Prof.dr.Dejan Stojković - O crnim rupama, elektro slabim zvezdama

    Prošlo je nešto više od 50 godina otkako je čovek zakoračio u svemir, ali čini se da tek sada polako otkrivamo njegove najveće tajne.

PUT ZNANJA

     Nakon što je proročište u Delfima objavilo da je Sokrat najmudriji živi čovek krenuo je ovaj mudrac dalje u potragu za istinom. Razgovarao je sa političarima, onima za koje su govorili da su mudri, ali je brzo shvatio da su oni koji su najviše na glasu, najpraznoglaviji. Potom se obratio pesnicima, i to onim čijim delima se najviše divio i počeo da ih ispituje koji je smisao njihovih pesama. Shvatio je da ono o čemu pesnici pevaju nije plod njihove mudrosti, nego prirodnog dara i nadahnuća, nalik proročkom, ali da oni samo ništa ne razumeju od onoga što pevaju. Na kraju se obratio i zanatlijama, koji su zbog veštine sa kojom su radili svoj posao umišljali da su i na ostalim poljima najpametniji, pa im je ta njihova mana zatamnjivala stručnost koju su posedovali. Onda je Sokrat shvatio zašto je proglašen najmudrijim:

„Ja sam najmudriji živi čovek, jer znam da ne znam ništa".

     Ko god se našao na tom putu morao je spoznati isto što i Sokrat. Bezgranični su putevi spoznaje i taman kada pomisliš da si dokučio deo koji si istraživao, kao po pravilu izniknu neke nove perspektive.U tome je muka ali i slast poriva proniknuća u temelje postojanja.
     Predstavljam prof.dr. Dejana Stojkovića, fizičara koji se bavi proučavanjem oblasti kosmologije, astrofizike, čoveka nekih novih ideja.


RANI SVEMIR JE BIO JEDNODIMENZIONALAN

    Američki naučni časopisi nedeljama pišu o dr. Stojkovićevoj teoriji po kojoj je svemir na svom samom početku imao jednu dimenziju umesto postojeće tri. Sama ta činjenica imala bi brojne posledice i u filozofiji i u fizici, i to ne samo u načinu na koji gledamo na prošlost kosmosa već i na budućnost jer bi se moglo desiti stvaranje još jedne, četvrte dimenzije.
     Profesor Stojković, koji je diplomirao na Fizičkom fakultetu u Beogradu 1994.godine, a sada predaje na Univerzitetu u Bafalu u SAD, kaže za „24 sata” da ova teorija nije definitivna, ali da je njena prednost to što ima posledice koje se mogu proveriti eksperimentima.
   Eksperimenti s kosmičkim zracima izvedeni na velikim visinama (jedan na letu Konkorda, a jedan u balonu) indiciraju da se sudari energetskih čestica odvijaju u dvodimenzionalnoj ravni umesto u trodimenzionalnom prostoru - kaže dr.Stojković. U istraživanje ove problematike uključena je i Evropska organizacija za nuklearna istraživanja (CERN) i Veliki sudarač hadrona, u čemu učestvuje i sam dr.Stojković. Ako je to zaista tako, onda bi Veliki sudarač hadrona trebalo da primeti isti efekat – procesi na visokim energijama trebalo bi da budu planarni umesto trodimenzionalni. Moje kolege sa LHC-a i ja radimo na tome - objašnjava on.

Dr.Stojković kaže da se može očekivati i otvaranje četvrte dimenzije, što ne bismo mogli da opazimo direktno, ali bi indirektni efekti sigurno postojali.
- Na primer, otvaranje četvrte dimenzije može da uzrokuje ubrzanu ekspanziju svemira, što i jeste još jedna zagonetka koja muči kosmologe u poslednjih 13 godina - kaže dr.Stojković..izvor

prof.dr.Dejan Stojković 

Karijera:
Profesor fizike na američkom Državnom univerzitetu Njujorka u Bafalu. Naučna grupa kojoj pripada je HEPCOS (High Energy Physics and Cosmology). Istražuje gravitaciju i kosmologiju, fiziku elementarnih čestica, crne rupe, astrofiziku...
Obrazovanje:
Diplomirao je na Fakultetu za fiziku u Beogradu 1994. godine, magistrirao tri godine kasnije na Institutu za fiziku kod profesora Aleksandra Bogojevića, a doktorirao 2001. na Odeljenju za fiziku Case Western Reserve univerziteta u Klivlendu, SAD.
Lični podatci na  web stranici


      Dejan Stojković završio je Fizički fakultet (Fakultet za fiziku - moja prim.) u Beogradu 1994, kao prvi u generaciji, a 1997. magistrirao je u Grupi za elementarne čestice i gravitaciju Instituta za fiziku u Zemunu.

