaczej. Jak to jest w istocie, zobaczymy dalej – zgodnie z moimi propozycjami] Świadczy też istnienie promieniowania mikrofalowego 21,1cm, emitowanego przez neutralny wodór. Gdyby elektron swobodny przechwycony przez atom zjonizowany, posiadał skrętność, to pod wpływem jądrowego pola magnetycznego, wówczas prostopadłego do momentu magnetycznego elektronu, nastąpiłaby inwersja likwidująca skrętność. Związane to musiałoby być z emisją (lub absorpcją) promieniowania o określonej energii. Można nawet odgadnąć, że byłoby to promieniowanie o w przybliżeniu połówkowej długości fali, czyli ok. 10 cm. Jak dotąd nie słyszałem o jego odkryciu. Może dlatego, gdyż po prostu nie istnieje. A to by mogło oznaczać, że elektrony z rozpadu b nie posiadają skrętności. A jednak sądząc po tradycyjnym widzeniu spraw można stwierdzić, że „nie istnieje żadna przyczyna, dla której elektron posiadający skręność, nie mógłby okrążać jądra atomowego. Nie ma tu bowiem mowy o jakimś mechanistycznym ruchu, a wszystkim rządzą prawa mechaniki kwantowej, dopuszczające wspomnianą możliwość” (Amen). Zwróciłem już na to uwagę wcześniej. Dziś skrętność leptonów (wszystkich) jest rzeczą normalną. Nawet została wyznaczona (na bazie dzisiejszego stanu zapatrywań) skrętność elektronów przez Goldfabera. Dalszy ciąg naszych rozważań, w szczególności ilościowych powinien mimo wszystko skłonić myślących krytycznie do ponownego rozważenia tej kwestii.

  A teraz zafantazjujemy, choćby po to, by odpowiedzieć na  zadane powyżej kłopotliwe pytanie: „Czy rzeczywiście elektron może posiadać skrętność?”, odpowiedzieć jednoznacznie pomimo, że sytuacja opisana tuż powyżej (skrętność elektronu) jest dopuszczalna (mechanika kwantowa tego nie wyklucza, wprost przyjmuje za rzecz normalną). Odpowiedź przecząca na zadane pytanie, w kontekście naszych rozważań, jest czymś naturalnym. Zobaczymy to dalej. 

Teoria teorią, a jednak jakieś odczucie niedosytu pozostaje. Mianowicie, jeśli antyneutrino jest za każdym razem produktem rozpadu cząstki oddziałującej elektromagnetycznie, a samo przy tym w tym rodzaju oddziaływania nie uczestniczy i znajduje się poza zakresem, w którym istnieją cząstki „normalne”, to jak może z niebytu stać się bytem? Zgodnie z zasadą „Deus ex machina”? Tylko po to, by ratować zasady zachowania? A może w rzeczywistości przyczyną rozpadu są neutrina, istniejące już, obce, pochodzące z tła? Tej opcji wykluczyć mimo wszystko nie można, tym bardziej, że nie godzi to w zasady zachowania. Nie dość na tym. Zapytajmy: Czy możliwy jest opis rozpadu cząstek jednoznaczny, powiedziałbym nawet: opis deterministyczny (nie w kategoriach prawdopodobieństwa), w dodatku opis ilościowy, na bazie prezentowanej tu, nowej koncepcji, opis weryfikowalny doświadczalnie? Sądzę, że tak.

*) Bazowali na reakcji tzw. odwrotnego rozpadu beta, w której, zgodnie z tradycyjnym przedstawianiem spraw antyneutrino uderzając w proton powoduje powstanie neutronu i emisję pozytonu. Chodzi więc o oddziaływanie antyneutrina z jądrem atomowym. Sama reakcja zachodziła w zbiorniku wypełnionym wodą z dodatkiem chlorku kadmu, zaopatrzonym w liczne scyntylatory rejestrujace promieniowanie gamma (2g), które pojawiło się w wyniku anihilacji otrzymanego pozytonu z elektronem. Sam neutron otrzymany wraz z pozytonem reagował z jądrem kadmu, co było przyczyną emisji jeszcze jednego fotonu gamma. Wykrycie tych fotonów stanowilo potwierdzenie zajścia reakcji z udziałem neutrina (anty-), a więc potwierdzenie istnienia tych cząstek. W roku 1995 Reines otrzymał nagrodę Nobla (Cowan już wówczas nie żył).

