Podle kvantové fyziky je vše, co existuje, vyrobeno z částic. Hmota, světlo, věci viditelné i neviditelné. To všechno jsou částice a řídí fungování celého vesmíru. Některé z nich jsou běžné a většině z nás dobře známé, například elektrony. Jiné jsou trochu neobvyklejší, jako jsou kvarky. Ale základní myšlenkou jakékoli částice je, že je to elementární věc složená z ničeho jiného. Atom můžete rozložit na protony, neutrony a elektrony. Částici ale nemůžete rozbít na nic jiného. S ohledem na to se pojďme podívat na některé z nejúžasnějších objevů, které věda objevila, nebo si alespoň myslí, že objevila.
10. Boží částice
Když vědci něco nazývají Boží částicí, ve skutečnosti tomu říkají něco víc než jen víc. Abychom byli spravedliví, správný název pro částici je Higgsův boson, ale fyzik Leon Lederman přišel s barevnější přezdívkou, protože přimět média, aby se o částice starala, není tak snadné.
Existence Higgsova bosonu byla potvrzena již v roce 2013. Teoretizoval se však už v 60. letech, takže hon na něj se protáhl. Stephen Hawking se jednou vsadil o 100 dolarů, že nebude nikdy objeven, a upálil se. Také uvedl, že Higgsův boson jednoho dne zničí vesmír, tak si to zapište do kalendářů.
Se vším tím nahromaděním si musíte představit, že Higgsův boson je docela úžasný a pravdou je, že ano, Higgsův boson je úžasný. Pochopení však trvá trochu času, tak to zkusme.
Boson je základní částice. Bosony jsou zodpovědné za všechny základní síly vesmíru, věci jako elektromagnetismus, slabou a silnou jadernou sílu.
Higgsovo pole je energetické pole, které dává hmotu jiným částicím, jako jsou elektrony. Jednoduše řečeno, Higgsovy bosony jsou částečně zodpovědné za vytvoření hmoty částic ve vesmíru. Samotný boson má velkou hmotnost, ale je krátkodobý, takže je těžké ho najít v přírodě. Jeho existence však potvrzuje mnohé z toho, co víme o Standardním modelu fyziky, a pomáhá vysvětlit, proč vůbec nějaká částice existuje. Mohlo by to také pomoci vysvětlit temnou hmotu a identifikovat ještě více částic, které neznáme nebo jim nerozumíme.
Legrační, Lederman to technicky nenazval Boží částice. Nazval to zatracená částice, protože byl zklamán tím, jak těžké je to detekovat. Jeho vydavatel změnil název.
9. Tetrakvark
Kvarky lze nejsnáze pochopit jako nejmenší kousky hmoty. Kus železa se skládá z atomů železa. Tyto atomy se skládají z věcí, jako jsou elektrony a protony. Ale i kdybyste je rozebrali, stejně by vám zůstaly kvarky. Mají hmotnost a rotaci a dodávají se v šesti typech, vtipně nazývaných „příchutě“. Tyto vůně jsou seskupeny do dvojic nazvaných top a bottom, top a bottom, okouzlující a zvláštní. Zvláštní, že? No, tohle bude divnější.
V roce 2021 vědci objevili tetrakvark, exotický hadron sestávající ze dvou kvarků a dvou antikvarků. Před jeho objevením to bylo považováno za nemožné. Myšlenka, že by se částice mohly někdy vzájemně vázat, nebyla považována za možnost, ale data z Velkého hadronového urychlovače prokázala opak.
Objev tetrakvarku poskytne výzkumníkům několik nových nástrojů, aby lépe porozuměli silné síle, která kvarky váže dohromady za vzniku neutronů a protonů.
8. Neutrino
Pokud jste v posledních několika desetiletích sledovali jakoukoli sci-fi, slyšeli jste slovo „neutrino“ zmiňované více než několikrát. Je to populární, a i když věda je pro většinu z nás ztracená, stále to zní zajímavě.
V reálném životě mají neutrina mnohem intenzivnější existenci, než si většina z nás dokáže představit. Jsou to subatomární částice zrozené z galaktických kataklyzmat, jako jsou explodující hvězdy. Pohybují se téměř rychlostí světla a hodně štěstí při zastavení jednoho z nich, protože dokážou projít tím, co se zdá být olovem, stejně snadno, jako vy projdete otevřenými dveřmi.