 "Te iste godine dobio sam nekoliko ponuda za usavršavanje u inostranstvu, a odabrao sam Case Western Reserve univerzitet u Klivlendu, SAD, koji u svom sastavu ima grupu za kosmologiju svetskog renomea. O renomeu samog univerziteta govori i činjenica da je prva američka Nobelova nagrada iz fizike dodeljena za Majklson-Morlijev eksperiment izveden upravo na ovom univerzitetu", kaže dr.Stojković.

     Doktorsku disertaciju dr.Stojković je odbranio 2001. godine, a onda je dobio dva postdoktorska radna mesta, na Univerzitetu Alberta u Edmontonu i na Univerzitetu Mičigen u An Arboru. Prvu profesuru dobio je na Case Western Reserve univerzitetu, a 2007. prelazi na Državni univerzitet Njujorka u Bafalu(SUNY at Buffalo), gde i danas radi. Na pitanje šta je presudno doprinelo njegovoj karijeri, dr.Stojković kaže da je to vrlo široko i temeljno znanje koje je dobio na beogradskom Prirodnomatematičkom fakultetu i na Institutu za Fiziku.

  "Ono je predstavljalo odličnu bazu za početak mog naučnog istraživanja u Americi. U oblasti kojom se bavim (gravitacija, kosmologija i fizika elementarnih čestica) konkurencija je izuzetna, tako da samo najbolji postdiplomski studenti u generaciji mogu da se priključe istraživačkoj grupi u toj oblasti. U praksi, lakše je biti student generacije nego priključiti se grupi u ovoj oblasti fizike jer su zahtevi rigorozni", objašnjava dr.Stojković i dodaje da je i kasnije, posle doktorata, konkurencija žestoka, a da statistika kaže da jedan od 10 doktora u ovoj oblasti dobije postdoktorski status, a jedan od 10 postdoktora dobije profesuru. Ostali menjaju oblast fizike, idu tamo gde je lakše i gde ima mnogo više otvorenih pozicija.

"Gravitacija, kosmologija i fizika elementarnih čestica smatra se u Americi i svetu plemenitom oblašću kojom može da se bavi samo mali broj probranih ljudi. Kako je moje obrazovanje dobijeno u Beogradu bilo vrlo jako, moja startna pozicija je bila bolja od ostalih postdiplomaca, i ja tu prednost nisam ispuštao sve do danas."

Dr.Stojković kaže da je na početku imao problem da promoviše svoju ideju, ali da je vremenom išlo sve lakše.

"Fizika je prirodna nauka, ali je društvena komponenta vrlo jaka. Teško je promovisati nešto radikalno novo, uvek postoji otpor. Ali dugogodišnji prethodni rad daje naučniku određenu reputaciju, koja kasnije određuje kako će njegove ideje biti primljene u naučnoj javnosti."

     Kao primer on navodi najnoviju predikciju "elektroslabih zvezda" (videti okvir "Elektroslabe zvezde i drugi najznačajniji radovi") koja je, dodaje, u naučnim krugovima opšteprihvaćena gotovo bez rezerve.
      Dr Stojković ne planira da menja oblast istraživanja. No, on napominje da kod naučnika iz oblasti koju istražuje postoji jaka tendencija da zbog prevelike konkurencije, nedostatka grantova (novca) i nemogućnosti plasiranja svojih doktoranata, prelaze u druge, manje konkurentne oblasti, gde ima mnogo više novca, otvorenih pozicija i mogućnosti za napredovanje.
       Nikada ne bih promenio oblast istraživanja. Moj naučni rad je finansiran iz fondova mog matičnog univerziteta i od strane američke vladine fondacije NSF (National Science Foundation), i do sada je finansijska podrška bila vrlo stabilna. Takođe, promena oblasti istraživanja bila bi formalno odustajanje od mog dečačkog sna – razumevanja misterija svemira koji nas okružuje i čiji smo mi deo – i što verujem da je bio san svih nas koji su se na ovaj ili onaj način opredelili da studiraju prirodne nauke", kaže dr.Stojković.

     Dr. Stojković napominje da bi teško uspeo da svoje planove realizuje u Srbiji i smatra da postoje problemi u odnosu našeg društva prema nauci, a da iz toga proizlaze sve ostale prepreke.

" Svako petogodišnje dete će brzo nabrojati pet naših sportista ili pevačica, a verovatno neće znati niti jednog našeg naučnika. Kad naš naučnik objavi interesantan rad u prestižnom međunarodnom časopisu, što je ekvivalent recimo osvajanja medalje na međunarodnom takmičenju, naši mediji treba da napišu nešto o tome. Onda ćemo vrlo brzo dobiti nove generacije klinaca koje će odrastati sa željom da budu novi Ajnštajni i Darvini. A to će za sobom povući celo društvo na viši nivo. Kada budem video doček nekog našeg naučnika ispred Skupštine, znaću da se nešto stvarno promenilo", navodi on..

