A kvantumfizika szerint minden, ami létezik, részecskékből áll. Anyag, fény, látható és láthatatlan dolgok. Ezek mind részecskék, és az egész univerzum működését irányítják. Némelyikük gyakori és legtöbbünk számára jól ismert, például az elektronok. Mások egy kicsit szokatlanabbak, például a kvarkok. De minden részecske alapötlete az, hogy semmi másból nem készült elemi dolog. Az atomokat protonokra, neutronokra és elektronokra bonthatja. De egy részecskét sem tudsz másra törni. Ezt szem előtt tartva, vessünk egy pillantást a legcsodálatosabb felfedezésekre, amelyeket a tudomány felfedezett, vagy legalábbis felfedezettnek gondol.
10. Isten részecske
Amikor a tudósok valamit Isten-részecskének neveznek, valójában többnek nevezik, mint többnek. Az igazság kedvéért a részecske helyes neve Higgs-bozon, de Leon Lederman fizikus egy színesebb becenevet talált ki, mert nem olyan egyszerű rávenni a médiát, hogy törődjenek a részecskékkel.
A Higgs-bozon létezését még 2013-ban erősítették meg. Azonban az 1960-as években elméletileg megfogalmazták, így a vadászat elhúzódott. Stephen Hawking egyszer 100 dollárral fogadott, hogy soha nem fedezik fel, és megég. Azt is feljegyezte, hogy a Higgs-bozon egy napon elpusztítja az univerzumot, ezért jegyezd be a naptáradba.
Mindezzel a felhalmozódással el kell képzelni, hogy a Higgs-bozon nagyon csodálatos, és az igazság az, hogy igen, a Higgs-bozon csodálatos. Ennek megértéséhez azonban egy kis időbe telik, úgyhogy próbáljuk meg.
A bozon alapvető részecske. A bozonok felelősek az Univerzum összes alapvető erőjéért, például az elektromágnesességért, a gyenge és erős nukleáris erőért.
A Higgs-mező olyan energiamező, amely tömeget ad más részecskéknek, például elektronoknak. Egyszerűen fogalmazva, a Higgs-bozonok részben felelősek a részecskék tömegének létrehozásáért az Univerzumban. Maga a bozon nagy tömegű, de rövid életű, ezért a természetben nehéz megtalálni. De létezése megerősíti mindazt, amit a fizika standard modelljéről tudunk, és segít megmagyarázni, miért létezik egyáltalán bármilyen részecske. Segíthet megmagyarázni a sötét anyagot, és még több olyan részecskét azonosítani, amelyeket nem ismerünk vagy nem értünk.
Vicces, Lederman technikailag nem nevezte Isten-részecskének. Az átkozott részecskének nevezte, mert csalódott volt, milyen nehéz észlelni. Kiadója nevet változtatott.
9. Tetraquark
A kvarkok a legkönnyebben az anyag legkisebb darabjaiként érthetők meg. Egy vasdarab vasatomokból áll. Ezek az atomok olyan dolgokból állnak, mint az elektronok és a protonok. De még ha szétszednéd is őket, akkor is maradnának kvarkok. Tömegük és centrifugálásuk van, és hatféle típusban kaphatók, viccesen "íznek". Ezek az illatok párokba csoportosulnak, amelyeket felső és alsó, felső és alsó, bájos és furcsa párokba sorolnak. Furcsa, igaz? Nos, ez egyre furcsább.
2021-ben a tudósok felfedezték a tetrakvarkot, egy egzotikus hadront, amely két kvarkból és két antikvarkból áll. Felfedezése előtt ezt lehetetlennek tartották. Azt az elképzelést, hogy a részecskék valaha is kötődhetnek egymáshoz, nem tartották lehetőségnek, de a Nagy Hadronütköztetőből származó adatok ennek ellenkezőjét bizonyították.
A tetrakvark felfedezése számos új eszközt ad a kutatóknak ahhoz, hogy jobban megértsék azt az erős erőt, amely a kvarkokat neutronokat és protonokat képezve köti össze.
8. Neutrinó
Ha az elmúlt néhány évtizedben nézett bármilyen sci-fit, akkor többször is hallotta a „neutrínó” szót emlegetni. Népszerű, és még ha a tudomány a legtöbbünk számára elveszett is, akkor is érdekesen hangzik.
A való életben a neutrínók sokkal intenzívebben léteznek, mint azt a legtöbben el tudnánk képzelni. Ezek galaktikus kataklizmákból származó szubatomi részecskék, mint a felrobbanó csillagok. Szinte fénysebességgel mozognak, és sok szerencsét megállítanak közülük, mert olyan könnyen átjutnak az ólomnak látszó tárgyon, mint egy nyitott ajtón.