Hmotnost neutrin je překvapivě malá. Čísla použitá k jeho popisu nic neznamenají, pokud ještě nemáte pevné základy ve fyzice. Jsou však asi 500 000krát menší než elektron. Ale na rozdíl od elektronu také nemají žádný elektrický náboj. Bez hmoty a náboje tedy neutrina téměř vůbec neexistují. Ale jsou také všude. Slunce vás každou sekundu bombarduje asi miliardou z nich.
Skutečnost, že neutrina mají určitou hmotnost, i když mohou být mikroskopická, může vysvětlovat veškerou hmotu vesmíru a to, proč máme všude kolem sebe hmotu a ne antihmotu.
7. Miony
Stejně jako kvarky jsou i miony jednou ze základních částic existence. Jsou podobné elektronům, ale jsou větší a váží 207krát více. Mají velmi krátkou životnost, během 2,2 mikrosekund od svého vzniku se rozpadají na elektrony a neutrina. Vznikají při srážce kosmického záření s částicemi v naší atmosféře a za těch 2,2 mikrosekundy stihnou ostřelovat zemi a proniknout asi kilometr pod povrch díky tomu, že se pohybují téměř rychlostí světla.
Výzkum na Large Hadron Collider ukázal, že miony ne vždy dělají to, co věda říká, že by měly dělat. Jednoduše řečeno, houpají se. Ale neměli by. A skutečnost, že oscilují, naznačuje, že tam může být další částice, o které nikdo ani nepřemýšlel a která ovlivňuje způsob jejich fungování.
6. Kvarky
Už jsme zmínili tetrakvark, takže má smysl ho rozdělit na jednoduchý kvark. Pokud rozbijete věci jako protony a neutrony, získáte kvarky a gluony. Existuje šest typů kvarků a vždy existují v párech. Ve skutečnosti se vědci již pokusili oddělit jeden kvark od jeho druhé poloviny a prostě to nefungovalo. Buď jsou spojeny, nebo nejsou vůbec.
Způsob interakce kvarků a gluonů je zdrojem hmotnosti atomů. V podstatě to znamená, že veškerá hmota, jak ji chápeme, pochází z kvarků a gluonů. Na rozdíl od většiny částic, které jsou popsány jako částice s kladným, záporným nebo neutrálním nábojem, jdou kvarky dále. Jsou také popisovány jako mající barevný náboj, který se označuje jako kvantová chromodynamika. Toto aplikuje teoretické barvy červené, modré nebo zelené (ve skutečnosti to nejsou tyto barvy) k popisu jejich jedinečných kvantových vlastností.
5. Gravitony
Věda uznává čtyři základní síly působící ve vesmíru. Slabé a silné jaderné síly, elektromagnetismus a gravitace. S prvními třemi se ve většině případů víceméně vyrovnáme. Gravitace je však trochu divoká karta.
Chápeme, jak fotony interagují s elektromagnetismem, jak kvarky a gluony interagují se silnou jadernou silou a jak bosony interagují se slabou jadernou silou. Co nevíme, je to, co přenáší gravitaci. Zde nastupují gravitony, teoretické částice, které umožňují gravitaci působit na věci v reálném světě. Problém gravitonů je v tom, že vlastně nevíme, jestli existují. Jsou stále teoretické. Věda nedokáže vysvětlit gravitaci.
Kupodivu, i když o existenci gravitonů nevíme jistě, víme o nich hodně. Víme, že jejich hmotnost je nulová nebo se jí blíží a pohybují se rychlostí světla. Tak proč je nemůžeme najít?
Gravitace je nejslabší ze čtyř sil, takže je obtížné ji sledovat. Bylo spočítáno, že gravitační detektor o hmotnosti Jupiteru umístěný blízko supermasivního objektu, jako je neutronová hvězda, bude mít stále problémy s detekcí čehokoli.
4. Tachyony
Děkuji Star Trek pro popularizaci tachyonů, alespoň v některých kruzích. Tyto teoretické částice by byly pravděpodobně nejasné a neznámé, kdyby se na nich sci-fi nezachytila kvůli jejich vyloženě podivné povaze. Jen si pamatujte, že technicky neexistují, ale někteří fyzici si myslí, že ano.
