Ifølge kvantefysikken er alt, hvad der eksisterer, lavet af partikler. Stof, lys, ting synlige og usynlige. Disse er alle partikler, og de styrer hele universets funktion. Nogle af dem er almindelige og velkendte for de fleste af os, såsom elektroner. Andre er lidt mere usædvanlige, såsom kvarker. Men den grundlæggende idé med enhver partikel er, at det er en elementær ting, lavet af intet andet. Du kan nedbryde et atom i protoner, neutroner og elektroner. Men du kan ikke bryde en partikel i noget andet. Med det i tankerne, lad os tage et kig på nogle af de mest fantastiske opdagelser, som videnskaben har opdaget, eller i det mindste tror, den har opdaget.
10. Gud Partikel
Når videnskabsmænd kalder noget for en gudspartikel, kalder de det faktisk noget mere end bare mere. For at være retfærdig er det korrekte navn for partiklen Higgs-bosonen, men fysikeren Leon Lederman fandt på en mere farverig betegnelse, fordi det ikke er så let at få medierne til at bekymre sig om partikler.
Eksistensen af Higgs-bosonet blev bekræftet tilbage i 2013. Den blev dog teoretiseret tilbage i 1960'erne, så jagten på den har trukket ud. Stephen Hawking satsede engang $100 på, at han aldrig ville blive opdaget og blev brændt. Han skrev også, at Higgs-bosonen en dag vil ødelægge universet, så marker det i dine kalendere.
Med al denne opbygning skal du forestille dig, at Higgs-bosonen er ret fantastisk, og sandheden er, at ja, Higgs-bosonen er vidunderlig. Det tager dog lidt tid at forstå, så lad os prøve det.
En boson er en fundamental partikel. Bosoner er ansvarlige for alle de grundlæggende kræfter i universet, ting som elektromagnetisme, de svage og stærke kernekræfter.
Higgs-feltet er et energifelt, der giver masse til andre partikler såsom elektroner. Kort sagt er Higgs bosoner delvist ansvarlige for at skabe massen af partikler i universet. Selve bosonen har en stor masse, men er kortvarig, så den er svær at finde i naturen. Men dens eksistens bekræfter meget af det, vi ved om standardmodellen for fysik og hjælper med at forklare, hvorfor en partikel overhovedet eksisterer. Det kunne også hjælpe med at forklare mørkt stof og identificere endnu flere partikler, vi ikke kender eller forstår.
Sjovt, Lederman kaldte det teknisk set ikke en gudspartikel. Han kaldte det den forbandede partikel, fordi han var skuffet over, hvor svært den var at opdage. Hans udgiver ændrede navnet.
9. Tetraquark
Kvarker er nemmest at forstå som de mindste stykker stof. Et stykke jern består af jernatomer. Disse atomer består af ting som elektroner og protoner. Men selvom du adskilte dem, ville du stadig stå tilbage med kvarker. De har masse og spin, og kommer i seks typer, sjovt kaldet "flavors". Disse dufte er grupperet i par kaldet top og bund, top og bund, charmerende og mærkelige. Mærkeligt, ikke? Nå, det her bliver mærkeligere.
I 2021 opdagede forskere tetraquark, en eksotisk hadron bestående af to kvarker og to antikvarker. Før det blev opdaget, blev dette anset for umuligt. Ideen om, at partikler nogensinde kunne binde sig til hinanden, blev ikke betragtet som en mulighed, men data fra Large Hadron Collider beviste det modsatte.
Opdagelsen af tetraquark vil give forskere flere nye værktøjer til bedre at forstå den stærke kraft, der binder kvarker sammen og danner neutroner og protoner.
8. Neutrino
Hvis du har set nogen science fiction i de sidste par årtier, har du hørt ordet "neutrino" nævnt mere end et par gange. Det er populært, og selvom videnskaben er tabt for de fleste af os, lyder det stadig interessant.
I det virkelige liv har neutrinoer en meget mere intens eksistens, end de fleste af os kan forestille os. Disse er subatomære partikler født fra galaktiske katastrofer, som eksploderende stjerner. De bevæger sig næsten med lysets hastighed, og held og lykke med at stoppe en af dem, fordi de kan passere gennem det, der ser ud til at være bly, lige så let, som du passerer gennem en åben dør.
