עשר התגליות הגדולות בפיזיקה ובאסטרונומיה

עשר התגליות אשר מקדמות אותנו אל התשובה לשאלות הגדולות

סקרנות היא הדלק שמניע את גלגלי הפיזיקה, והפיזיקה לא מסתפקת בשאלות טריוויאליות, אלא מנסה להסביר תהיות מהותיות: מה הן אבני היסוד של החומר? איך בנוי היקום? איך הכול התחיל? ואיך זה יסתיים? ניסיון צנוע להשיב לשאלות אלו ניתן בחמש התגליות שחותמות רשימה זו. המדען, מצדו, מעלה שאלות נוספות ומנסה להבין את התהליכים עצמם, לפתח תאוריות ולא פחות חשוב – לבדוק אותן בניסוי. חמש התגליות הראשונות עוסקות בשאלות כאלו, ויחד הן משלימות תמונה מורכבת של הפיזיקה ושל האסטרונומיה, שבה ניסוי ותאוריה שזורים זה בזה. עשר התגליות המובאות להלן הן בעיני נקודות חשובות בזמן ובהבנה, וכל אחת מהן פותחת צוהר לעולם מופלא ומגוון של ידע, תעוזה ויותר מכל – סקרנות.

1. חוקי ניוטון
את המסע שלנו לעבר התגליות הגדולות של הפיזיקה נתחיל עם גליליאו גליליי (Galilei), מגדולי המדענים בכל הזמנים. אמנם גליליאו לא היה הראשון שמתח ביקורת על התפישה של אריסטו, ולפיה גוף יכול לנוע רק בתנאי שפועל עליו כוח, ועם זאת הוא היה הראשון שהצליח להבין לעומק את מושג ההתמדה (אינרציה) ולנסח אותו בצורה המוכרת כיום בתור החוק הראשון של ניוטון: גוף יתמיד במהירותו ובכיוון תנועתו, אלא אם כן יפעל עליו כוח חיצוני.

החוק השני של ניוטון, החוק הבסיסי של המכאניקה, מגדיר את מושג המסה. ניוטון טען שתכונה זו, הייחודית לכל גוף, קובעת את יכולתו להתנגד לשינוי מהירות בהשפעת כוח חיצוני. על-פי החוק השלישי, חוק הפעולה והתגובה, הפעלת כוח על גוף אחר תלווה תמיד בכוח הפוך בכיוונו ושווה בגודלו. חוקי ניוטון, שפורסמו בשנת 1687, מספקים לא רק הבנה אינטואיטיבית של גדלים פיזיקאליים בסיסיים, אלא גם מהווים כלי דידקטי ממעלה ראשונה, ויתרה מכך, הם מאפשרים לראשונה לבצע חישובים מכאניים מדויקים.

ראוי לחתום פרק זה במשפט של אייזק ניוטון (Newton), המהווה לדעתי את תמצית המדע: “אני רואה את עצמי כילד המשחק על חוף הים, ומשתעשע, פעם באבן חלקה יותר ופעם בצדף יפה יותר, בעוד האוקיינוס הענק של האמת משתרע מול עיניי וצופן את סודותיו”. גליליאו וניוטון יככבו גם בתגלית השנייה, שתעסוק בתורת הכבידה, אלא שהפעם יצטרף אליהם לא אחר מאשר אלברט איינשטיין (Einstein).

2. תורת היחסות הכללית
גליליאו היה הראשון שהבין את “עקרון השקילות”, שלפיו מסה כבידתית, הגורמת למשיכה בין שני גופים, זהה למסה האינרציאלית, המוגדרת בחוק השני של ניוטון. הניסוי המפורסם שבו גליליאו מפיל שני גופים ממגדל פּיזה, האחד כבד מהשני, ושניהם מגיעים יחד לקרקע, היה כנראה ניסוי מחשבתי בלבד, משום שגליליאו הבין שהתנגדות האוויר תמנע ממנו לערוך את הניסוי כהלכה. בכל-זאת, רעיון זה הוא הביטוי הראשון לעקרון השקילות, וחשיבותו בכך שסתר את הגישה האריסטוטלית, שלפיה גוף כבד נופל מהר יותר.

