Conform fizicii cuantice, tot ceea ce există este format din particule. Materia, lumina, lucrurile vizibile si invizibile. Toate acestea sunt particule și controlează funcționarea întregului univers. Unele dintre ele sunt comune și bine cunoscute de majoritatea dintre noi, cum ar fi electronii. Altele sunt puțin mai neobișnuite, cum ar fi quarcurile. Dar ideea de bază a oricărei particule este că este un lucru elementar format din nimic altceva. Puteți descompune un atom în protoni, neutroni și electroni. Dar nu poți sparge o particulă în altceva. Având în vedere asta, să aruncăm o privire la unele dintre cele mai uimitoare descoperiri pe care știința le-a descoperit, sau cel puțin crede că le-a descoperit.
10. Particula de Dumnezeu
Când oamenii de știință numesc ceva o particulă de Dumnezeu, ei o numesc de fapt ceva mai mult decât mai mult. Pentru a fi corect, numele corect pentru particulă este bosonul Higgs, dar fizicianul Leon Lederman a venit cu un nume mai colorat, deoarece nu este atât de ușor să-i pese mass-media de particule.
Existența bosonului Higgs a fost confirmată încă din 2013. Cu toate acestea, a fost teoretizat încă din anii 1960, așa că vânătoarea pentru ea a durat. Stephen Hawking a pariat odată 100 de dolari că nu va fi niciodată descoperit și a fost ars. De asemenea, a spus că bosonul Higgs va distruge universul într-o zi, așa că marcați asta în calendarele voastre.
Cu toată această acumulare, trebuie să vă imaginați că bosonul Higgs este destul de uimitor și adevărul este că da, bosonul Higgs este minunat. Cu toate acestea, este nevoie de puțin timp pentru a înțelege, așa că hai să încercăm.
Un boson este o particulă fundamentală. Bosonii sunt responsabili pentru toate forțele fundamentale ale Universului, lucruri precum electromagnetismul, forțele nucleare slabe și puternice.
Câmpul Higgs este un câmp energetic care dă masă altor particule, cum ar fi electronii. Mai simplu spus, bosonii Higgs sunt parțial responsabili pentru crearea masei particulelor din Univers. Bosonul în sine are o masă mare, dar este de scurtă durată, deci este greu de găsit în natură. Dar existența sa confirmă mult din ceea ce știm despre modelul standard al fizicii și ajută la explicarea de ce există orice particulă. De asemenea, ar putea ajuta la explicarea materiei întunecate și la identificarea și mai multor particule pe care nu le cunoaștem sau nu le înțelegem.
Amuzant, Lederman nu a numit-o din punct de vedere tehnic o particulă de Dumnezeu. A numit-o particula blestemată pentru că era dezamăgit de cât de greu era de detectat. Editorul său și-a schimbat numele.
9. Tetraquark
Quarcii sunt cel mai ușor înțeleși ca fiind cele mai mici bucăți de materie. O bucată de fier este formată din atomi de fier. Acești atomi sunt formați din lucruri precum electroni și protoni. Dar chiar dacă le-ai demonta, tot ai rămâne cu quarci. Au masă și spin și vin în șase tipuri, numite amuzant „arome”. Aceste arome sunt grupate în perechi numite sus și jos, sus și jos, fermecătoare și ciudate. Ciudat, nu? Ei bine, asta devine mai ciudat.
În 2021, oamenii de știință au descoperit tetraquark, un hadron exotic format din doi quarci și doi antiquarci. Înainte de descoperirea sa, acest lucru era considerat imposibil. Ideea că particulele s-ar putea lega vreodată între ele nu a fost considerată o opțiune, dar datele de la Large Hadron Collider au dovedit contrariul.
Descoperirea tetraquarcului le va oferi cercetătorilor mai multe instrumente noi pentru a înțelege mai bine forța puternică care leagă quarcii împreună pentru a forma neutroni și protoni.
8. Neutrin
Dacă ați vizionat vreo ficțiune științifico-fantastică în ultimele decenii, ați auzit cuvântul „neutrin” menționat de mai multe ori. Este popular și chiar dacă știința este pierdută pentru majoritatea dintre noi, totuși sună interesant.
În viața reală, neutrinii au o existență mult mai intensă decât ne-ar putea imagina cei mai mulți dintre noi. Acestea sunt particule subatomice născute din cataclisme galactice, precum stelele care explodează. Se mișcă aproape cu viteza luminii și noroc în oprirea unuia dintre ei, pentru că pot trece prin ceea ce pare a fi plumb la fel de ușor cum treci printr-o ușă deschisă.
