Dopóki opisywane w poprzedniej części artykułu  zjawiska nie miały "konkretnych" zastosowań, nikt się nimi nie interesował. Po II wojnie światowej okazało się, że nauka o kwantach i cząstkach elementarnych może znaleźć zastosowanie w wojskowości, więc pieniądze popłynęły szerokim strumieniem. Uczeni już wiedzieli, że cząstki elementarne pochodzące z kosmosu nie wystarczą. Konieczne stało się wybudowanie urządzeń, które będą potrafiły przyspieszać cząstki, aby można było nimi bombardować inne cząstki.

Zastosowanie nowych i potężnych akceleratorów oraz czułych detektorów zaowocowało pod koniec lat sześćdziesiątych odkryciem całej masy nowych cząstek – w szczytowym okresie było ich ponad 200. Ktoś musiał coś z tą menażerią zrobić i uporządkować cały ten chaos.

Model standardowy

Całą wiedzę o cząstkach elementarnych opisuje obecnie tzw. Model Standardowy. Z dokładnością do milionowych części model opisuje cały Wszechświat w zakresie najwyższych energii i najmniejszej skali oraz dostarcza wiedzy o tym, jak wyglądał nasz Wszechświat zaraz po upływie miliardowych części sekundy.

Wszystkie cząstki, z którymi nauka miała do tej pory do czynienia można podzielić na dwie grupy: cząstki tworzące materię – fermiony (12 różnych) i cząstki przenoszące oddziaływania między fermionami – bozony (4 różne).

Fermiony, to między innymi elektron i kwarki – z nich zbudowane są wszystkie substancje we Wszechświecie. Bozony, to cząstki związane z przenoszeniem oddziaływań pomiędzy fermionami. Foton - odpowiada za wszystkie oddziaływania związane z elektromagnetyzmem. Gluon – odpowiada za tzw. oddziaływania silne, siły działające pomiędzy kwarkami w jądrze atomowym – spaja jądro w całość. Bozon – odpowiada za tzw. oddziaływania słabe i związane jest m.in. z radioaktywnością.

Czwarta cząstka, którą nazywamy grawitonem odpowiada za wszystkie zjawiska związane z przyciąganiem grawitacyjnym ciał. Grawiton wymyka się na razie z wszelkich badań. Jego teoretyczne własności fizyczne są tak niewielkie, że nie mamy możliwości technicznych, aby spróbować ją w jakikolwiek sposób „złapać”. Wiemy, że powinna istnieć, bo tak mówią teorie i matematyczne wzory.

Przyszłość

Czym zajmują się obecnie fizycy? Aby odkryć coś nowego, potrzebne są coraz szybsze cząstki elementarne. Obecnie przyspieszamy je w akceleratorach – to taki kilkudziesięciokilometrowy tunel pod ziemią w kształcie okręgu. Największy znajduje się w CERN pod Genewą. Ma długość ponad 27 kilometrów, a cząstki obiegają go 11000 razy na sekundę! Na budowę dłuższych tuneli jak na razie nas nie stać, więc wymyślane są coraz ciekawsze doświadczenia.

Drugi kierunek badań, to czysto teoretyczne, matematyczne rozważania związane z opisaniem świata i wszystkich zachodzących w nim zjawisk jednym wzorem. W nauce, ten kierunek badań nosi nazwę unifikacji i uczeni usilnie pracują na swoją nieśmiertelność próbując połączyć ze sobą wszystkie cztery rodzaje oddziaływań i cząstek w tzw. Teorię Wszystkiego.

Co już się udało? Pod koniec XIX wieku Maxwell opisał jednym wzorem oddziaływania elektryczne i magnetyczne. W 1968 roku opublikowana została teoria oddziaływań elektrosłabych, łącząca elektromagnetyzm z oddziaływaniami słabymi (elektrony z bozonami). Obecnie trwają próby dołączenia do tej teorii oddziaływań silnych. Opublikowane zostało kilka matematycznych modeli, ale żaden z nich do końca nie jest wystarczająco poprawny. Ostatnim etapem będzie dołączenie do modelu grawitacji.

Wymyślenie matematycznego modelu to jedno, ale praktyczna weryfikacja jego poprawności i możliwość przeprowadzenia doświadczeń, będzie wymagało ogromnych wysiłków i nakładów. Badania nad elektrycznością (elektrony i fotony) wymagały energii około 10² GeV. Jeśli w największym ziemskim akceleratorze potrafimy zderzać cząstki które mają energie rzędu 10⁴ GeV, co umożliwiło sprawdzenie teorii oddziaływań elektrosłabych, to oddziaływania silne będą wymagały energii rzędu 10¹⁶ GeV, a badania nad grawitonem? Być może takich energii nigdy nie będziemy w stanie uzyskać w warunkach ziemskich.

mgr inż. Wacław Libront