14. Neutrino w zwierciadle. Niezachowanie parzystości i konsekwencje tego

Gdy patrzymy w lustro widzimy siebie, nasze otoczenie, widzimy rzeczywistość. Nie przeszkadza nam, że napisy są nieczytelnie obrócone, „on” podnosi lewą rękę gdy ja prawą, a moje lewe „oczko”, u „niego” jest prawym. To nasza codzienność, powszedniość, normalność nie budząca nawet specjalnego zainteresowania. Z łatwością wyjaśniamy ten „obrót" i śmieszy nas reakcja niektórych zwierząt wpatrujących się w lustro.. Ich fascynacja jest z całą pewnością bardziej naukowa niż nasza obojętność. Przyzwyczailiśmy się do tej „asymetrii” do tego stopnia, że widzimy w tym przejaw symetrii. Wszystko co widzimy w zwierciadle obrócone, za pomocą drugiego zwierciadła możemy przywrócić do stanu wyjściowego. Ilustruje to poniższy rysunek.

Pamiętam, chyba 45 lat temu, podczas lekcji, przy omawianiu zwierciadła płaskiego, wziąłem kredę i, jakby od niechcenia (byłem wtedy żartownisiem, o którym krążyły po mieście legendy), napisałem coś lewą ręką (jestem w zasadzie leworęczny, choć piszę prawą). Ku swemu zaskoczeniu skonstatowałem, że swobodnie piszę lustrzanym pismem, w dodatku charakter pisma nie zmienił się. Wystarczyło wziąć lusterko. Uczniowie byli zachwyceni. Ja także. Umiejętność tę potem wykorzystywałem, by ukryć treść swych zapisków, szczególnie podczas jazdy pociągiem. Raz, pewna matrona siedząca obok mnie nie wytrzymała i tonem przygany wprost rzuciła: Po jakiemu pan pisze? Z prawa na lewo? Odpowiedziałem: Po polskiemu, tak, by nie mogła pani przeczytać. Reszta pasażerów wybuchła śmiechem. 

     Kłopotu z odczytaniem nie mamy. Nie mamy problemu także gdy w lustrze obserwujemy zjawiska elementarne, jak na przykład ruch, ciała oddziaływujące ze sobą, nawet elektromagnetycznie (również w tym przypadku). Wprawdzie obrót w prawo odzwierciedla się jako obrót w lewo, układ współrzędnych prawoskrętny widzimy jako lewoskrętny, ale wszystko to realizuje się w rzeczywistości i jest w gruncie rzeczy kwestią umowy preferowanie takiego czy innego kierunku. W tym sensie strona prawa jest w pełni równoważna lewej. Aż w głowie się nie mieści, że przyroda mogłaby preferować którąś ze stron, że przestrzeń mogłaby być anizotropowa. Już wyrazem tego jest przyjęty przez nas postulat nazywany zasadą kosmologiczną.

    Rozważmy jednak najbardziej chyba znany rozpad β^- neutronu, o którym była już mowa:

Otrzymujemy w jego wyniku między innymi antyneutrino elektronowe. [Pomijam tu rolę bozonu W(-).]  Pozostając przy schemacie reakcji zapisanym tuż powyżej (tak się dziś rozpad neutronu przedstawia), ustawmy zwierciadło i zajrzyjmy w nie. Co widzimy? Otóż proton pozostanie protonem, elektron elektronem, natomiast antyneutrino staje się neutrinem z powodu odwrócenia skrętności. Takiej reakcji jednak nigdy nie zaobserwowano, co więcej, wykazano doświadczalnie, że neutrino i antyneutrino, przynajmniej dla nas, obserwatorów ze świata podświetlnego, to dwie różne cząstki. Wspomniałem już o tym w pierwszych dwóch artykułach tego cyklu). Fakt ten świadczy o łamaniu symetrii zwierciadlanej, a także o niezachowaniu parzystości. Jest to cecha charakterystyczna oddziaływań słabych, oddziaływań z udziałem neutrin.