A neutrínók tömege meglepően kicsi. A leírására használt számok semmit sem jelentenek, ha még nem rendelkezel erős fizikai alapokkal. Azonban körülbelül 500 000-szer kisebbek, mint egy elektron. De az elektronokkal ellentétben nincs elektromos töltésük. Így tömeg és töltés nélkül a neutrínók szinte egyáltalán nem léteznek. De ezek is mindenhol vannak. A nap másodpercenként körülbelül egymilliárddal bombáz.
Az a tény, hogy a neutrínóknak van némi tömege, bár az lehet mikroszkopikus, megmagyarázhatja az univerzum teljes tömegét, és azt, hogy miért van körülöttünk anyag és nem antianyag.
7. Müonok
A kvarkokhoz hasonlóan a müonok is a létezés egyik alapvető részecskéi. Hasonlóak az elektronokhoz, de nagyobbak és 207-szer nagyobb tömegűek. Nagyon rövid életűek, elektronokká és neutrínókká bomlanak a keletkezésük után 2,2 mikroszekundumban. Akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugarak a légkörünkben lévő részecskékkel ütköznek, és ez alatt a 2,2 mikroszekundum alatt sikerül bombázniuk a Földet és körülbelül egy mérföldnyire a felszín alá hatolniuk, köszönhetően annak, hogy szinte fénysebességgel haladnak.
A Large Hadron Collider kutatása kimutatta, hogy a müonok nem mindig azt teszik, amit a tudomány szerint tenniük kellene. Egyszerűen fogalmazva, hintáznak. De nem kellene. És az a tény, hogy oszcillálnak, azt jelzi, hogy lehet ott egy másik részecske, amelyre senki sem gondolt, és ez befolyásolja működésüket.
6. Kvarkok
A tetrakvarkot már említettük, ezért célszerű egyszerű kvarkra bontani. Ha szétbontja a protonokat és a neutronokat, akkor kvarkokat és gluonokat kap. Hatféle kvark létezik, és mindig párban léteznek. Valójában a tudósok már megpróbálták elválasztani az egyik kvarkot a másik felétől, de ez egyszerűen nem működött. Vagy össze vannak kötve, vagy egyáltalán nem.
A kvarkok és a gluonok kölcsönhatása az atomok tömegének forrása. Alapvetően ez azt jelenti, hogy az összes anyagtömeg, ahogy mi értjük, kvarkokból és gluonokból származik. A legtöbb részecskével ellentétben, amelyek pozitív, negatív vagy semleges töltésűek, a kvarkok továbbmennek. Leírják úgy is, hogy színtöltéssel rendelkeznek, amit kvantumkromodinamikának neveznek. Ez a vörös, kék vagy zöld elméleti színeket alkalmazza (ezek valójában nem ezek a színek) egyedi kvantumtulajdonságaik leírására.
5. Gravitonok
A tudomány négy alapvető erőt ismer fel az univerzumban. Gyenge és erős nukleáris erők, elektromágnesesség és gravitáció. Az első hárommal többé-kevésbé megbirkózunk a legtöbb esetben. A gravitáció azonban egy kicsit vadkártya.
Megértjük, hogyan lépnek kölcsönhatásba a fotonok az elektromágnesességgel, hogyan lépnek kölcsönhatásba a kvarkok és a gluonok az erős magerővel, és hogyan lépnek kölcsönhatásba a bozonok a gyenge nukleáris erővel. Amit nem tudunk, az az, hogy mi közvetíti a gravitációt. Itt jönnek be a gravitonok, azok az elméleti részecskék, amelyek lehetővé teszik, hogy a gravitáció erőt gyakoroljon a dolgokra a való világban. A gravitonokkal az a probléma, hogy valójában nem tudjuk, hogy léteznek-e. Még mindig elméletiek. A tudomány nem tudja megmagyarázni a gravitációt.
Meglepő módon bár nem tudunk biztosan a gravitonok létezéséről, de sokat tudunk róluk. Tudjuk, hogy tömegük nulla vagy közel van ahhoz, és fénysebességgel mozognak. Akkor miért nem találjuk őket?
A gravitáció a leggyengébb a négy erő közül, így nehéz követni. A számítások szerint egy szupermasszív objektum, például neutroncsillag közelében elhelyezett Jupiter tömeggravitációs detektornak még mindig gondot okozna bármi észlelése.
4. Tachionok
Köszönöm Star Trek a tachionok népszerűsítésére, legalábbis bizonyos körökben. Ezek az elméleti részecskék valószínűleg homályosak és ismeretlenek lennének, ha a sci-fi nem ragadta volna meg őket kifejezetten furcsa természetük miatt. Ne feledje, hogy technikailag nem léteznek, de egyes fizikusok úgy gondolják, hogy igen.