        Dr.Stojković intenzivno sarađuje sa naučnicima iz Srbije. Učestvovao je u organizaciji međunarodne konferencije Balkan Workshop u Kladovu 2007. i Prolećne škole fizike u Nišu 2009, a trenutno radi na organizovanju još jedne konferencije koja će biti održana 2011. godine.
     "I uvek kad posetim Srbiju, obavezno održim predavanje ili na Kolarcu ili na Univerzitetu", dodaje. "Voleo bih da se jednom vratim u Srbiju, ali za to moraju da se stvore uslovi. Aktivno radim na kreiranju tih uslova, ne samo za sebe nego i za sve koji su otišli odavde, ali naravno, malo toga zavisi od mene", zaključuje na kraju. (izvor)

                                          Virtuelno  putovanje svemirom  

Pre nego što krenete morate pronaći crnu rupu, pa onda pogoditi brzinu..

     


2. BLACK MAX - U POTRAZI ZA MINI CRNIM RUPAMA U CERNU

                   

                                



autor : Prof.dr.Dejan Stojković

       Kvantna gravitacija je "Sveti Gral"teorijske fizike. Ne postoji koncept koji je važniji a u isto vreme nedostupniji modernoj fizici. Uprkos stalnim naporima u poslednjih nekoliko decenija nismo uspeli da kvantujemo gravitaciju. Zbog toga postoji vrlo malo pouzdanih predikcija o tome šta se dešava na energijama gde klasična gravitacija prestaje da važi, tj. energijama većim od Planck-ove energije.
Jedna od malobrojnih robusnih predikcija je proizvodnja crnih rupa u sudarima čestica čija energija prevazilazi Planck-ovu energiju. Prema tzv."conjecture (pretpostavka obruča), ako se masa / energija sabije u prostor manji od gravitacionog radijusa za datu masu /energiju [1], onda neizbežno dolazi do stvaranja horizonta, tj. crne rupe. To znači da ako imamo sudar dve čestice čiji je impakt parametar (minimalno rastojane između dve čestice prilikom sudara) manji od gravitacionog radijusa za datu energiju sudara tih čestica, onda možemo očekivati formiranje mini crne rupe. Ta mogućnost je do nedavno pripadala domenu naučne fantastike.

      Planck-ova energija je ogromna za pojmove elementarnih čestica. U standardnim jedinicama iznosi 10^19 GeV (dok je recimo energetski ekvivalent mase protona 1 GeV). Preneseno u grame, ekvivalent Plankove mase je 10^(-5) grama, što je već jednako masi nekih primitivnih bakterija. Akcelerator koji bi bio u stanju da ubrza čestice do Plankc-ove energije morao biti veliki skoro kao ceo univerzum. Iz tog razloga, bilo je uzaludno pričati o proveravanju predikcija kvantne gravitacije na energijama trenutno dostupnim u našim akceleratorima.

     M eđutim, sasvim neočekivano, problemi u našem razumevanju Standardnog modela elementarnih čestica doveli su do uzbudljivog preokreta. Standardni model elementarnih čestica je jedan od najvećih dostignuća fizike u prošlom stoleću. On uspešno objedinjuje elektromagnetne i slabe interakcije  i korektno opisuje gotovo sve eksperimente u fizici visokih energija urađene na nama trenutno dostupnim energijama. Standardni model predviđa postojanje čestice poznate pod imenom Higgs bozon.
     Bez Higgs-a, mi ne znamo kako da objasnimo mase ostalih elementarnih čestica, a verovatno bi i ceo koncept Standardnog modela pao u vodu. Na žalost, Higgs je jedina čestica iz Standardnog modela koja do danas još nije pronađena Na još veću žalost, nije problem samo činjenica da Higgs još uvek nije pronađen. Dok Higgs objašnjava postojanje masa skoro svih ostalih elementarnih čestica, negova masa ne može da se objasni u Standardnom modelu. Proračuni pokazuju da njegova masa strogo zavisi od energetske skale na kojoj postoji nova fizika iza Standardnog modela. Ako iza Standardnog modela (čija je energestka skala 250 GeV) ne postoji nova fizika sve do skale kvantne gravitacije, onda Higgs-ova masa mora prirodno biti reda veličine Planck-ove masse, tj. 10^19 GeV!                  Tako masivan Higgs ne bi mogao učestvovati u interakcijama na skali Standardnog modela (250 GeV), što direktno prkosi celokupnom uspehu Standardnog modela. Problem sa Higgs-ovom masom daje stroge indikacije da nova, interesantna fizika mora da postoji na skalama ne mnogo većim od trenutno dostupnih. To je glavna motivacija za izgradnju LHC-a (Large Hadron Collider) u CERNU-u. Posle nekoliko odlaganja i osam milijardi dolara uloženih u projekat, LHC će početi sa radom ovih dana. Na LHC-ju će se sudarati protoni ubrzani do energije u centru mase od 14 TeV ili 14000 GeV. To će biti više nego dovoljno da se proveri region iza Standardnog modela gde se očekuje najzanimljivija nova fizika. Trenutno postoje dva glavna konkurenta: supersimetrija i ekstra dimenzije sa niskom skalom Planck-ove energije. Najveći broj današnjih naučnika veruje da će LHC otkrtiti supersimetriju (pri tome ne smemo zaboraviti Einstein-a koji je govorio da se istina u fizici na utvrđuje prebrojavanjem glasova).