Tu wychodzimy z założenia, że w reakcji tej przykładowym źródłem antyneutrina jest rozpadający się spontanicznie neutron.Tak się sądzi. Z niego się ono bierze, powstaje, a wcześniej nie istniało. [Zgodnie z dzisiejszymi przekonaniami, proces ten przebiega w dwóch etapach. Najpierw jeden z dwóch kwarków dolnych (Który z nich?...) neutronu (down – d) rozpada się na kwark górny (u – up) i bozon W(-). Neutron staje się protonem. Następnie bozon W, po bardzo krótkim czasie, rozpada się na elektron i antyneutrino. Zapisany powyżej przebieg reakcji nie uwzględnia udziału bozonu W(-).] Podobnie z rozpadem wielu cząstek, a także jąder atomowych. Czy słusznie? Jeśli tak, to mamy we Wszechświecie coraz więcej cząstek neutrino. [Jeśli tak, to w końcu pozostaną wyłącznie protony i elektrony (i oczywiście neutrina). Co z nimi?] Czy tak właśnie (w wyniku rozpadów) powstały wszystkie neutrina (i anty-) istniejące we Wszechświecie??? Tak, ale pozytonów jest znacznie mniej, więc liczba neutrin i antyneutrin nie jest jednakowa? Tak w każdym razie można przypuszczać. To stawia całą sprawę na głowie. To zakłóca oczekiwaną symetrię i prowokuje do niegrzecznego pytania: Dlaczego?. W dodatku pojawia się wiele pytań, na które nie ma miejsca w koncepcji koherentnej, w modelowaniu konsekwentnym, szczególnie w odniesieniach kosmologicznych. O nich nie należy zapominać. Niestety, nie sprzyja temu ograniczanie horyzontu badań i dociekań (a więc także świadomości poznawczej) do raczej wąskiego zakresu tematycznego – u ogromnej większości badaczy. Właśnie takie redukcjonistyczne podejście cofa nas do stanu początkowego, do braku punktu zaczepienia. Dziś problem neutrin jest daleki od rozwiązania. W tym kontekście, wracając do mojej koncepcji, muszę zauważyć, że jak na razie nie doszedłem do ostatecznych konkluzji, jednakże porzucenie jej i powrót do chaosu pytań zadanych i nie zadanych jeszcze, to chyba jednak nie najbardziej roztropne rozwiązanie wobec dość obiecujących perspektyw modelu prezentowanego tutaj.

     Jak widać, na te sprawy (i na wiele innych) należy patrzeć w znacznie szerszym kontekście, bardziej emergentnie. 

     Wywnioskowałem przecież wcześniej, że liczba neutrin i antyneutrin powinna być jednakowa. Wszak modelowałem ich powstanie, a to modelowanie było w pełni uzasadnione.

     Robi się spory bałagan. W kontekście tym przekonanie o słuszności założenia wystawione jest na poważną próbę. Wynikałoby bowiem z niego, że neutrina są bytami wtórnymi, dopiero co powstającymi w wyniku rozpadów. Propozycją alternatywną mogłoby być przyjęcie, że rozpad neutronu jest wynikiem oddziaływania (odpychania) neurtina (nie anty-) z tła, zgodnie ze schematem:

Tu neutrino kontynuuje swój lot, choć zmieniona jest jego energia i pęd w związku z tym, że posiada ono masę rzeczywistą (ujemną). [W tej sytuacji bozon W nie jest potrzebny. Czy w ogóle konieczne są cząstki pośredniczące w oddziaływaniach? Grawitacja dualna tego nie wymaga.] Nie zapominajmy też, że ogólnie neutrina, zgodnie z tutejszymi przypuszczeniami, mają znajdować się po drugiej stronie  granicy c, a przecież prawa zachowania, w postaci nam znanej, obowiązują tylko i wyłącznie w świecie podświetlnym, bezpośrednio obserwowalnym.  

    Niby neutrina mają kreować się w rozpadach, ale równocześnie, tak mimochodem, wspomina się o neutrinach tła, jakby były z innej planety. Po prostu nikt (poza czytelnikami mych popełnień) nie wie, jak się pojawiły w najwcześniejszych fazach Wielkiego Wybuchu, choć wszystko wskazuje na to, że istnieją. Czy dlatego, gdyż było dosyć czasu, by było ich bardzo dużo (z rozpadów)? To może wobec tego, w dalekiej przyszłości, jedyną istniejącą materię stanowić będą (nie licząc protonów i elektronów puszczonych samopas) neutrina???  Jak wiadomo, sądząc z mojego modelu, neutrina pojawiły się jeszcze zanim pojawiły się oddziaływania niegrawitacyjne, zanim pojawiły się fotony, a tym bardziej neutrony. I nie zapominajmy, że rozpady cząstek mają charakter statystyczny, a w większej próbce (np. jąder promieniotwórczych), obowiązuje wykładnicze prawo rozpadu. Rozpady są więc nie spontaniczne, lecz wymuszone. 

