Според квантовата физика всичко, което съществува, е направено от частици. Материя, светлина, видими и невидими неща. Всички те са частици и контролират функционирането на цялата вселена. Някои от тях са често срещани и добре познати на повечето от нас, като например електроните. Други са малко по-необичайни, като кварките. Но основната идея на всяка частица е, че тя е елементарно нещо, направено от нищо друго. Можете да разделите атом на протони, неутрони и електрони. Но не можете да раздробите частица на нещо друго. Имайки това предвид, нека да разгледаме някои от най-невероятните открития, които науката е открила или поне смята, че е открила.
10. Божествена частица
Когато учените наричат нещо Божия частица, те всъщност го наричат нещо повече от просто повече. Честно казано, правилното име за частицата е бозонът на Хигс, но физикът Леон Ледерман измисли по-колоритно име, защото не е толкова лесно да накараш медиите да се интересуват от частиците.
Съществуването на Хигс бозона беше потвърдено през 2013 г. Въпреки това, той е теоретизиран още през 60-те години на миналия век, така че ловът за него се проточи. Веднъж Стивън Хокинг заложи 100 долара, че никога няма да бъде открит и ще изгори. Той също така заяви, че бозонът на Хигс един ден ще унищожи Вселената, така че отбележете това в календарите си.
С цялото това натрупване трябва да си представите, че Хигс бозонът е доста невероятен и истината е, че да, Хигс бозонът е прекрасен. Отнема обаче малко време, за да разберем, така че нека опитаме.
Бозонът е фундаментална частица. Бозоните са отговорни за всички фундаментални сили на Вселената, неща като електромагнетизма, слабата и силната ядрена сила.
Полето на Хигс е енергийно поле, което дава маса на други частици като електрони. Просто казано, бозоните на Хигс са отчасти отговорни за създаването на масата на частиците във Вселената. Самият бозон има голяма маса, но е краткотраен, така че трудно се намира в природата. Но неговото съществуване потвърждава много от това, което знаем за Стандартния модел на физиката и помага да се обясни защо изобщо съществува всяка частица. Може също така да помогне за обяснението на тъмната материя и да идентифицира още повече частици, които не познаваме или разбираме.
Странно, Ледерман технически не го нарече божествена частица. Той го нарече проклетата частица, защото беше разочарован от това колко трудно беше да се открие. Издателят му промени името.
9. Тетракварк
Кварките най-лесно се разбират като най-малките парчета материя. Едно парче желязо се състои от железни атоми. Тези атоми са съставени от неща като електрони и протони. Но дори и да ги разделите, пак ще останете с кварки. Те имат маса и се въртят и се предлагат в шест вида, смешно наречени „вкусове“. Тези аромати са групирани в двойки, наречени горни и долни, горни и долни, очарователни и странни. Странно, нали? Е, това става още по-странно.
През 2021 г. учените откриха тетракварка, екзотичен адрон, състоящ се от два кварка и два антикварка. Преди откриването му това се смяташе за невъзможно. Идеята, че частиците някога могат да се свържат една с друга, не се смяташе за опция, но данните от Големия адронен колайдер доказаха обратното.
Откриването на тетракварка ще даде на изследователите няколко нови инструмента за по-добро разбиране на силната сила, която свързва кварките заедно, за да образуват неутрони и протони.
8. Неутрино
Ако сте гледали научна фантастика през последните няколко десетилетия, сте чували думата "неутрино" да се споменава повече от няколко пъти. Популярно е и дори науката да е загубена за повечето от нас, пак звучи интересно.
В реалния живот неутриното имат много по-интензивно съществуване, отколкото повечето от нас могат да си представят. Това са субатомни частици, родени от галактически катаклизми, като експлодиращи звезди. Те се движат почти със скоростта на светлината и късмет със спирането на един от тях, защото те могат да преминат през това, което изглежда като олово, толкова лесно, колкото преминавате през отворена врата.