Massen af neutrinoer er overraskende lille. De tal, der bruges til at beskrive det, betyder ingenting, hvis du ikke allerede har et stærkt fundament i fysik. De er dog omkring 500.000 gange mindre end en elektron. Men i modsætning til en elektron har de heller ingen elektrisk ladning. Uden masse og uden ladning eksisterer neutrinoer således næsten slet ikke. Men de er også overalt. Solen bombarderer dig med omkring en milliard af dem hvert sekund.
Det faktum, at neutrinoer har en vis masse, selvom det kan være mikroskopisk, kan forklare hele universets masse, og hvorfor vi har stof og ikke antistof overalt omkring os.
7. Muoner
Ligesom kvarker er myoner en af eksistensens fundamentale partikler. De ligner elektroner, men er større og vejer 207 gange mere. De er meget kortlivede og henfalder til elektroner og neutrinoer inden for 2,2 mikrosekunder efter dannelsen. De skabes, når kosmiske stråler kolliderer med partikler i vores atmosfære, og på de 2,2 mikrosekunder formår de at bombardere jorden og trænge ned omkring en kilometer under overfladen takket være, at de rejser næsten med lysets hastighed.
Forskning ved Large Hadron Collider har vist, at myoner ikke altid gør, hvad videnskaben siger, de skal gøre. Enkelt sagt svinger de. Men det burde de ikke. Og det faktum, at de oscillerer, indikerer, at der kan være en anden partikel der, som ingen selv har tænkt over, og som påvirker den måde, de fungerer på.
6. Quarks
Vi har allerede nævnt tetraquark, så det giver mening at opdele den til en simpel kvark. Hvis du bryder ting som protoner og neutroner fra hinanden, får du kvarker og gluoner. Der er seks typer kvarker, og de findes altid i par. Faktisk har forskere allerede forsøgt at adskille en kvark fra dens anden halvdel, og det virkede bare ikke. De er enten forbundet, eller også er de slet ikke.
Måden kvarker og gluoner interagerer på er kilden til masse i atomer. Grundlæggende betyder dette, at al masse af stof, som vi forstår det, kommer fra kvarker og gluoner. I modsætning til de fleste partikler, som beskrives som at have en positiv, negativ eller neutral ladning, går kvarker længere. De beskrives også som havende en farveladning, som omtales som kvantekromodynamik. Dette anvender de teoretiske farver rød, blå eller grøn (de er faktisk ikke disse farver) til at beskrive deres unikke kvanteegenskaber.
5. Gravitoner
Videnskaben anerkender fire grundlæggende kræfter, der virker i universet. Svage og stærke kernekræfter, elektromagnetisme og tyngdekraft. Vi klarer mere eller mindre de tre første i de fleste tilfælde. Tyngdekraften er dog lidt af et wild card.
Vi forstår, hvordan fotoner interagerer med elektromagnetisme, hvordan kvarker og gluoner interagerer med den stærke kernekraft, og hvordan bosoner interagerer med den svage kernekraft. Hvad vi ikke ved er, hvad der overfører tyngdekraften. Det er her gravitoner kommer ind, de teoretiske partikler, der tillader tyngdekraften at være en kraft på ting i den virkelige verden. Problemet med gravitoner er, at vi faktisk ikke ved, om de findes. De er stadig teoretiske. Videnskaben kan ikke forklare tyngdekraften.
Overraskende nok, selvom vi ikke ved med sikkerhed om eksistensen af gravitoner, ved vi meget om dem. Vi ved, at deres masse er nul eller tæt på den, og de bevæger sig med lysets hastighed. Så hvorfor kan vi ikke finde dem?
Tyngdekraften er den svageste af de fire kræfter, hvilket gør det svært at spore. Det blev beregnet, at en Jupiter-massegravitationsdetektor placeret i nærheden af et supermassivt objekt, såsom en neutronstjerne, stadig ville have problemer med at opdage noget.
4. Tachyoner
tak skal du have Star Trek for at popularisere tachyoner, i det mindste i nogle kredse. Disse teoretiske partikler ville sandsynligvis være uklare og ukendte, hvis science fiction ikke havde låst sig fast på dem på grund af deres direkte mærkelige natur. Bare husk, at teknisk set eksisterer de ikke, men nogle fysikere tror, de gør.
