zdominowana przez leptony.
Ponieważ Wszechświat nadal się rozszerza, temperatura spada poniżej około 5 × 109 kelwinów i dochodzi do wzajemnej anihilacji elektronów i pozytonów oraz uwolnienia odpowiadających im neutrin. Fotony nadal tańczą w tę i z powrotem między cząstkami materii, utrzymując temperaturę plazmy, ale neutrina pozostają na uboczu, stygnąc w miarę postępującej ekspansji czasoprzestrzeni.
Zniknięcie par elektron–pozyton i uwolnienie neutrin oznacza, że nie zachodzą już reakcje przemiany protonów w neutrony oraz neutronów w protony. Liczba protonów i neutronów we Wszechświecie ulega „zamrożeniu”, pozostając w stosunku pięć do jednego.
Reakcje anihilacji trwają aż do dziesiątej sekundy istnienia Wszechświata. Po 10 sekundach temperatura spada do około 109 kelwinów, wskutek czego jest za mało energii do produkcji nowych par elektron–pozyton. Po raz kolejny, z powodów, których nie rozumiemy, materia triumfuje nad antymaterią, zachowując niewielką, szczątkową liczbę leptonów (głównie elektronów), których ujemny ładunek elektryczny równoważy dodatni ładunek pozostałych hadronów.
Podsumujmy. Wiek Wszechświata wynosi 10 sekund. Dominującym składnikiem energii i jej równoważnika masowego we Wszechświecie jest ciemna energia, czyli energia „pustej” czasoprzestrzeni. Za kolejny pokaźny ułamek odpowiedzialna jest ciemna materia. Stosunkowo najmniej do bilansu energetycznego Wszechświata wnosi materia widzialna, na którą składa się szczątkowa liczba hadronów (głównie protonów i neutronów w stosunku pięć do jednego) oraz równoważąca je liczba leptonów (głównie elektronów) i fotonów. Te ostatnie stanowią teraz przeważający element materii widzialnej i promieniowania, jako że wkraczamy w Erę Fotonową.
19 Wymawiany jako „de Broj”.
20 Louis de Broglie, fragment jego ponownie zredagowanej w 1963 roku pracy doktorskiej. Cytat za: Abraham Pais, Pan Bóg jest wyrafinowany... Nauka i życie Alberta Einsteina, przeł. Piotr Amsterdamski, Prószyński i S-ka, Warszawa 2001, s.439.
21 Tom Stoppard, Hapgood, Faber and Faber, Londyn 1988.
22 Nie ma żadnego problemu z połączeniem teorii kwantowej i szczególnej teorii względności. Prawdziwy horror zaczyna się wtedy, gdy fizycy próbują dokonać unifikacji relatywistycznej kwantowej teorii pola i ogólnej teorii względności.
23 Wnikliwy czytelnik zauważy, że wirtualny foton, przemieszczając się na tym rysunku od elektronu 1 do elektronu 2, musi cofać się w czasie. To tylko jeden ze sposobów, w jaki teoria kwantowa może zamieszać w głowie.
24 W 1905 roku Einstein wysunął hipotezę, że przenoszona przez pojedynczy kwant światła energia (E) jest proporcjonalna do częstotliwości światła (oznaczanej grecką literą v), zgodnie ze wzorem E = hv, gdzie h to stała Plancka o wartości 6,626 × 10–34 dżul × sekunda. Powyższy wzór pod wieloma względami konkuruje z jego najsłynniejszym równaniem E = mc2.
25 Na razie tyle wystarczy, jednak w następnym rozdziale będę musiał uściślić, co to znaczy, że pole ma w pustej przestrzeni zerową amplitudę.
26 Trzeba powiedzieć, że ku znacznemu rozgoryczeniu pozostałych.
27 Pełna nazwa to elektrosłabe pole Higgsa, co brzmi nieco zawile. Będę więc mówił po prostu „pole Higgsa”, odnosząc się do tego szczególnego pola Higgsa, które pojawiło się pod koniec Ery Elektrosłabej.
28 Komunikat prasowy CERN, 14 marca 2013 r.
29 Niestety, Robert Brout umarł w 2011 roku po długiej chorobie, a Nagroda Nobla nie jest przyznawana pośmiertnie.
30 Masy cząstek elementarnych są publikowane przez Particle Data Group i można je znaleźć w Internecie na stronie pdg.lbl.gov. Zgodnie z tym wykazem masa elektronu wynosi około 0,510998928 MeV/c2 (megaelektronowolty dzielone przez c2). Masa protonu to 938,272046 MeV/c2, co daje stosunek masy elektronu do masy protonu rzędu 0,000544617.
31 Kiedy w 1927 roku angielski fizyk teoretyk Paul Dirac opracował pierwszą relatywistyczną wersję teorii kwantowej dla elektronu, odkrył, że pozwala ona na sformułowanie dwa razy więcej rozwiązań, niż uważał to za konieczne. Oprócz dwóch rozwiązań dla różnych orientacji spinu elektronu znalazł również dwa odpowiadające „ujemnej energii”. Było to dla niego zagadką dopóty, dopóki wreszcie, w 1931 roku, nie pogodził się z faktem, że muszą one odpowiadać „cząstce nowego rodzaju, nieznanej fizyce doświadczalnej, mającej taką samą masę jak elektron, lecz przeciwny ładunek elektryczny”. Paul Dirac, „Proceedings of the Royal Society” 1931, t. A133, s. 60–72.
32 Cząstki obojętne elektrycznie są swoimi antycząstkami.
33 Muszę tu coś wyznać. Cząstki kwantowe mają również własność zwaną „parzystością”, wywodzącą się z właściwości cząstek w ujęciu falowym. Parzystość nie ma odpowiednika w zwykłym świecie, którego bezpośrednio doświadczamy, lecz wiąże się z momentem pędu, którym rządzi podczas oddziaływania cząstek. Ze względu na parzystość cząstki można podzielić na „lewoskrętne” i „prawoskrętne”. Co ciekawe, w oddziaływaniach słabych mogą uczestniczyć tylko cząstki lewoskrętne i antycząstki prawoskrętne. Tak naprawdę nikt nie wie dlaczego.
34 Oczywiście powyższe akronimy nie są przypadkowe. WIMP powstał pierwszy, ewidentnie stanowiąc inspirację dla późniejszego MACHO (z ang. wimp – mięczak).
35 Stąd nazwa Wielkiego Zderzacza Hadronów.
36 Izotopy mają tę samą liczbę protonów w jądrze, lecz różne liczby neutronów.
37 ALICE, czyli A Large Ion Collider Experiment (eksperyment przy wielkim zderzaczu jonów).
ROZDZIAŁ 3
Powierzchnia ostatniego rozproszenia
czyli o powstawaniu światła
Wszechświat nigdy nie będzie równie nieskomplikowany, pod względem swojej zawartości, jak teraz. Jest to Wszechświat zdominowany przez światło, w którym liczba fotonów jest około 1,6 miliarda razy większa od liczby barionów (protonów i neutronów).
Jeśli jednak moglibyśmy zerknąć do wnętrza tego Wszechświata, niewiele byśmy zobaczyli. Obdarzone ładunkiem elektrycznym protony i elektrony wciąż mają pełną swobodę i tworzą gęstą, naładowaną elektrycznie plazmę. Fotony miotają się między