Масата на неутриното е изненадващо малка. Числата, използвани за описването му, не означават нищо, ако вече нямате силна основа във физиката. Те обаче са около 500 000 пъти по-малки от един електрон. Но, за разлика от електрона, те също нямат електрически заряд. Така, без маса и без заряд, неутрино почти изобщо не съществуват. Но те също са навсякъде. Слънцето ви бомбардира с около милиард от тях всяка секунда.
Фактът, че неутриното имат известна маса, въпреки че може да е микроскопична, може да обясни цялата маса на Вселената и защо имаме материя, а не антиматерия навсякъде около нас.
7. Мюони
Подобно на кварките, мюоните са едни от основните частици на съществуването. Те са подобни на електроните, но са по-големи и тежат 207 пъти повече. Те са много краткотрайни, разпадат се на електрони и неутрино в рамките на 2,2 микросекунди след образуването им. Те се създават, когато космическите лъчи се сблъскат с частици в нашата атмосфера и за тези 2,2 микросекунди успяват да бомбардират земята и да проникнат на около миля под повърхността благодарение на факта, че пътуват почти със скоростта на светлината.
Изследванията в Големия адронен колайдер показват, че мюоните не винаги правят това, което науката казва, че трябва да правят. С прости думи, те се люлеят. Но не трябва. И фактът, че те осцилират, показва, че там може да има друга частица, за която никой дори не се е замислял и която влияе на начина им на функциониране.
6. Кварки
Вече споменахме тетракварка, така че има смисъл да го разделим на обикновен кварк. Ако разделите неща като протони и неутрони, ще получите кварки и глуони. Има шест вида кварки и те винаги съществуват по двойки. Всъщност учените вече са се опитали да отделят един кварк от другата му половина и просто не се получи. Или са свързани, или изобщо не са.
Начинът, по който кварките и глуоните си взаимодействат, е източникът на маса в атомите. По същество това означава, че цялата маса на материята, както я разбираме, идва от кварки и глуони. За разлика от повечето частици, които се описват като имащи положителен, отрицателен или неутрален заряд, кварките отиват по-далеч. Те също така се описват като притежаващи цветен заряд, което се нарича квантова хромодинамика. Това прилага теоретичните цветове на червено, синьо или зелено (те всъщност не са тези цветове), за да опише техните уникални квантови свойства.
5. Гравитони
Науката разпознава четири основни сили, действащи във Вселената. Слаби и силни ядрени сили, електромагнетизъм и гравитация. Горе-долу се справяме с първите три в повечето случаи. Гравитацията обаче е малко дива карта.
Разбираме как фотоните взаимодействат с електромагнетизма, как кварките и глуоните взаимодействат със силната ядрена сила и как бозоните взаимодействат със слабата ядрена сила. Това, което не знаем, е какво предава гравитацията. Тук се намесват гравитоните, теоретичните частици, които позволяват на гравитацията да бъде сила върху нещата в реалния свят. Проблемът с гравитоните е, че всъщност не знаем дали съществуват. Те все още са теоретични. Науката не може да обясни гравитацията.
Изненадващо, въпреки че не знаем със сигурност за съществуването на гравитоните, знаем много за тях. Знаем, че тяхната маса е нула или близка до нея и се движат със скоростта на светлината. Така че защо не можем да ги намерим?
Гравитацията е най-слабата от четирите сили, което я прави трудна за проследяване. Беше изчислено, че гравитационен детектор с масата на Юпитер, поставен близо до свръхмасивен обект като неутронна звезда, все пак ще има проблеми с откриването на каквото и да било.
4. Тахиони
Благодаря ти Стар Трек за популяризиране на тахионите, поне в някои кръгове. Тези теоретични частици вероятно биха били неясни и неизвестни, ако научната фантастика не се беше хванала за тях поради тяхната откровено странна природа. Само не забравяйте, че технически те не съществуват, но някои физици смятат, че съществуват.