Tachyons største krav til berømmelse er dens hurtighed. De rejser hurtigere end lyset. Dette er i sig selv grunden til, at mange tror, at en tachyon ikke kan eksistere, fordi intet rejser hurtigere end lyset. Men teoretisk fysik er klar til at vige for hvad som helst, hvis der er beviser, så hvorfor ikke?
Hvis en tachyon bevæger sig hurtigere end lyset, så kan tachyonen, baseret på hvad vi ved om tid, bevæge sig baglæns i tiden. Vi accepterer generelt, at intet kan rejse hurtigere end lyset, fordi dets masse vil stige, ligesom den energi, der kræves for at flytte det. Ved lysets hastighed ville du næsten sidde fast. Men tachyoner accelererer, når de mister energi, hvilket betyder, at de kan overvinde denne barriere. Dette giver også anledning til alle de tidsparadokser, som vi kender fra film. Og det er en god grund til, at de måske slet ikke eksisterer.
Selvfølgelig, hvis de eksisterer, men bevæger sig hurtigere end lysets hastighed, er det ikke overraskende, at vi endnu ikke har opdaget dem, og faktisk vil vi måske aldrig opdage dem af netop denne grund.
3. Mørkt stof
Du har sikkert hørt udtrykket "dark matter" før, men hvis du ikke er sikker på, hvad det betyder, så velkommen til klubben. Videnskaben har også svært ved dette, men det besvarer mange spørgsmål om, hvordan universet fungerer, så lige nu er det en slags pladsholder til at forklare en masse kosmiske fænomener.
Den måde, galakser bevæger sig på, baseret på vores observationer, giver ikke mening. Galakser bevæger sig, som om de er meget mere massive, end de ser ud til. Der må være en hemmelig massekilde, der holder enhver given galakse sammen, og den kilde er mørkt stof.
Mørkt stof reflekterer, absorberer eller udsender ikke elektromagnetisme, hvilket giver det sit navn. Det er i det væsentlige usynligt, og det er derfor kun teoretisk. Men det, det gør, er, at det udsender tyngdekraften, og det holder universet sammen. Og det er meget. Faktisk omkring 80% af hele universets masse.
2. Partikler
Sparticle er et fantastisk ord, der leder tankerne hen på Spartacus og partikler, men kun halvdelen af ordet er korrekt. "s"-delen betyder faktisk "supersymmetrisk". For eksempel er partikler supersymmetriske partikler, og deres eksistens kan afsløre fysikkens hemmeligheder, som en kokosnød.
Lige så nyttig som standardmodellen for partikelfysik er, som vi har set, har den mange huller. Hvad er mørkt stof? Hvordan virker tyngdekraften? Hvad får muoner til at svinge? Der er spørgsmål om, hvor massen kommer fra og alt det der. Der er nok spørgsmål, der kan sætte spørgsmålstegn ved værdien af standardmodellen eller behovet for at udvikle en helt ny model. Medmindre man selvfølgelig kan klemme tændstikker ind et sted.
Mange af de problemer, vi støder på i partikelfysikken, kan forklares ved hjælp af teorien om supersymmetri. Ifølge denne skal hver partikel have en supersymmetrisk partner. I teorien kunne disse partnerpartikler udfylde alle mulige huller i vores forståelse af universet. De byggede endda Large Hadron Collider bare for at finde disse ting. Og det virkede ikke. Dette betyder ikke nødvendigvis, at teorien er forkert, det betyder blot, at fysikken er kompleks, og at det tager noget tid at forstå det grundlæggende i virkeligheden.
1. Fotoner
Åh, den ydmyge foton. Alle kender fotoner. Fotoner udgør lys, som vi forstår det, små partikler af elektromagnetisk energi, der tillader lys at fungere som både en partikel og en bølge. Selvfølgelig er fotoner mere end blot lys fra din telefonskærm, der rammer dine øjne, så du kan se det. De er også Wi-Fi, som giver dig adgang til internettet, for ikke at tale om radiobølger, mikrobølger, røntgenstråler, gammastråler og meget mere.
Alt, hvad vi ser, sker, fordi der findes fotoner, der gør det muligt for os at se det. Det betyder, at når vi ser på universet og ser en stjerne, der eksploderede for en milliard år siden, har disse fotoner rejst så længe for at komme hertil, hvilket gør dem til partikelverdenens seriøse arbejdsheste.
Оставить Комментарий