Mini crne rupe u LHC
Astronomski Magazin

     Supersimetrija je simetrija između bozona (čestica sa celobrojnim spinom) i fermiona (čestica sa polu-celobrojnim spinom). Ako se proučava na skali Planck-ove energije igra značajnu ulogu u teoriji struna. Na energijama bliskim Standardnom modelu može da stabilizuje Higgs-ovu masu oko vrednosti koja je zadovoljavajuća.

       Međutim, supersimetrija ne predviđa postojanje samo jedne Higgs-ove čestice. Minimalna verzija supersimetrije zvana MSSM (Minimal SuperSymmetric Model) predviđa postojanje 5 različitih Higgs-ovih čestica. Sa ove tačke gledišta, eventualno otkriće samo jedne Higgs-ove čestice na LHC-u bilo bi isto tako zbunjujuće kao i totalno odsustvo Higgsa na ovim energijama.





         Zanimljiviji scenario je onaj sa ekstra dimenzijama i niskom skalom Plankc-ove energije. Prema tom scenariju, gravitacija nije najslabija interakcija u prirodi nego je isto tako jaka kao i interakcije Standardnog modela. Jačina gravitacione interakcije je određena Newton-ovom gravitacionom konstantom G. U odgovarajućim jedinicama G=1/Mpl^2.  U konvencionalnoj fizici Planck-ova masa /energija je ogromna što znači da je gravitaciona interakcija vrlo slaba.            Međutim, u teorijama sa jakom gravitacijom fundamentalna Planck-ova masa se postulira na energijama vrlo bliskim Standardnom modelu, negde oko 1 TeV = 1000 GeV. Ako je Planck-ova energija, tj.energija nove fizike iza Standardnog modela reda veličine 1 TeV, onda ni Higgs ne treba da bude teži od toga.
Ta činjenica direktno rešava problem Higgs-ove mase u Standardnom modelu. Pitanje je samo kako akomodirati jaku gravitaciju kada ekseprimenti jasno pokazuju da je gravitacija najslabija interakcija.
        Rešenje je u opservaciji da naši eksperimenti sa gravitacijom testiraju samo velika rastojanja, mnogo veća od rastojanja relevantnih u fizici elementaranih čestica. Na malim rastojanjima, nije neuobičajeno postulirati postojanje ekstra dimenzija. Ako su sve čestice Standardnog modela lokalizovane u 3+1 dimenzionalnom potprostoru, koji se popularano zove "brane" (skraćenica od "membrane"), dok gravitacija može da propagira u celom višedimenzionalnom prostoru, onda se jačina gravitacije direktno razređuje propagacijom kroz višedimenzionalnoi prostor. Tako od fundamentalno jake gravitacije možemo dobiti prividno slabu gravitaciju ako je posmatrač lokalizovan na "brane" i do njega dopire samo deo linija sila gravitacije.

        U kontekstu teorija sa jakom gravitacijom, gde je Planck-ova energija dostizna već na LHC-u, ima smisla govoriti o produkciji mini crnih rupa u sudarima čestica. Prvi radovi na tu temu su se pojavili oko 2000. godine i sadržali su dosta jednostavnu i nepotpunu analizu tog fenomena. Ti prvi rezultati su ukazivali na mogućnost proizvodnje 10 miliona crnih rupa u toku prve godine rada LHC-a. LHC je po tome i dobio novi nadimak - fabrika crnih rupa.
        Međutim, već duže vremena poznato je savremenoj nauci da nas je priroda podarila jednim vrlo moćnim besplatnim akceleratorom. To su kosmički zraci. Deo kosmičkog zračenja dolazi do Zemlje sa Sunca, deo dolazi iz naše galaksije a manji deo čak iz ekstra-galaktickih izvora. Kosmičke čestice se ubrzavaju moćnim galaktičkim magnetnim poljima, dolaze do Zemlje sa svih strana i sudaraju se sa nukleonima (protonima i neutronima) u našoj atmosferi.              Zabeleženi su sudari kosmičkog zračenja sa česticama u atmosferi sa energijama u centru mase reda veličine 100 TeV. To je od prilike 10 puta više nego energija centra mase na LHC-u. Nije trebalo dugo da se kosmičko zračenje poveže sa modelima sa jakom gravitacijom.