Най-голямата претенция за слава на Tachyon е неговата скорост. Те пътуват по-бързо от светлината. Това само по себе си е причината мнозина да вярват, че тахион не може да съществува, защото нищо не се движи по-бързо от светлината. Но теоретичната физика е готова да отстъпи на всичко, ако има доказателства, така че защо не?
Ако тахионът се движи по-бързо от светлината, тогава въз основа на това, което знаем за времето, тахионът може да се движи назад във времето. Като цяло приемаме, че нищо не може да се движи по-бързо от светлината, защото масата му ще се увеличи, както и енергията, необходима за придвижването му. Със скоростта на светлината вие на практика бихте останали. Но тахионите се ускоряват, тъй като губят енергия, което означава, че могат да преодолеят тази бариера. Това поражда и всички тези времеви парадокси, които познаваме от филмите. И това е основателна причина те да не съществуват изобщо.
Разбира се, ако те съществуват, но се движат по-бързо от скоростта на светлината, не е изненадващо, че все още не ги откриваме и всъщност може никога да не ги открием точно поради тази причина.
3. Тъмна материя
Вероятно сте чували термина "тъмна материя" преди, но ако не сте сигурни какво означава това, добре дошли в клуба. Науката също се затруднява с това, но то отговаря на много въпроси за това как работи Вселената, така че в момента е нещо като място за обяснение на много космически явления.
Начинът, по който се движат галактиките въз основа на нашите наблюдения, няма смисъл. Галактиките се движат така, сякаш са много по-масивни, отколкото изглеждат. Трябва да има таен източник на маса, който държи дадена галактика заедно, и този източник е тъмната материя.
Тъмната материя не отразява, не абсорбира или излъчва електромагнетизъм, което й дава името. По същество е невидимо и затова е само теоретично. Но това, което прави, е, че излъчва гравитация и това държи Вселената заедно. И това е много. Всъщност около 80% от цялата маса на Вселената.
2. Частици
Sparticle е страхотна дума, която напомня за Спартак и частици, но само половината от думата е правилна. Частта "s" всъщност означава "суперсиметричен". Например, частиците са суперсиметрични частици и тяхното съществуване може да разкрие тайните на физиката, като кокосов орех.
Колкото и полезен да е стандартният модел на физиката на елементарните частици, както видяхме, той има много пропуски. Какво представлява тъмната материя? Как действа гравитацията? Какво кара мюоните да осцилират? Има въпроси за това откъде идва масата и всички тези неща. Има достатъчно въпроси, които могат да поставят под въпрос стойността на стандартния модел или необходимостта от разработване на изцяло нов модел. Освен ако, разбира се, не можете да стиснете кибрит някъде.
Много от проблемите, които срещаме във физиката на елементарните частици, могат да бъдат обяснени с помощта на теорията на суперсиметрията. Според това всяка частица трябва да има суперсиметричен партньор. На теория тези партньорски частици биха могли да запълнят всякакви пропуски в нашето разбиране за Вселената. Те дори построиха Големия адронен колайдер само за да намерят тези неща. И не се получи. Това не означава непременно, че теорията е грешна, просто означава, че физиката е сложна и разбирането на основите на реалността отнема известно време.
1. Фотони
Ах, скромният фотон. Всеки знае фотоните. Фотоните съставляват светлината, както я разбираме, малки частици електромагнитна енергия, които позволяват на светлината да функционира както като частица, така и като вълна. Разбира се, фотоните са нещо повече от светлина от екрана на телефона ви, която удря очите ви, за да можете да я видите. Те също са Wi-Fi, който ви дава достъп до интернет, да не говорим за радиовълни, микровълни, рентгенови лъчи, гама лъчи и др.
Всичко, което виждаме, се случва, защото съществуват фотони, които ни позволяват да го видим. Това означава, че когато погледнем Вселената и видим звезда, избухнала преди милиард години, тези фотони са пътували толкова дълго, за да стигнат до тук, което ги прави сериозните работни коне в света на частиците.
Остави коментар