Podľa kvantovej fyziky je všetko, čo existuje, tvorené časticami. Hmota, svetlo, veci viditeľné a neviditeľné. Toto všetko sú častice a riadia fungovanie celého vesmíru. Niektoré z nich sú bežné a dobre známe väčšine z nás, napríklad elektróny. Iné sú trochu nezvyčajnejšie, ako napríklad kvarky. Ale základnou myšlienkou akejkoľvek častice je, že je to elementárna vec, ktorá nie je vyrobená z ničoho iného. Atóm môžete rozložiť na protóny, neutróny a elektróny. Ale časticu nemôžete rozbiť na nič iné. S ohľadom na to sa poďme pozrieť na niektoré z najúžasnejších objavov, ktoré veda objavila, alebo si to aspoň myslí.
10. Božia častica
Keď vedci niečo nazývajú božskou časticou, v skutočnosti to nazývajú niečím viac než len viac. Aby sme boli spravodliví, správny názov častice je Higgsov bozón, ale fyzik Leon Lederman prišiel s farebnejším prezývkou, pretože prinútiť médiá, aby sa o častice zaujímali, nie je také jednoduché.
Existencia Higgsovho bozónu bola potvrdená už v roku 2013. Teoretizovalo sa však už v 60. rokoch minulého storočia, takže honba za ním sa pretiahla. Stephen Hawking sa raz stavil o 100 dolárov, že ho nikdy neodhalia a upálil sa. Tiež uviedol, že Higgsov bozón jedného dňa zničí vesmír, tak si to poznačte do kalendára.
So všetkým týmto nahromadením si musíte predstaviť, že Higgsov bozón je celkom úžasný a pravdou je, že áno, Higgsov bozón je úžasný. Pochopenie však trvá trochu času, tak to skúsme.
Bozón je základná častica. Bosóny sú zodpovedné za všetky základné sily vesmíru, veci ako elektromagnetizmus, slabé a silné jadrové sily.
Higgsovo pole je energetické pole, ktoré dáva hmotnosť iným časticiam, ako sú elektróny. Jednoducho povedané, Higgsove bozóny sú čiastočne zodpovedné za vytvorenie hmoty častíc vo vesmíre. Samotný bozón má veľkú hmotnosť, ale je krátkodobý, takže je ťažké ho nájsť v prírode. Jeho existencia však potvrdzuje veľa z toho, čo vieme o štandardnom modeli fyziky, a pomáha vysvetliť, prečo vôbec nejaká častica existuje. Mohlo by to tiež pomôcť vysvetliť temnú hmotu a identifikovať ešte viac častíc, ktoré nepoznáme alebo ktorým nerozumieme.
Smiešne, Lederman to technicky nenazval Božou časticou. Nazval to prekliata častica, pretože bol sklamaný z toho, aké ťažké to bolo odhaliť. Jeho vydavateľ zmenil názov.
9. Tetrakvark
Kvarky sa dajú najľahšie pochopiť ako najmenšie kúsky hmoty. Kus železa sa skladá z atómov železa. Tieto atómy sa skladajú z vecí, ako sú elektróny a protóny. Ale aj keby ste ich rozobrali, stále by vám zostali kvarky. Majú hmotnosť a rotáciu a prichádzajú v šiestich typoch, ktoré sa vtipne nazývajú „príchute“. Tieto vône sú zoskupené do párov, ktoré sa nazývajú vrchné a spodné, vrchné a spodné, očarujúce a zvláštne. Zvláštne, však? No, toto bude ešte čudnejšie.
V roku 2021 vedci objavili tetrakvark, exotický hadrón pozostávajúci z dvoch kvarkov a dvoch antikvarkov. Pred jeho objavením sa to považovalo za nemožné. Myšlienka, že by sa častice mohli navzájom spojiť, sa nepovažovala za možnosť, ale údaje z Veľkého hadrónového urýchľovača dokázali opak.
Objav tetrakvarku poskytne výskumníkom niekoľko nových nástrojov na lepšie pochopenie silnej sily, ktorá spája kvarky a vytvárajú neutróny a protóny.
8. Neutríno
Ak ste za posledných pár desaťročí sledovali akúkoľvek sci-fi, slovo „neutrino“ ste počuli spomenuté viac ako niekoľkokrát. Je to populárne, a aj keď väčšina z nás vedu stráca, stále to znie zaujímavo.
V skutočnom živote majú neutrína oveľa intenzívnejšiu existenciu, než si väčšina z nás dokáže predstaviť. Sú to subatomárne častice zrodené z galaktických katakliziem, ako sú explodujúce hviezdy. Pohybujú sa takmer rýchlosťou svetla a veľa šťastia pri zastavení jedného z nich, pretože cez to, čo sa zdá byť olovom, môžu prejsť rovnako ľahko, ako vy cez otvorené dvere.