Masa neutrinilor este surprinzător de mică. Numerele folosite pentru a-l descrie nu înseamnă nimic dacă nu ai deja o bază solidă în fizică. Cu toate acestea, sunt de aproximativ 500.000 de ori mai mici decât un electron. Dar, spre deosebire de electron, nu au nicio sarcină electrică. Astfel, fără masă și fără sarcină, neutrinii aproape că nu există deloc. Dar sunt și peste tot. Soarele te bombardează cu aproximativ un miliard din ele în fiecare secundă.
Faptul că neutrinii au o anumită masă, deși poate fi microscopică, poate explica întreaga masă a universului și de ce avem materie și nu antimaterie peste tot în jurul nostru.
7. Muoni
La fel ca quarcii, muonii sunt una dintre particulele fundamentale ale existenței. Sunt asemănătoare cu electronii, dar sunt mai mari și cântăresc de 207 de ori mai mult. Acestea au o durată foarte scurtă de viață, degradându-se în electroni și neutrini în 2,2 microsecunde de la formare. Ele sunt create atunci când razele cosmice se ciocnesc cu particulele din atmosfera noastră, iar în acele 2,2 microsecunde reușesc să bombardeze pământul și să pătrundă la aproximativ o milă sub suprafață datorită faptului că călătoresc aproape cu viteza luminii.
Cercetările de la Large Hadron Collider au arătat că muonii nu fac întotdeauna ceea ce spune știința că ar trebui să facă. În termeni simpli, se balansează. Dar nu ar trebui. Iar faptul că acestea oscilează indică faptul că poate exista o altă particulă acolo la care nimeni nu s-a gândit măcar care să afecteze modul în care funcționează.
6. Quarci
Am menționat deja tetraquark, așa că are sens să îl descompunem într-un simplu cuarc. Dacă despărțiți lucruri precum protoni și neutroni, obțineți quarci și gluoni. Există șase tipuri de quarci și există întotdeauna în perechi. De fapt, oamenii de știință au încercat deja să separe un quark de cealaltă jumătate și pur și simplu nu a funcționat. Ori sunt conectate, ori nu sunt deloc.
Modul în care quarkurile și gluonii interacționează este sursa de masă în atomi. Practic, aceasta înseamnă că toată masa de materie, așa cum o înțelegem, provine din quarci și gluoni. Spre deosebire de majoritatea particulelor, care sunt descrise ca având o sarcină pozitivă, negativă sau neutră, quarcii merg mai departe. Ele sunt, de asemenea, descrise ca având o încărcătură de culoare, care este denumită cromodinamică cuantică. Acest lucru aplică culorile teoretice de roșu, albastru sau verde (nu sunt de fapt aceste culori) pentru a descrie proprietățile lor cuantice unice.
5. Gravitoni
Știința recunoaște patru forțe fundamentale care lucrează în univers. Forțe nucleare slabe și puternice, electromagnetism și gravitație. Mai mult sau mai puțin facem față primelor trei în majoritatea cazurilor. Gravitația, totuși, este un pic un wild card.
Înțelegem cum interacționează fotonii cu electromagnetismul, cum interacționează quarcii și gluonii cu forța nucleară puternică și cum interacționează bosonii cu forța nucleară slabă. Ceea ce nu știm este ceea ce transmite gravitația. Aici intervin gravitonii, particulele teoretice care permit gravitației să fie o forță asupra lucrurilor din lumea reală. Problema cu gravitonii este că nu știm de fapt dacă există. Ele sunt încă teoretice. Știința nu poate explica gravitația.
În mod surprinzător, deși nu știm cu siguranță despre existența gravitonilor, știm multe despre ei. Știm că masa lor este zero sau aproape de ea și se mișcă cu viteza luminii. Deci de ce nu le putem găsi?
Gravitația este cea mai slabă dintre cele patru forțe, ceea ce face dificil de urmărit. S-a calculat că un detector gravitațional de masă Jupiter, plasat lângă un obiect supermasiv, cum ar fi o stea neutronică, ar avea în continuare probleme în a detecta orice.
4. Tahioane
Mulțumesc Star Trek pentru popularizarea tahioanelor, cel puțin în unele cercuri. Aceste particule teoretice ar fi probabil obscure și necunoscute dacă science-fiction nu s-ar fi prins de ele din cauza naturii lor de-a dreptul ciudate. Nu uitați că din punct de vedere tehnic nu există, dar unii fizicieni cred că există.