         U Argentini, 2003. godine, počela je sa radom najveća i najmodernija opservatorija za posmatranje kosmičkog zračenja pod nazivom Auger (nazvana po Pierre Auger-u koji je prvi zabeležio postojanje kosmičkog zračenja). Uzimajući u obzir energiju kosmičkog zračenja i senzitivnost aparature, procenjeno je da bi Auger trebalo da registruje najmanje 100 događaja formiranja mini crnih rupa u Zemnjinoj atmosferi u prve tri godine svoga rada. To znači da bi Auger trebalo da pobedi LHC u ovoj trci. Auger je do sada reportovao nekoliko zanimljivih otkrića (jedno od njih je postojanje tzv. GZK limita u energiji kosmičkog zračenja) ali nije zabeležio nijedan događaj konzistentan sa proizvodnjom mini crnih rupa.

      D a li to znači da su modeli sa jakom gravitacijom već isključeni negativnim rezultatima Auger-a? Ako jesu, zašto se još uvek sa uzbuđenjem priča o mini crnim rupama na LHC-u? Situacija, kao i obično u modernoj nauci, nije jednostavna. Snižavanje Planck-ove mase za 16 redova veličine rešava problem mase Higgs-a i otvara mogućnost proučavanja efekata kvantne gravitacije na nama dostupnim enrgijama, ali istovremeno uvodi mnoge druge probleme. Jedan od najozbiljnijih je prebrz raspad protona. Raspad protona vođen gravitacionom interakcijom koji je izuzetno spor u konvencionalnim teorijama sa slabom gravitacijom, postaje prebrz u modelima sa jakom gravitacijom. Jednostavan račun pokazuje da bi se proton raspao u deliću sekunde kada bi skala kvantne gravitacije zaista bila 1 TeV. Pošto smo mi svi izgrađeni od protona i naš životni vek je daleko duži od delića sekunde, ovakva predikcija modela sa jakom gravitacijom je sigurno nerihvatljiva. Nužne su bitne izmene modela koje bi sačuvale proton od prebrzog raspada.

      Jedan od najpopularnijih predloženih metoda je fizičko razdvajanje kvarkova i leptona, tzv. model razdvojenih fermiona. Razdvajanje čini bilo kakvu interakciju između kvarkova i leptona ekstremno slabom. Kako se raspad protona odvija upravo preko interakcije koja prevodi kvarkove u leptone, proton je na ovaj način sačuvan.
     Međutim, očuvanje protona razdvajanjem kvarkova i leptona ima direktne posledice po proizvodnju mini crnih rupa u Zemljinoj atmosferi.

Dejan Stojković, Glenn Starkman i De-Chang Dai u radu pod nazivom "Why black hole production in scattering of cosmic ray neutrinos is generically suppressed"objavljenom u prestižnom časopisu Phys. Rev. Lett.96:041303,2006,nedvosmisleno su pokazali da očuvanje protona direktno implicira negativan rezultat na Auger opservatoriji čak i u modelima sa jakom gravitacijom. Naime, Auger može da registruje čist signal o proizvodnji crnih rupa samo ako se sudar odigrava između kosmičkih neutrina i nukleona u atmosferi. Kako je neutrino lepton, a nukleoni su izgrađeni od kvarkova, očuvanje protona znači potiskivanje interakcije između neutrina i nukleona. Na LHC-ju sudari se odigravaju između protona koji su izgrađeni od kvarkova. Leptoni ne igraju nikakvu značajnu ulogu u tim sudarima. Zbog toga očuvanje protona nema velikog uticaja na eventualnu proizvodnju crnih rupa na LHC-u.