מגדל הפעמונים הנטוי של פיזה, שעל-פי הסיפור גלילאו גליליי (1642-1564) זרק מראשו גופים שונים על-מנת להוכיח את עקרון השקילות. מתוך ויקיפדיה

נדלג שלוש מאות שנה קדימה. בשנת 1907, בעודו יושב במשרד הפטנטים בברן, עלתה בראשו של איינשטיין מחשבה, שאותה הוא תיאר לימים בתור “המחשבה המאושרת בחיי”. “אדם שנופל מגג של בניין, לא מרגיש את המשקל של עצמו”, הסיק איינשטיין מעקרון השקילות, ובעזרת רעיון נוסף, הקרוי עקרון מאך (Mach), שלפיו כל גוף ביקום נמצא בנפילה חופשית יחסית לשאר הגופים, הצליח איינשטיין בתוך שמונה שנים לגבש את תורת היחסות הכללית. על רגל אחת, תורה זו אומרת, שהמרחב-זמן קובע כיצד המסה תנוע, ואילו המסה קובעת איך המרחב-זמן יתעקם, ואידך זיל גמוֹר…

הבדלים משמעותיים בין הכבידה של ניוטון ובין תורת היחסות הכללית באים לידי ביטוי רק עבור כבידה חזקה, כמו למשל בחורים שחורים, אותם גופים שאפילו אור לא יכול להשתחרר משדה הכבידה שלהם, וקיומם מוסבר רק על ידי תורתו של איינשטיין. אולם, כאשר דרוש דיוק גבוה אז גם בתנאי כבידה חלשה יש להתחשב ביחסות כללית, ולכן לוקחים אותה בחשבון בעת תכנון מסלולי חלליות ואפילו במערכת ה-GPS. מכאן נפנה לכוח בסיסי אחר, שבדומה לכבידה טווח פעולתו אינסופי – הכוח האלקטרומגנטי.

3. משוואות מקסוול
רוב ההמצאות של מאתיים השנה האחרונות קשורות בדרך זו או אחרת לחשמל ולמגנטיות. המדען שסיפק יותר מכולם את הבסיס הניסויי להמצאות אלו היה ללא ספק מייקל פאראדיי (Faraday) הבריטי. פאראדיי, חסר השכלה פורמאלית, רכש ידע על ידי קריאת הספרים שאותם כרך לפרנסתו. לאחר שהתקבל לתפקיד של עוזר מדעי הצליח פאראדיי, בעבודת נמלים של אינספור ניסויים, לרשום לזכותו מספר לא מבוטל של גילויים בכימיה ובפיזיקה. ביניהם ראוי לאזכור מיוחד החוק הנושא את שמו, ולפיו שדה מגנטי משתנה משרה מתח חשמלי. על פי גילוי זה בנה פאראדיי ב-1831 את הדינמו הראשון.

לג’יימס מקסוול (Maxwell) היתה יכולת לראות את התמונה הכוללת. כאשר הבחין בסימטריה שבין חשמל למגנטיות, החליט מקסוול לשמש מעין “עורך ראשי”, ולאחד את החשמל והמגנטיות למערכת משוואות אחת. תחילה הניח, כאנלוגיה לחוק פאראדיי, ששדה חשמלי משתנה ייצור שדה מגנטי, ובשלב הבא הצליח לרכז את כל הידע האלקטרו-מגנטי שהצטבר לתוך ארבע משוואות בלבד. נוסף לחוק פאראדיי מכילות המשוואות את חוק גאוס החשמלי, את חוק גאוס המגנטי ואת חוק אמפר עם ההרחבה של מקסוול. קרינה אלקטרומגנטית היא אחד הפתרונות למשוואות אלו, ומקסוול  שהבין בעצמו כי אור הוא סוג של קרינה כזו  הצליח לחשב לראשונה את מהירות האור מתוך המשוואות שלו. כקוריוז ניתן לציין שהטלוויזיה הצבעונית חבה את קיומה למקסוול, החל משידורי הטלוויזיה כקרינה אלקטרומגנטית, דרך השנאים ושאר הרכיבים החשמליים שבתוכה וכלה בעקרון הרכבת צבעים על ידי שלושה צבעי יסוד, שהתגלה על ידו.