Cea mai mare pretenție de faimă a lui Tachyon este viteza sa. Călătoresc mai repede decât lumina. Acesta în sine este motivul pentru mulți să creadă că un tahion nu poate exista, deoarece nimic nu călătorește mai repede decât lumina. Dar fizica teoretică este gata să cedeze orice dacă există dovezi, așa că de ce nu?
Dacă un tahion se mișcă mai repede decât lumina, atunci pe baza a ceea ce știm despre timp, tahionul se poate mișca înapoi în timp. În general, acceptăm că nimic nu poate călători mai repede decât lumina, deoarece masa ei va crește, la fel și energia necesară pentru a o deplasa. La viteza luminii ai fi practic blocat. Dar tahionii se accelerează pe măsură ce pierd energie, ceea ce înseamnă că pot depăși această barieră. Acest lucru dă naștere și tuturor acelor paradoxuri ale timpului pe care le cunoaștem din filme. Și acesta este un motiv bun pentru care s-ar putea să nu existe deloc.
Desigur, dacă există, dar se mișcă mai repede decât viteza luminii, nu este surprinzător că încă trebuie să le detectăm și, de fapt, este posibil să nu le detectăm niciodată din acest motiv.
3. Materia întunecată
Probabil că ai mai auzit termenul „materie întunecată”, dar dacă nu ești sigur ce înseamnă asta, bine ai venit în club. Și știința are dificultăți cu asta, dar răspunde la multe întrebări despre cum funcționează universul, așa că acum este un fel de substituent pentru explicarea multor fenomene cosmice.
Modul în care galaxiile se mișcă pe baza observațiilor noastre nu are sens. Galaxiile se mișcă ca și cum ar fi mult mai masive decât par. Trebuie să existe o sursă secretă de masă care ține împreună orice galaxie și acea sursă este materia întunecată.
Materia întunecată nu reflectă, absoarbe sau emite electromagnetism, ceea ce îi dă numele. Este în esență invizibil și deci este doar teoretic. Dar ceea ce face este că emite gravitație și asta ține universul împreună. Și asta e mult. De fapt, aproximativ 80% din întreaga masă a Universului.
2. Particule
Sparticulă este un cuvânt grozav care aduce în minte Spartacus și particule, dar doar jumătate din cuvânt este corectă. Partea „s” înseamnă de fapt „supersimetrică”. De exemplu, particulele sunt particule supersimetrice, iar existența lor poate dezvălui secretele fizicii, ca o nucă de cocos.
La fel de util ca și modelul standard al fizicii particulelor este, după cum am văzut, are multe lacune. Ce este materia întunecată? Cum funcționează gravitația? Ce face muonii să oscileze? Sunt întrebări despre de unde vine masa și toate chestiile astea. Există suficiente întrebări care pot pune la îndoială valoarea modelului standard sau necesitatea dezvoltării unui model complet nou. Doar dacă, desigur, nu poți strânge chibrituri undeva.
Multe dintre problemele pe care le întâlnim în fizica particulelor pot fi explicate folosind teoria supersimetriei. În conformitate cu aceasta, fiecare particulă trebuie să aibă un partener supersimetric. În teorie, aceste particule partenere ar putea umple tot felul de lacune în înțelegerea noastră a universului. Au construit chiar și Large Hadron Collider doar pentru a găsi aceste lucruri. Și nu a funcționat. Acest lucru nu înseamnă neapărat că teoria este greșită, înseamnă doar că fizica este complexă și înțelegerea elementelor de bază ale realității durează ceva timp.
1. Fotoni
Ah, umilul foton. Toată lumea știe fotonii. Fotonii formează lumina așa cum o înțelegem, mici particule de energie electromagnetică care permit luminii să funcționeze atât ca particule, cât și ca undă. Desigur, fotonii sunt mai mult decât o simplă lumină de pe ecranul telefonului care îți lovește ochii, astfel încât să o poți vedea. Sunt și Wi-Fi, care vă oferă acces la Internet, ca să nu mai vorbim de unde radio, microunde, raze X, raze gamma și multe altele.
Tot ceea ce vedem se întâmplă pentru că există fotoni care ne permit să-l vedem. Aceasta înseamnă că atunci când ne uităm la Univers și vedem o stea care a explodat cu un miliard de ani în urmă, acei fotoni au călătorit atât de mult pentru a ajunge aici, făcându-i caii de lucru serioși ai lumii particulelor.
Оставить Комментарий