     Wróćmy do głównego nurtu narracji. Jeśli neutrina są szybsze od światła (wiemy już w jakim sensie – wiele na to wskazuje), a przy tym są bytami wtórnymi (przy założeniu, że powstają w wyniku rozpadu spontanicznego), a także swymi cechami podstawowymi różnią się wyraźnie od pozostałej materii, to dlaczego? Jak pogodzić to i uzgodnić z cechami pozostałej materii? Jak w ogóle mogą powstawać w wyniku procesów, za które przecież odpowiedzialne są oddziaływania elektromagnetyczne i silne? Wszak w oddziaływaniach tych neutrina nie uczestniczą. Są one wprost ślepe i nie mają węchu (kolory i zapachy kwarków) i nic ich nie elektryzuje. Kręci je, nawet dosłownie, wyłącznie grawitacja. Jeśli tak, to to, co ma do powiedzenia na ich temat mechanika kwantowa, jest bardzo niepewne, wprost ograniczone do inercji konceptualnej. I jeszcze ta nieoznaczoność... Mechanika kwantowa bazuje przecież na oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, a grawitacja, jako niemierzalnie słaba w subatomowym zakresie rozmiarowym, nie jest uwzględniana. Wszak nasze działania badawcze ograniczają się do detekcji i pomiaru. „Byty nieobserwowalne znajdują się poza zakresem dociekań fizyki.” – tak twierdzą radykaliści. Chyba tu jest przyczyna kłopotów z neutrinami. Rzecz uporządkować może wyłącznie grawitacja dualna, stanowiąca bazę dla wszystkich bez wyjątku oddziaływań. [Oddziaływania nazywane słabymi, choć formalnie, matematycznie zostaly już powiązane z elektromagnetycznymi, dotyczą właśnie neutrin, rozpadów z ich udziałem (teoria Weinberga-Salama, Nobel). Ale nie tylko. Patrząc na to inaczej, można właśnie tu nawet dostrzec wielce atrakcyjną możliwość unifikacji elektromagnetyzmu z grawitacją. Tak, z grawitacją. To to, o czym marzył Einstein, bez skutku, gdyż poszedł w zbyt atrakcyjnym kierunku (geometria i zakrzywiona czasoprzestrzeń). Sądząc z treści już pierwszej części tego eseju, chodziłoby bowiem o odpychanie grawitacyjne. Dlatego o oddziaływaniach słabych, tutaj niewiele wspominam.]     

13. Sens nadświetlnej prędkości neutrin

     „Jeśli neutrina są szybsze od światła, to uciekają poza Wszechświat”. Taka może być spontaniczna reakcja. Jak to pogodzić z tym, że zgodnie z tutejszym poglądem, rozmiary Wszechświata ogranicza horyzont hubblowski-grawitacyjny, oddalający się z prędkością c? Jak pogodzić to z ustaleniem, że Wszechświat obejmuje całą przestrzeń, że poza Wszechświatem przestrzeń nie istnieje? Przypuszczam, że jest to problem pozorny. Już wcześniej przecież podałem inne przedstawienie „nadświetlności”.

     „Nadświetlność” z naszego podświetlnego stanowiska, nie musi oznaczać rzeczywiście szybszego rozszerzania się horyzontu. Dla neutrin (nadświetlnych przecież) największą, a właściwie niedoścignioną prędkośćią jest też c. Chodzi więc raczej o rodzaj „uwarunkowania topologicznego”. Chodzi też o to, że wyobraźnia nasza ukształtowana jest przez nasze lokalne widzenie rzeczywistości. Ta nadświetlna prędkość była w fazie Ureli prędkością w samouzgodnieniu panelsymonu. Poszczególne jego elementy nie mogły między sobą kontaktować się. Nie jest to więc ruch posiadający cechy względności i inercjalności. Nie jest to ruch definiowany przez nas jako wzajemna zmiana położenia dwóch ciał. Nie jest to ruch kreujący przestrzeń Wszechświata. Nie jest to ruch o charakterze lokalnym. Już to jest przyczyną braku możliwości bezpośredniego kontaktu między neutrinami, a światem naszej percepcji. Nie istnieją fakty doświadaczalne, które by temu przeczyły. Ta „nadświetlność” nie podlega uwarunkowaniom szczegolnej teorii względności. Tylko w tym sensie prędkość neutrin nazwać można nadświetlną. Neutrina zatem, jeśli także ich ruch tworzy naszą przestrzeń, „widzą” w c niedościgniony dla nich kres górny prędkości, a maksymalną odległość wyznacza właśnie ta prędkość. Zatem granicę ich przestrzeni  wyznacza horyzont hubblowki, oddalający się od wszystkich bez wyjątku obserwatowów (zasada kosmologiczna) z prędkością niezmienniczą c. Dla nas obserwatorów, przestrzeń tworzy materia Wszechświata, której elementy poruszają się w zbiorze prędkości względnych [0,c). Istnienie tego zbioru ruchów stanowi o rozszerzaniu się przestrzeni Wszechświata. Z tego powodu przestrzeń Wszechświata jest immanentnie płaska. A zakrzywienie przestrzeni? To wyłącznie jakość o charakterze matematycznym. To nie ontologia, lecz procedura obliczeniowa. Wskazałem na tę możliwość już na początku naszych rozważań (już w artykule: „Dualny charakter grawitacji”). Tam przecież dokonałem modyfikacji newtonowskiego prawa grawitacji, która wprowadza poprawki tym bardziej znaczące, im silniejsze jest pole grawitacyjne. Zachęcam do przebadania kwestii, choćby w zamiarze odrzucenia całej (mojej) koncepcji.