התפתחות תאורטית נוספת בתחום החשמל והמגנטיות חלה רק עם הצגת תורת הקוונטים. לפי תורת הקוונטים אור הוא גל שלפעמים מתנהג כמו חלקיק, ומצד שני חומר מורכב מחלקיקים אשר מתנהגים לעתים כמו גלים. על תורת הקוונטים והשלכותיה בתגלית הבאה.

4. תורת הקוונטים
בדעותיו היה מקס פּלאנק (Planck) אדם שמרני. בשנת 1900, כאשר טען שהאור מורכב מקוואנטים של אנרגיה (פוטונים) ובכך הסביר את נוסחת הקרינה של גוף שחור, הדבר האחרון שרצה היה לחולל מהפכה פיזיקאלית. חמש שנים מאוחר יותר התנגד פּלאנק להסבר הקוונטי של איינשטיין לגבי האפקט הפוטואלקטרי, משום שרצה “להציל את משוואות מקסוול”, אשר מתארות את האור כגל. אולם פּלאנק חולל מהפכה, ונכנס להיסטוריה כאבי תורת הקוונטים, שמהווה כיום את המודל הפיזיקאלי השימושי ביותר; עד כדי כך, שלא ייתכן חישוב מיקרוסקופי מדויק אשר לא לוקח אותה בחשבון.

רבים תרמו לתורת הקוונטים, ורבים פירשו אותה, ולא ניתן לפרט כאן את כולם. בכל זאת, ננסה להביא את תמצית תורת הקוונטים, או במילים אחרות  נספר על משוואת שרדינגר. בשנת 1926 התרשם ארווין שרדינגר ((Schrödinger מעבודת הדוקטורט של לואי דה-ברויי (de-Broglie), ובמיוחד מכך שהלה הציג חלקיקים בתור גלים. שרדינגר הציע לתאר מערכת קוונטית כלשהי בעזרת פונקצית גל, המהווה את פתרונה של המשוואה הנושאת את שמו. את פונקצית הגל ניתן להציג כסופרפוזיציה (חפיפה) של מצבים, ודרך רישום זו מאפשרת בפשטות למצוא את הערכים המותרים שיתקבלו בניסוי ולחשב את ההסתברויות למדוד ערכים אלו. ניתן לומר, שהוא הציע שיטת פתרון פשוטה לבעיה קוונטית כלשהי, אם כי באופן מעשי נאלצים בדרך-כלל להסתפק בפתרון מקורב. ראוי להדגיש שמבחינת ההיבט הפילוסופי, תורת הקוונטים היא הסתברותית ודטרמיניסטית גם יחד, היות שההסתברויות לקבלת מדידות מסוימות מחושבות באופן דטרמיניסטי.

ארווין שרדינגר, מנסח המשוואה הבסיסית של תורת הקוונטים
ארווין שרדינגר, מנסח המשוואה הבסיסית של תורת הקוונטים
אחד התחומים שזכו לעדנה מחודשת עם הצגת תורת הקוונטים הוא תחום התרמודינאמיקה, והשילוב המוצלח שלהם הוביל לפיתוח חומרים חדשים ולהבנה טובה יותר של תכונותיהם. על רגע מכריע בהתפתחות התרמודינאמיקה בתגלית הבאה.