Hmotnosť neutrín je prekvapivo malá. Čísla použité na jeho opis neznamenajú nič, ak ešte nemáte pevné základy vo fyzike. Sú však asi 500 000-krát menšie ako elektrón. Na rozdiel od elektrónu však nemajú ani elektrický náboj. Bez hmoty a náboja teda neutrína takmer vôbec neexistujú. Ale sú tiež všade. Slnko vás každú sekundu bombarduje asi miliardou z nich.
Skutočnosť, že neutrína majú určitú hmotnosť, hoci môže byť mikroskopická, môže vysvetľovať celú hmotnosť vesmíru a to, prečo máme všade okolo seba hmotu a nie antihmotu.
7. mióny
Podobne ako kvarky, aj mióny sú jednou zo základných častíc existencie. Sú podobné elektrónom, ale sú väčšie a vážia 207-krát viac. Majú veľmi krátky život, rozpadajú sa na elektróny a neutrína do 2,2 mikrosekúnd od vzniku. Vznikajú pri zrážke kozmického žiarenia s časticami v našej atmosfére a za tých 2,2 mikrosekundy stihnú zbombardovať zem a preniknúť asi kilometer pod povrch vďaka tomu, že sa pohybujú takmer rýchlosťou svetla.
Výskum na Veľkom hadrónovom urýchľovači ukázal, že mióny nie vždy robia to, čo by podľa vedy mali robiť. Jednoducho povedané, hojdajú sa. Ale nemali by. A skutočnosť, že oscilujú, naznačuje, že tam môže byť ďalšia častica, o ktorej nikto ani nepomyslel a ktorá ovplyvňuje spôsob ich fungovania.
6. Kvarky
Už sme spomenuli tetrakvark, takže má zmysel rozdeliť ho na jednoduchý kvark. Ak rozbijete veci ako protóny a neutróny, získate kvarky a gluóny. Existuje šesť typov kvarkov a vždy existujú v pároch. V skutočnosti sa vedci už pokúsili oddeliť jeden kvark od jeho druhej polovice a jednoducho to nefungovalo. Buď sú spojené, alebo nie sú vôbec.
Spôsob interakcie kvarkov a gluónov je zdrojom hmotnosti atómov. V podstate to znamená, že všetka hmota, ako ju chápeme, pochádza z kvarkov a gluónov. Na rozdiel od väčšiny častíc, ktoré sú opísané ako častice s kladným, záporným alebo neutrálnym nábojom, kvarky idú ďalej. Tiež sa o nich hovorí, že majú farebný náboj, ktorý sa označuje ako kvantová chromodynamika. Toto aplikuje teoretické farby červenej, modrej alebo zelenej (v skutočnosti to nie sú tieto farby) na opis ich jedinečných kvantových vlastností.
5. Gravitóny
Veda uznáva štyri základné sily pôsobiace vo vesmíre. Slabé a silné jadrové sily, elektromagnetizmus a gravitácia. S prvými tromi sa vo väčšine prípadov viac-menej vyrovnávame. Gravitácia je však trochu divoká karta.
Chápeme, ako fotóny interagujú s elektromagnetizmom, ako kvarky a gluóny interagujú so silnou jadrovou silou a ako bozóny interagujú so slabou jadrovou silou. Čo však nevieme, je to, čo prenáša gravitáciu. Tu prichádzajú na scénu gravitóny, teoretické častice, ktoré umožňujú, aby gravitácia pôsobila na veci v skutočnom svete. Problém s gravitónmi je v tom, že v skutočnosti nevieme, či existujú. Sú stále teoretické. Veda nevie vysvetliť gravitáciu.
Prekvapivo, hoci o existencii gravitónov nevieme s istotou, vieme o nich veľa. Vieme, že ich hmotnosť je nulová alebo blízko nej a pohybujú sa rýchlosťou svetla. Tak prečo ich nemôžeme nájsť?
Gravitácia je najslabšia zo štyroch síl, takže je ťažké ju sledovať. Bolo vypočítané, že gravitačný detektor s hmotnosťou Jupitera umiestnený v blízkosti supermasívneho objektu, akým je neutrónová hviezda, bude mať stále problémy s detekciou čohokoľvek.
4. Tachyóny
Ďakujem Star Trek za popularizáciu tachyónov, aspoň v niektorých kruhoch. Tieto teoretické častice by boli pravdepodobne nejasné a neznáme, ak by sa ich sci-fi nezachytilo kvôli ich úplne zvláštnej povahe. Len si pamätajte, že technicky neexistujú, ale niektorí fyzici si myslia, že áno.