Největším nárokem na slávu Tachyonu je jeho rychlost. Cestují rychleji než světlo. To samo o sobě je důvodem, proč mnozí věří, že tachyon nemůže existovat, protože nic necestuje rychleji než světlo. Ale teoretická fyzika je připravena ustoupit čemukoli, pokud existují důkazy, tak proč ne?
Pokud se tachyon pohybuje rychleji než světlo, pak na základě toho, co víme o čase, se tachyon může pohybovat zpět v čase. Obecně uznáváme, že nic nemůže cestovat rychleji než světlo, protože jeho hmotnost se zvětší, stejně jako energie potřebná k jeho pohybu. Při rychlosti světla byste se prakticky zasekli. Ale tachyony se zrychlují, jak ztrácejí energii, což znamená, že mohou překonat tuto bariéru. Z toho také vznikají všechny ty časové paradoxy, které známe z filmů. A to je dobrý důvod, proč nemusí vůbec existovat.
Samozřejmě, pokud existují, ale pohybují se rychleji, než je rychlost světla, není divu, že je ještě musíme detekovat a ve skutečnosti je možná nikdy nezjistíme právě z tohoto důvodu.
3. Temná hmota
Pravděpodobně jste už někdy slyšeli pojem „temná hmota“, ale pokud si nejste jisti, co to znamená, vítejte v klubu. Věda to má také těžké, ale odpovídá na spoustu otázek o tom, jak vesmír funguje, takže právě teď je to jakýsi zástupný symbol pro vysvětlení mnoha kosmických jevů.
Způsob, jakým se galaxie pohybují na základě našich pozorování, nedává smysl. Galaxie se pohybují, jako by byly mnohem hmotnější, než se zdá. Musí existovat tajný zdroj hmoty, který drží jakoukoli danou galaxii pohromadě, a tím zdrojem je temná hmota.
Temná hmota neodráží, neabsorbuje ani nevyzařuje elektromagnetismus, což jí dává jméno. Je to v podstatě neviditelné, a tak je to jen teoretické. Ale to, co dělá, je, že vyzařuje gravitaci, a to drží vesmír pohromadě. A to je hodně. Ve skutečnosti asi 80% z celé hmoty vesmíru.
2. Částice
Sparticle je skvělé slovo, které připomíná Spartaka a částice, ale jen polovina slova je správná. Část "s" ve skutečnosti znamená "supersymetrická". Například částice jsou supersymetrické částice a jejich existence může odhalit tajemství fyziky jako kokosový ořech.
Jak jsme viděli, standardní model částicové fyziky je užitečný, má mnoho mezer. Co je temná hmota? Jak funguje gravitace? Co způsobuje oscilaci mionů? Jsou otázky, odkud pochází mše a všechny ty věci. Existuje dostatek otázek, které mohou zpochybnit hodnotu standardního modelu nebo potřebu vyvinout zcela nový model. Pokud ovšem nemůžete někam vtěsnat sirky.
Mnoho problémů, se kterými se setkáváme v částicové fyzice, lze vysvětlit pomocí teorie supersymetrie. Podle toho musí mít každá částice supersymetrického partnera. Teoreticky by tyto partnerské částice mohly vyplnit nejrůznější mezery v našem chápání vesmíru. Dokonce postavili Velký hadronový urychlovač, jen aby tyto věci našli. A nešlo to. To nutně neznamená, že teorie je špatná, znamená to jen, že fyzika je složitá a pochopení základů reality nějakou dobu trvá.
1. Fotony
Ach, ten skromný foton. Fotony zná každý. Fotony tvoří světlo, jak mu rozumíme, malé částice elektromagnetické energie, které umožňují světlu fungovat jako částice i jako vlna. Fotony jsou samozřejmě víc než jen světlo z obrazovky vašeho telefonu dopadající na vaše oči, abyste je mohli vidět. Jsou to také Wi-Fi, které vám umožní přístup k internetu, nemluvě o rádiových vlnách, mikrovlnách, rentgenovém, gama záření a dalších.
Vše, co vidíme, se děje, protože existují fotony, které nám umožňují to vidět. To znamená, že když se podíváme na vesmír a vidíme hvězdu, která explodovala před miliardou let, tyto fotony cestovaly tak dlouho, aby se sem dostaly, což z nich dělá seriózní tahouny světa částic.
Оставить Комментарий