5. החוק השני של התרמודינאמיקה
המהפכה התעשייתית, שהחלה בסוף המאה ה-18, קשורה הדוקות לענף התרמודינאמיקה ולהתפתחותו. החוק השני של התרמודינאמיקה, שניתן לנסחו בשלושה אופנים, הוא שקובע את המגבלות של השימוש באנרגיית חום, ובמידה מסוימת מציב סייג ליכולת התעשייתית. על פי הנוסח הראשון, הנצילות של מנוע חום מוגבלת, והיא לעולם לא תעבור את הנצילות של מנוע המבוסס על מחזור קרנוֹ. הנוסח השני קובע שלצורך קירור יש להשקיע אנרגיה, והנוסח השלישי, המפולפל שבהם, טוען שהאֶנטרופיה של מערכת סגורה לא תקטן לעולם.

את ההבנה של מושג האנטרופיה, מידת אי-הסדר של מערכת, אנו חייבים ללודוויג בולצמן (Boltzmann), שהגדיר אותה בעזרת מספר הסידורים האפשריים של המולקולות, והניח בכך את אחד מיסודות המכאניקה הסטטיסטית, אשר נותנת את ההסבר הפיזיקאלי לתרמודינאמיקה. המשמעות הפילוסופית של החוק השני בכך שהוא נותן כיוון מוגדר לחץ הזמן, ומבחין בין עבר לעתיד. על בולצמן עצמו ניתן לספר שהוא הקדים את זמנו, שרעיונותיו לא תמיד התקבלו, ושהוויכוחים האינסופיים דכדכו את רוחו. כמו כן הוא סבל כנראה ממאניה-דפרסיה, ובעת חופשה באיטליה בשנת 1906 איבד עצמו לדעת. שנים מאוחר יותר שימש מושג האנטרופיה כהשראה לתחום מתמטי חדש, הקרוי תורת האינפורמציה.

לודוויג בולצמן, שהגדיר את מושג האנטרופיה
לודוויג בולצמן, שהגדיר את מושג האנטרופיה
הישג אחר של בולצמן היה בניסוח משוואה הקרויה כיום על שמו, ומתארת את השינוי בצפיפות חלקיקים לאורך זמן, בהשפעת גורמים חיצוניים. משוואה זו מוצאת שימוש נרחב בהבנת תהליכים בגלקסיות, ובהבנת תהליכים שקרו ביקום הצעיר לאחר המפץ הגדול. שני נושאים אלו יעסיקו אותנו בתגליות הבאות.

6. גילוי הגלקסיות
שני ויכוחים אסטרונומיים גדולים התחוללו במאה ה-20. האחד עסק במבנה היקום והאחר בראשיתו. הדיון לגבי קיומן של גלקסיות מלבד שביל החלב, הקרוי גם “הוויכוח הגדול”, היה ויכוח פומבי אמיתי במסורת הרנסאנס, והוא התרחש ב-26 באפריל 1920, במוזיאון הסמיתסוני בוושינגטון. ראוי לציין שלמעלה מ-150 שנה קודם לכן, עמנואל קאנט (Kant), הפילוסוף הנודע, העלה את ההשערה ששביל החלב איננו כל היקום, אלא שיש עוד “איי עולמות”, שהיום קרויים גלקסיות. בוויכוח הגדול עצמו נקט הֶבֶּר קֵרטִיס (Curtis) עמדה זהה לזו של קאנט, וטען שערפילית אנדרומדה היא גלקסיה בפני עצמה מחוץ לשביל החלב. את טענתו ביסס על תצפיות שלפיהן כמות אירועי הנובה בערפילית זו, שבמהלכם כוכב זורח באור חזק לזמן קצר, משתווים לכמות אירועי הנובה בכל שאר הכיוונים. לעומתו, הסתמך הרלואו שָׁפְּלִי (Shapley) על הדיווח כי ערפילית אנדרומדה נצפתה מסתובבת, ולכן אינה יכולה להיות מרוחקת מאיתנו יתר על המידה, כלומר היא נמצאת בתוך שביל החלב.

ההכרעה נפלה כעבור שנים ספורות, כאשר אדווין האבּל (Hubble) צפה בערפילית אנדרומדה וקבע מעל לכל ספק שזאת גלקסיה נפרדת ורחוקה מאיתנו. היום מעריכים את מספרן של הגלקסיות ביקום במאות מיליארדים. פתרון החידה של מבנה היקום היה גם האות לפתיחתו של ויכוח אסטרונומי אחר, ארוך שנים, לגבי מוצאו של היקום. התגלית הבאה תעסוק במפץ הגדול.