Najväčším nárokom na slávu Tachyonu je jeho rýchlosť. Cestujú rýchlejšie ako svetlo. To samo o sebe je dôvodom, prečo mnohí veria, že tachyón nemôže existovať, pretože nič necestuje rýchlejšie ako svetlo. Ale teoretická fyzika je pripravená ustúpiť čomukoľvek, ak existujú dôkazy, tak prečo nie?
Ak sa tachyón pohybuje rýchlejšie ako svetlo, potom na základe toho, čo vieme o čase, sa tachyón môže pohybovať späť v čase. Vo všeobecnosti uznávame, že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo, pretože jeho hmotnosť sa zvýši, rovnako ako energia potrebná na jeho pohyb. Pri rýchlosti svetla by ste sa prakticky zasekli. Ale tachyóny sa zrýchľujú, keď strácajú energiu, čo znamená, že môžu prekonať túto bariéru. Z toho vznikajú aj všetky tie časové paradoxy, ktoré poznáme z filmov. A to je dobrý dôvod, prečo nemusia vôbec existovať.
Samozrejme, ak existujú, ale pohybujú sa rýchlejšie ako rýchlosť svetla, nie je prekvapujúce, že ich ešte musíme odhaliť a v skutočnosti ich možno nikdy nezistíme práve z tohto dôvodu.
3. Temná hmota
Určite ste už niekedy počuli pojem „temná hmota“, no ak si nie ste istý, čo to znamená, vitajte v klube. Veda to má tiež ťažké, ale odpovedá na veľa otázok o tom, ako vesmír funguje, takže práve teraz je to akýsi zástupný symbol pre vysvetlenie mnohých kozmických javov.
Spôsob, akým sa galaxie pohybujú na základe našich pozorovaní, nedáva zmysel. Galaxie sa pohybujú, akoby boli oveľa hmotnejšie, ako sa zdajú. Musí existovať tajný zdroj hmoty, ktorý drží akúkoľvek galaxiu pohromade, a tým zdrojom je temná hmota.
Temná hmota neodráža, neabsorbuje ani nevyžaruje elektromagnetizmus, čo jej dáva meno. Je to v podstate neviditeľné, a preto je to len teoretické. Ale to, čo robí, je, že vysiela gravitáciu a to drží vesmír pohromade. A to je veľa. V skutočnosti je to asi 801 TP3T z celej hmoty vesmíru.
2. Častice
Sparticle je skvelé slovo, ktoré pripomína Spartaka a častice, ale iba polovica slova je správna. Časť „s“ v skutočnosti znamená „supersymetrická“. Napríklad častice sú supersymetrické častice a ich existencia môže odhaliť tajomstvá fyziky ako kokosový orech.
Ako sme videli, štandardný model časticovej fyziky je užitočný, má veľa medzier. Čo je temná hmota? Ako funguje gravitácia? Čo spôsobuje osciláciu miónov? Existujú otázky o tom, odkiaľ pochádza omša a všetky tieto veci. Existuje dostatok otázok, ktoré môžu spochybňovať hodnotu štandardného modelu alebo potrebu vyvinúť úplne nový model. Pokiaľ, samozrejme, nemôžete niekde vtesnať zápalky.
Mnohé z problémov, s ktorými sa stretávame v časticovej fyzike, sa dajú vysvetliť pomocou teórie supersymetrie. Podľa toho musí mať každá častica supersymetrického partnera. Teoreticky by tieto partnerské častice mohli vyplniť všetky druhy medzier v našom chápaní vesmíru. Dokonca postavili Veľký hadrónový urýchľovač, len aby našli tieto veci. A nešlo to. To nevyhnutne neznamená, že teória je nesprávna, znamená to len, že fyzika je zložitá a pochopenie základov reality nejaký čas trvá.
1. Fotóny
Ach, ten skromný fotón. Každý pozná fotóny. Fotóny tvoria svetlo, ako ho chápeme, malé častice elektromagnetickej energie, ktoré umožňujú svetlu fungovať ako častica aj ako vlna. Fotóny sú samozrejme viac než len svetlo z obrazovky telefónu, ktoré dopadá na vaše oči, aby ste ho mohli vidieť. Sú to tiež Wi-Fi, ktoré vám umožňuje prístup k internetu, nehovoriac o rádiových vlnách, mikrovlnách, röntgenových lúčoch, gama lúčoch a ďalších.
Všetko, čo vidíme, sa deje, pretože existujú fotóny, ktoré nám to umožňujú vidieť. To znamená, že keď sa pozrieme na vesmír a vidíme hviezdu, ktorá explodovala pred miliardou rokov, tieto fotóny cestovali tak dlho, aby sa sem dostali, čo z nich urobilo serióznych ťažných koní vo svete častíc.
Оставить Комментарий