      Potraga za mini crnim rupama na LHC-u će se odigrati pomoću tzv. generatora događaja crnih rupa ("black hole event generator") koji se popularno zove Black Max. Black Max je komprehensivni program nastao u kolaboraciji grupa sa univerziteta SUNY at Buffalo Dejan Stojković i De Chang Dai , CWRU (Glenn Starkman) i Oxford-a ( Cigdem Issever, Eram Rizvi, Jeff Tseng). Publikovan je pod nazivom "BlackMax: A black-hole event generator" u casopisu Phys.Rev.D77:076007,2008 i uvršten u zvanični "software" na CERNU
Black Max izračunava verovatnoću proizvodnje crne rupe u sudaru dve čestice date energije a zatim izračunava karakteristike novonastale crne rupe (masa, spin i naboj) i njenu dalju evoluciju. Mini crna rupa koja bi eventualno nastala na LHC-u ne bi mogla imati masu veću od 14 TeV (ili 10^(-20) grama). Takava crna rupa bi se raspala gotovo trenutno emitovanjem Hawking-ovog zračenja. Temperatura Hawking-ovog zračenja je obrnuto proporcionalna njenom gravitacionom radijusu. Velike astrofizičke crne rupe emituju zračenje izuzetno niske temperature kojeg je nemoguće detektovati sa Zemlje. Međutim, mini crne rupe emituju vrlo intenzivno zračenje u smislu da mini crna rupa izrači svu svoju masu za samo jedna delić sekunde. To zračenje je glavna karakteristika po kojoj će mini crne rupe biti tražene na LHC-u. Black Max inkorporira najnovija teoretska saznanja o crnim rupama u više-dimenzionalnim prostorima i daje preciznu sliku o karakteristikama zračenja koje možemo da očekujemo. Black Max predviđa da će, čak i u optimističnom scenariju u kome je skala kvantne gravitacije 1 TeV, broj eventualno proizvedenih crnih rupa  biti mnogo manji od prvobitno reklamiranih 10 miliona godišnje (ili jedna crna rupa u sekundi). Međutim, potencijal za stvaranje mini crnih rupa na LHC-ju je definitvo tu.

Uzgred,Black Max svojim simulacijama potvrđuje da su šanse za uništenje sveta prozivodnjom crne rupe na LHC-ju gotovo nepostojeće. Mini crna rupa očekivane mase, spina i naelektrisanja nestaće u mini eksploziji mnogo pre nego sto može da usisa makar i mali delić materije oko sebe. izvor




NAJZNAČAJNIJI NAUČNI RADOVI
>


Upitan koji naučni rad smatra najznačajnijim, dr.Dejan Stojković kroz šalu odgovara da svoj najbolji rad još nije napisao.
"Što se tiče već napisanih radova, to je kao da vas pitaju koje od svoje dece najviše volite. Teško je reći. Uostalom, postoje različiti kriterijumi za procenu važnosti nekog rada. Po broju je kriterijum renome časopisa, onda bi kao najznačajniji rad izdvojio neki od objavljenih u : Physical Review Letters" koji publikuje samo najznačajnije pomake u fizici. Kao primer navodi rad "Homogeneity, flatness and large extra dimensions" iz 2001.godine, gde je, kako nam objašnjava, sa kolegama Glenom Starkmanom i Makom Trodenom pronašao rešenja za složene kosmološke probleme u kontekstu teorija sa više dimenzija. "Ali, po najvećem i najbržem uticaju na svetsku nauku, to bi bio moj nedavni rad ‘Electroweak stars: how nature may capitalize on the standard model’s ultimate fuel’ koji je još u procesu publikacije u časopisu ‘Physical Review Letters’. U tom radu su predvideli postojanje nove klase zvezda koje su nazvali ‘elektroslabim zvezdama’." O ovom naučnom radu i otkrićima do kojih se u njemu došlo izvestili su brojni svetski naučni časopisi kao što su "Astronomy", "Physics World" ili "Technology Review".

ELEKTRO-SLABE ZVEZDE3

Zvezde su najvažniji astrofizički objekti u našem svemiru. Bez zvezda ne bi postojali uslovi za razvoj životnih oblika nalik našem.

Naša zvezda Sunce nas snabdeva svom potrebnom energijom. Svi izvori energije na planeti Zemlji, uključujući fosilna goriva (nafta, ugalj, gas), energije vetra, reka, plima i oseka su u biti samo konzervisana ili konvertovana enegija Sunca.

A čemu Sunce duguje svoju energiju? U prvom redu gravitaciji. Gravitacija je privlačna sila čija je tendencija da sažme i okupi razređeni kosmički materijal. Tako razređeni gas koji se uglavnom sastoji od vodonika prvo postaje proto-zvezda ili zvezda u nastajanju. Kako gustina proto-zvezde raste, tako raste i njena temperatura. U jednom trenutku, kada temperatura premaši desetak miliona stepeni celzijusa, svi uslovi za početak termonuklearne reakcije su ispunjeni. Atomi vodonika se spajaju u jezgra helijuma u procesu poznatom kao fuzija.