7. המפץ הגדול
ההתלבטות בין יקום סטטי ובין יקום מתפשט שמקורו בנקודה אחת הוכרעה רק בשנות השישים. כאן נביא שלוש ראיות מרכזיות למודל המפץ הגדול, או במילים אחרות – המפץ הגדול בשלוש מערכות. במערכה הראשונה נחזור לאדווין האבּל, והפעם נספר על החוק הנושא את שמו. האבּל גילה שככל שגלקסיה רחוקה מאיתנו כך היא מתרחקת במהירות גדולה יותר. חוק האבּל הכריע את הכף לצד של יקום מתפשט, אך נותרה פתוחה השאלה אם מקורו בנקודה אחת או שכל העת נוצר בו חומר חדש.

הראיה השנייה התגלתה לגמרי במקרה, והיא שהכריעה את הכף לטובת המפץ הגדול. בשנת 1964 נמדדה קרינת רדיו איזוטרופית, שמאוחר יותר התבררה כמתאימה בדיוק לקרינת הרקע הקוסמית, שמקורה ייתכן רק ביקום חם וקטן. מקורם של פוטונים אלו ביקום צעיר בן 400 אלף שנה לערך, שבו הטמפרטורה ירדה מספיק והגיעה ל-3000 מעלות קלווין, כך שהאלקטרונים יכלו ליצור יחד עם הגרעינים את האטומים הראשונים. קודם לכן היו הפוטונים מתנגשים ללא הרף באלקטרונים ובגרעינים, והיקום לא היה חדיר לקרינה.

האנטנה ששימשה את ארנו פנזיאס (Penzias) ורוברט ווילסון (Wilson) בשנת 1964, בעת הגילוי המקרי של קרינת הרקע הקוסמית, אשר נחזית על-ידי מודל המפץ הגדול
האנטנה ששימשה את ארנו פנזיאס (Penzias) ורוברט ווילסון (Wilson) בשנת 1964, בעת הגילוי המקרי של קרינת הרקע הקוסמית, אשר נחזית על-ידי מודל המפץ הגדול
המערכה השלישית והאחרונה לוקחת אותנו עוד יותר אחורה בזמן, לשלוש הדקות הראשונות של היקום. מתברר ששכיחות היסודות הקלים כיום מתאימה בדיוק לתחזית של המפץ הגדול. בשלוש הדקות הראשונות הטמפרטורה היתה גבוהה דיה לצורך מיזוג גרעיני, ובפרק זמן קצר זה נוצר למשל רוב ההליום ביקום, שמהווה רבע ממסת החומר הנמדד.

ראוי להעיר, שההבנה כי כדור הארץ איננו מקום מיוחד ביקום, הקרויה גם “העיקרון הקופרניקאי”, היא שאִפשרה את התפתחות התאוריות הקוסמולוגיות של ימינו. עוד על קופרניקוס בתגלית הבאה, שבה נצטרך פעם נוספת לתקן תפישה מוטעית של אריסטו.

8. כדור הארץ סובב את השמש
ניקולאיי קופרניקוס (Copernicus) לא היה הראשון שטען כי כדור הארץ סובב את השמש. קדמו לו אנשי מדע הודים ויוונים, שחיו אלפי שנה לפניו. ראוי לאזכור מיוחד אריסטארכוס (Aristarchus) היווני, שנולד באי סאמוס, וחי במאה השלישית לפני הספירה. לבד מהספר, שלא שרד, שבו פיתח אריסטארכוס את המודל ההליוצנטרי, יש בידינו ספר אחר פרי עטו שבו הוא מבצע ניסיונות אמיצים למדוד את גודלם של הירח ושל השמש ואת המרחקים אליהם. בספר זה לא מוזכר הרעיון ההליוצנטרי, ועל פי עדויות מאותה תקופה, ניסיונו לכפור בגישה האריסטוטלית הגאוצנטרית לא התקבל, ותורתו נשכחה.