A Tachyon legnagyobb hírneve a sebessége. Gyorsabban utaznak, mint a fény. Ez önmagában az oka annak, hogy sokan azt hiszik, hogy tachion nem létezhet, mert semmi sem halad gyorsabban, mint a fény. De az elméleti fizika kész utat engedni bárminek, ha van bizonyíték, akkor miért ne?
Ha egy tachion a fénynél gyorsabban mozog, akkor az időről ismereteink alapján a tachion visszafelé tud mozogni az időben. Általában elfogadjuk, hogy semmi sem tud gyorsabban haladni, mint a fény, mert nő a tömege, ahogy a mozgatásához szükséges energia is. Fénysebességnél gyakorlatilag elakadna. De a tachionok felgyorsulnak, amikor elveszítik az energiát, ami azt jelenti, hogy le tudják küzdeni ezt a korlátot. Ebből fakadnak azok az időparadoxonok is, amelyeket a filmekből ismerünk. És ez jó oka annak, hogy egyáltalán nem léteznek.
Természetesen, ha léteznek, de a fénysebességnél gyorsabban mozognak, akkor nem meglepő, hogy még nem észleltük őket, sőt, lehet, hogy éppen ezért soha nem észleljük őket.
3. Sötét anyag
Valószínűleg hallottad már a „sötét anyag” kifejezést, de ha nem vagy biztos benne, hogy ez mit jelent, üdvözöllek a klubban. A tudománynak is nehéz dolguk van ezzel, de sok kérdésre választ ad az univerzum működésével kapcsolatban, így jelenleg ez egyfajta helyőrző sok kozmikus jelenség magyarázatához.
A galaxisok mozgásának megfigyeléseink alapján nincs értelme. A galaxisok úgy mozognak, mintha sokkal nagyobb tömegűek lennének, mint amilyennek látszanak. Biztosan létezik egy titkos tömegforrás, amely egy adott galaxist összetart, és ez a forrás a sötét anyag.
A sötét anyag nem tükrözi, nyeli el és nem bocsát ki elektromágnesességet, ez adja a nevét. Lényegében láthatatlan, ezért csak elméleti. De azt csinálja, hogy gravitációt bocsát ki, és ez tartja össze az univerzumot. És ez nagyon sok. Valójában körülbelül 80% az Univerzum teljes tömegéből.
2. Részecskék
A Sparticle egy nagyszerű szó, amely Spartacust és részecskéket juttatja eszünkbe, de csak a szó fele a helyes. Az "s" rész valójában azt jelenti, hogy "szuperszimmetrikus". Például a részecskék szuperszimmetrikus részecskék, és létezésük felfedi a fizika titkait, akár egy kókuszdió.
Bármennyire is hasznos a részecskefizika standard modellje, mint láttuk, sok hiányossága van. Mi a sötét anyag? Hogyan működik a gravitáció? Mitől oszcillálnak a müonok? Kérdések merülnek fel azzal kapcsolatban, hogy honnan származik a tömeg, és minden ilyesmi. Van elég olyan kérdés, amely megkérdőjelezi a standard modell értékét vagy egy teljesen új modell kidolgozásának szükségességét. Kivéve persze, ha lehet gyufát szorítani valahova.
A részecskefizikában tapasztalt számos probléma megmagyarázható a szuperszimmetria elméletével. Eszerint minden részecskének szuperszimmetrikus partnerrel kell rendelkeznie. Elméletileg ezek a partnerrészecskék mindenféle űrt kitölthetnek az Univerzum megértésében. Még a Large Hadron Collidert is megépítették, hogy megtalálják ezeket a dolgokat. És nem sikerült. Ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy az elmélet rossz, csak azt, hogy a fizika összetett, és a valóság alapjainak megértése eltart egy ideig.
1. Fotonok
Ó, a szerény foton. Mindenki ismeri a fotonokat. A fotonok alkotják a fényt, ahogy mi értelmezzük, elektromágneses energia kis részecskéi, amelyek lehetővé teszik, hogy a fény részecskeként és hullámként is működjön. Természetesen a fotonok többet jelentenek, mint a telefon képernyőjén megjelenő fény, amely megüti a szemét, így láthatja. Wi-Fi-vel is rendelkeznek, amely hozzáférést biztosít az internethez, nem beszélve a rádióhullámokról, mikrohullámú sütőkről, röntgen-, gamma-sugarakról és egyebekről.
Minden, amit látunk, azért történik, mert léteznek fotonok, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy lássuk. Ez azt jelenti, hogy amikor az Univerzumot nézzük, és egy csillagot látunk, amely egymilliárd éve robbant fel, akkor ezek a fotonok olyan hosszú utat tettek meg, hogy eljuthassanak ide, és a részecskevilág komoly igáslovaivá tették őket.
Оставить Комментарий