Fuzija je vrlo efikasan proces konverzije mase u energiju, koji za posledicu ima oslobadjanje velike količine energije u kratkom vremenskom intervalu. Drugim rečima, termonuklearne reakcije su u svojoj prirodi snažne eksplozije koje imaju tendenciju da razbiju zvezdu. Dok postoji dinamička ravnoteža između termonuklearnih reakcija i gravitacije koja teži da dalje sabije zvezdu, imamo tzv. zvezde glavnog niza. Naše Sunce, kao i većina zvezda koje vidimo na noćnom nebu, su zvezde glavnog niza. One mogu da postoje u ravnoteži od nekoliko miliona do nekoliko milijardi godina, zavisno od njihove mase. Međutim, kada se jednom zalihe vodonika potroše, fuzija vodonika u helijum prestaje, i balans sa gravitacijom je narušen. Gravitacioni kolaps se nastavlja i zvezda postaje jos gušća i toplija. U jednom trenutku, temperatura postaje dovoljna da podrži fuziju helijuma u ugljenik. Kolaps je opet prekinut, i zvezda je u ravnoteži sve dok traju zalihe helijuma. Tako se jedna za drugom smenjuju fuzije sve težih elementa dok se ne stigne do gvožđa. Fuzija gvožđa u teže elemente ne može da se odigra spontano. Na tom nivou, svo termonuklearno gorivo je potrošeno i fuzija više ne može da igra nikakvu ulogu u evoluciji zvezde. Gravitacioni kolaps sabija materiju do novih ekstremnih gustina.

S ve do ovog trenutka, materija se u zvezdi nalazi u svom normalnom atomskom obliku. Jezgro atoma sadrži protone i neutrone, a elektroni kruže oko jezgra. Kada gustina i pritisak postanu toliko veliki da svi elektroni moraju da popadaju u atomsko jezgro, dolazi do reakcije u kojoj protoni i elektroni grade neutrone, koji sa preostalim neutronima iz jezgra čine zvezdu sastavljenu isključivo od neutrona. Takva zvezda ima svoje prirodno ime - neutronska zvezda. Neutronska zvezda nema aktivnih izvora energije jer su termonuklearne reakcije ugašene, međutim Fermijev pritisak, koji ne dozvoljava neutronima da previše priđu jedan drugome, može da uspostavi balans sa gravitacijom.

Međutim šta se dešava sa zvezdama koje su toliko masivne da ih gravitacija može sabiti do gustina gde više ni Fermijev pritisak neutrona ne može da uspostavi ravnotežu sa gravitacijom? Tu fizika elementarnih ćestica dolazi u pomoć. Neutroni se sastoje od elementarnih čestica koje nazivamo kvarkovima. Postoji šest vrsta kvarkova, i najčešće se obeležavaju slovima u,d,s,c,b,t. Neutron je kombinacija koja se sastoji od jednog "u" i dva "d" kvarka. Na ogromnim pritiscima, neutroni više ne mogu biti razlikovani kao individualne čestice i dolazi do faznog prelaza u kome materija prelazi u tzv. kvarkovsko stanje. U tom stanju ne postoje individualni neutroni, već samo more slobodnih kvarkova. Precizni proračuni daju indikacije da kvarkovska materija koja se sastoji od u,d, i s kvarkova može da pruži protivtežu gravitaciji zbog novonastalog kvarkovskog Fermijevog pritiska.

D o nedavno se mislilo da između kvark-zvezda i crnih rupa ne postoje interesantni objekti. Svaki objekat masivniji od stabilne kvark-zvezde ne može da izdrži gravitaciju i nepovratno kolapsira u crnu rupu. Ispostavlja se, međutim, da imamo još dosta toga da naučimo o evoluciji zvezda. Gravitacioni kolaps, gde materija dostiže sve veće gustine i pritiske, može se razumeti kao inverzni Big Bang. Posle Big Benga, univerzum koji je startovao iz stanja praktično beskonačne gustine (i nulte zapremine) počinje da se širi i razređuje.

U gravitacionom kolapsu, prilazi se Big Bengu proizvoljno blizu i dostižu se stanja koja su postojala samo delić sekunde posle Big Benga. Pri gustinama većim od 10^25 kg/m^3 (poređenja radi, gustina jezgra Sunca je samo 100 000 kg/m^3) dolazi do još jednog vrlo važnog faznog prelaza koji se naziva elektroslabi fazni prelaz. Na tim gustinama i energijama elektromagnetne i slabe nuklearne interakcije se ujedinjuju u jedinstvenu silu pod imenom elektroslaba sila.