המודל ההליוצנטרי של קופרניקוס, כפי שהוא מופיע בספרו De revolutionibus orbium coelestium
המודל ההליוצנטרי של קופרניקוס, כפי שהוא מופיע בספרו De revolutionibus orbium coelestium
התצפיות שנעשו במשך השנים לא תמכו במודל הגאוצנטרי, וכדי להצילו הוסיפו עם הזמן לתנועת השמש וכוכבי הלכת סביב כדור ארץ עוד תנועה מעגלית בעלת רדיוס קטן הרבה יותר. מעגלים אלו, שבראייה היסטורית מהווים חטא על חטא, קרויים אֶפּיציקלים. קופרניקוס, שהעז לפרסם את ספרו הגדול על השיטה ההליוצנטרית רק על ערש דווי, הניח שכוכבי הלכת סובבים את השמש במעגלים, ועל כן גם הוא נאלץ להוסיף לתמונת מערכת השמש שלו אפיציקלים.

בהמשך המאה ה-16 ביצע טיכו בראהה (Brahe) מדידות מדויקות לגבי תנועת כוכבי הלכת, אך לא פירש אותן נכונה. הוא חשב שהשמש סובבת את הארץ ואילו שאר כוכבי הלכת סובבים את השמש. היה זה יוהאנס קפלר (Kepler), הראשון שהבין את התנועה האליפטית של כוכבי הלכת מסביב לשמש, והבנה זו היא אחד משלושת החוקים המפורסמים הנושאים את שמו, ומסכמים את הידע שלנו לגבי מערכות פלנטאריות.

היום אנו מכירים היטב לא רק את מערכת השמש שלנו, אלא יש בידינו מידע לגבי מערכות פלנטאריות נוספות. התגלית הבאה תעסוק גם היא בדגם מעין פלנטארי, אלא שיהיה זה דגם שונה לחלוטין, הקטן עשרות סדרי גודל ממערכת השמש שלנו – האטום.

9. מבנה האטום
בעשור הראשון של המאה ה-20 רווח מודל האטום של ג’וזף תומסון (Thomson), מגלה האלקטרון, שלפיו האטום בנוי מאלקטרונים בעלי מטען שלילי המפוזרים בתוך כדור הטעון במטען חשמלי חיובי אחיד. פחות ידוע, שכבר אז היה קיים מודל נוסף, מקובל פחות, פרי מוחו של האנטארו נגאוקה (Nagaoka) היפני, אשר טען כי האלקטרונים באטום סובבים סביב גרעין חיובי ומסיבי.

בשנת 1911 החליט ארנסט רתרפורד (Rutherford), חתן פרס נובל טרי, להשתמש בידע שלו לגבי חלקיקי אלפא, ולערוך במעבדתו ניסוי שלימים ייכנס להיסטוריה. הוא הפציץ עלה זהב בעזרת חלקיקי אלפא ובחן את זוויות הפיזור. להפתעתו גילו עוזריו שחלקיקי האלפא מתפזרים בזוויות גדולות ולפעמים אפילו חוזרים לאחור. “זה כאילו היית יורה פגז על פיסת נייר, והוא היה חוזר אחורה ופוגע בך”, היטיב לנסח זאת רתרפורד עצמו. הניסוי של רתרפורד אישר את המודל הפלנטארי של האטום, אך היתה לו בעיה אחת – אטום כזה לא היה יציב. כאן נחלץ לעזרתו נילס בוהר (Bohr), ותוך שילוב העקרונות החדשים של תורת הקוונטים הגביל את המסלולים המותרים לאלקטרונים הנעים מסביב לגרעין. בהמשך גילה בוהר שההנחה כי אלקטרונים שעוברים ממסלול אחד למשנהו פולטים או בולעים פוטונים מסבירה את תדרי הפליטה של אטום המימן, אשר נמדדו בניסויים קודמים. את התוצאה פירסם ב-1913, ופתח בכך את ענף הפיזיקה האטומית המודרנית, המבוסס על תורת הקוונטים.

רתרפורד עצמו המשיך לחקור את מבנה האטום וב-1920 הגיע למסקנה שבגרעין נמצאים לא רק הפרוטונים, בעלי המטען החיובי, אלא גם חלקיקים ניטרליים, שזכו תוך זמן קצר לכינוי ניטרונים, והתגלו בניסוי כעבור 12 שנה. חלקיקים נוספים רבים בעלי גודל תת-אטומי התגלו במהלך המאה ה-20. בנושא זה תעסוק התגלית העשירית והאחרונה.

10. המודל הסטנדרטי
הפיסה הראשונה בתצרף החלקיקים האלמנטריים, אבני הבניין של החומר והקרינה, הונחה בשנת 1897 עם גילוי האלקטרון, והפיסה האחרונה, לעת עתה, הוצבה בשנת 2000, כאשר התגלה חלקיק העונה לשם טאו-ניטרינו. תיאוריית החלקיקים האלמנטריים, המוכרת בפשטות בתור “המודל הסטנדרטי”, היא המודל המדויק ביותר במדע, ותרמו לה פיזיקאים רבים מאד, הן בצד התיאורטי הן בצד הניסויי. מרשימה העובדה שהניסוח המתמטי שלה, המבוסס על סימטריה, הוא כה פשוט, עד כי אפשר לרשום את התורה כולה בחמש שורות.

על פי המודל הסטנדרטי, מקורו של כוח (אינטראקציה) בין שני חלקיקים הוא בהחלפה בלתי פוסקת של חלקיקים נושאי כוח ביניהם. בשנות השישים הגיעו מספר פיזיקאים לתחזית חשובה, שהעמידה את התאוריה כולה במבחן. לדבריהם, קיימים בטבע שלושה חלקיקים נושאי כוח, דמויי פוטון, אשר אחראים יחד איתו לפעולתו של הכוח האלקטרו-חלש, מין איחוד של הכוח האלקטרומגנטי ושל הכוח הגרעיני החלש (אשר אחראי לקרינת ביתא). הם טענו שלחלקיקים אלו, שזכו לכינויים W פלוס, W מינוס ו-Z אפס, יש מסה גבוהה, ועל כן טרם התגלו במאיצי חלקיקים. זה היה האות לפתיחתו של מירוץ בין קבוצות מחקר שונות בעולם לגילוי החלקיקים החדשים. המירוץ הגיע לרגע השיא בדצמבר 1982, והוכרע רק בפוטו-פיניש. קבוצת גלאי UA1 (ב-CERN שליד ז’נבה) בראשותו של קרלו רובּיה (Rubbia) האיטלקי, מצאה שישה חלקיקי W ובכך הקדימה בימים ספורים את המתחרים.

החלק המרכזי של גלאי UA1, שבו התגלו לראשונה חלקיקי W בדצמבר 1982, וחלקיק Z – חצי שנה מאוחר יותר
מקור: CERN
החלק המרכזי של גלאי UA1, שבו התגלו לראשונה חלקיקי W בדצמבר 1982, וחלקיק Z – חצי שנה מאוחר יותר
מקור: CERN
היום אנו נמצאים שוב בצומת דרכים. ניסויים מהשנים האחרונות הראו שלחלקיקי ניטרינו יש מסה גבוהה מאפס, בניגוד לתחזית המודל הסטנדרטי. האם ייתכן שהמודל הסטנדרטי הוא חלק מתצרף גדול יותר ומדויק יותר? שאלה חשובה זו, ועוד רבות אחרות, ובהן גם כאלו שעדיין לא נשאלו, יעסיקו אותנו עוד שנים רבות, וינחו את הדרך לעבר הידע וההבנה.

אריה מלמד-כץ עומד לקראת סיום לימודי הדוקטורט במחלקה לפיזיקה של חלקיקים במכון ויצמן. בזמנו הפנוי הוא מנסה להתחקות אחר סיפורים מדעיים מיוחדים ולחשוף פרטים לא מוכרים