F azni prelaz uvek sa sobom donosi važne promene u strukturi materije. Elektroslabi fazni prelaz je važan iz mnogo razloga, a za evoluciju zvezda najvažniji su elektroslabi procesi koji dovode do narušavanja očuvanja barionskog naboja. Na niskim energijama barionski broj je savršeno očuvan, što za posledicu ima stabilnost protona i neutrona. Kako smo svi mi izgrađeni od protona i neutrona, njihova stabilnost omogućuje naše nesmetano postojanje. Međutim, na energijama višim od elektroslabih, barionski naboj nije više očuvan i kvarkovi od kojih su protoni i neutroni izgrađeni mogu da se konvertuju u leptone, u prvom redu elektrone i neutrina. Ova činjenica igra vrlo važnu ulogu u evoluciji zvezda pri gustinama većim od elektroslabih. U ovom kontekstu, kvark-zvezda je samo veliki rezervoar kvarkova koji mogu da posluže kao gorivo, tj. izvor energije. Kako su kvarkovi mnogo teži od neutrina, raspad kvarkova oslobađa neutrina vrlo visoke energije. Oslobođena neutrina se kreću skoro brzinom svetlosti i ponašaju se skoro isto kao fotoni u Suncu, tj. kao zračenje visoke energije. To znači da elektroslabe reakcije mogu da zamene davno ugašene termonuklearne reakcije i obezbede stabilnost zvezde.

Dejan Stojković

P ostojanje elektroslabih zvezda je predviđeno u radu Dejana Stojkovića, De Chang Dai-a (SUNY at Buffalo), Arthur Lue-a (MIT) i Glenn Starkman-a (Case Western University) pod nazivom "Electroweak stars: how nature may capitalize on the standard model's ultimate fuel". U tom radu je pronađeno specijalno rešenje Ajnštajnovih jednačina za gravitacioni kolaps koje opisuje objekte čija je centralna gustina veća od elektroslabe gustine, a samo rešenje nije singularno, tj. ne predstavlja crnu rupu. Ispostavlja se da su zvezde tog tipa vrlo komplikovane. Jezgro zvezde je vrlo malo i vrlo masivno, tako da je njegova gustina blizu gustine crne rupe. Jezgro elektroslabe zvezde je njen motor, to je oblast gde su temperatura i gustina veće od elektroslabog faznog prelaza, i gde se vrši konverzija kvarkova u leptone. Ekstremni uslovi u takvoj zvezdi najbolje su ilustrovani dimenzijama: jezgro je veliko tek nekoliko santimetara dok je cela zvezda prečnika nekoliko kilometara (poređenja radi prečnik Sunca je 1 400 000 km). Ogromna energija u vidu neutrina se oslobađa u jezgru, ali neutrina gube energiju pokušavajući da napuste zvezdu boreći se sa ekstremno jakim gravitacionim poljem (ovaj fenomen je poznat kao gravitacioni crveni pomak). Druga važna činjenica je da neutrino koji inače ima vrlo slabe interakcije sa okolnim materijalom, na ovako viskim energijama bitno pojačava svoje interakcije i ponaša se skoro isto kao i elektron (što i jeste smisao elektroslabog ujedinjenja sila), što znači da ne može lako da pobegne iz zvezde. Ogromna gravitacija i jake interakcije glavnih nosioca energije - neutrina - imaju za posledicu dosta dug život elektroslabih zvezda. Bez ovih efekata elektroslaba faza u životu zvezde bi trajala samo delić sekunde, i zbog ogromne količine oslobođene energije u centru bila bi više nalik eksploziji nego stabilnom sagorevanju. Ali sa efektima gravitacije i jakim interakcijama neutrina, proračun pokazuje da zvezdi treba oko deset miliona godina da potroši svoje kvarkovsko gorivo. A deset miliona godina se već poredi sa životnom vekom nekih zvezda glavnog niza. Neke zvezde koje vidimo na tamnom noćnom nebu mogle bi biti elektroslabe zvezde.

vidi dalje PDF verzija časopisa Astronomija   izvor

S truktura elektroslabe zvezde je prikazana na slici. U centru je jezgro gde se odigravaju elektroslabe reakcije u kojima se uništavaju kvarkovi, a oslobađaju neutrina vrlo visokih energija. Neutrinosfera označava radijus unutar zvezde sa koga neutrino može slobodno da napusti zvezdu (unutar tog radijusa neutrina su praktično zarobljena). Neutrinosfera ne postoji kod običnih zvezda jer kod njih neutrino može da napusti zvezdu bez obzira gde se nalazi. Fotosfera je radijus sa koga fotoni (svetlost) mogu slobodno da napuste zvezdu. To je ujedno i efektivni radijus same zvezde. Elektroslaba zvezda emituje veći deo svoje energije preko neutrina, ali neutrino je mnogo teže detektovati detektorima na Zemlji. Fotoni čine manji deo energetskog bilansa ove zvezde ali ih je mnogo lakše videti, većina njih je u vidljivom delu spektra.
Elektroslabe zvezde očigledno otvaraju novo poglavlje u evoluciji zvezda, ostaje samo da astronomske opservacije potvrde postojanje ove nove klase zvezda.


1. Crne rupe, slideshare
2.Astronomy
3. Physicsworld .com
4. B92
5.American Physical Society Sites


.             

ARHIVA:

  ASTRONOMIJA