Po kvantni fiziki je vse, kar obstaja, sestavljeno iz delcev. Snov, svetloba, vidne in nevidne stvari. Vse to so delci in nadzorujejo delovanje celotnega vesolja. Nekateri od njih so običajni in dobro znani večini od nas, na primer elektroni. Drugi so nekoliko bolj nenavadni, na primer kvarki. Toda osnovna ideja vsakega delca je, da je elementarna stvar, narejena iz ničesar drugega. Atom lahko razdelite na protone, nevtrone in elektrone. Toda delca ne morete razbiti v nič drugega. S tem v mislih si poglejmo nekaj najbolj neverjetnih odkritij, ki jih je znanost odkrila ali vsaj misli, da jih je odkrila.
10. Božji delec
Ko znanstveniki nekaj imenujejo božji delec, temu pravzaprav pravijo nekaj več kot le več. Po pravici povedano je pravilno ime za delec Higgsov bozon, toda fizik Leon Lederman si je izmislil bolj barvit vzdevek, ker medijev ni tako enostavno prepričati, da bi jih zanimali delci.
Obstoj Higgsovega bozona je bil potrjen že leta 2013. Vendar so teoretizirali že v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, zato se je lov za njim zavlekel. Stephen Hawking je nekoč stavil 100 dolarjev, da ga ne bodo nikoli odkrili in se opekel. Prav tako je javno izjavil, da bo Higgsov bozon nekega dne uničil vesolje, zato si to označite na svojih koledarjih.
Z vsem tem kopičenjem si morate predstavljati, da je Higgsov bozon precej neverjeten, in resnica je, da je Higgsov bozon čudovit. Vendar potrebujemo nekaj časa, da razumemo, zato poskusimo.
Bozon je temeljni delec. Bozoni so odgovorni za vse temeljne sile vesolja, kot so elektromagnetizem, šibka in močna jedrska sila.
Higgsovo polje je energijsko polje, ki daje maso drugim delcem, kot so elektroni. Preprosto povedano, Higgsovi bozoni so delno odgovorni za ustvarjanje mase delcev v vesolju. Sam bozon ima veliko maso, vendar je kratkotrajen, zato ga je težko najti v naravi. Toda njegov obstoj potrjuje veliko tega, kar vemo o standardnem modelu fizike, in pomaga razložiti, zakaj kateri koli delec sploh obstaja. Lahko bi tudi pomagal razložiti temno snov in prepoznati še več delcev, ki jih ne poznamo ali razumemo.
Smešno, Lederman tega tehnično ni imenoval božji delec. Imenoval ga je prekleti delec, ker je bil razočaran nad tem, kako težko ga je zaznati. Njegov založnik je spremenil ime.
9. Tetrakvark
Kvarke najlažje razumemo kot najmanjše koščke snovi. Kos železa je sestavljen iz atomov železa. Ti atomi so sestavljeni iz stvari, kot so elektroni in protoni. Toda tudi če bi jih razstavili, bi še vedno ostali kvarki. Imajo maso in se vrtijo ter so na voljo v šestih vrstah, smešno imenovanih "okusi". Ti vonji so združeni v pare, imenovane zgornji in spodnji, zgornji in spodnji, očarljivi in čudni. Čudno, kajne? No, to postane bolj čudno.
Leta 2021 so znanstveniki odkrili tetrakvark, eksotični hadron, sestavljen iz dveh kvarkov in dveh antikvarkov. Pred odkritjem se je to zdelo nemogoče. Zamisel, da bi se delci kdaj lahko povezali med seboj, ni veljala za možnost, vendar so podatki iz Velikega hadronskega trkalnika dokazali nasprotno.
Odkritje tetrakvarka bo raziskovalcem dalo več novih orodij za boljše razumevanje močne sile, ki povezuje kvarke skupaj, da tvorijo nevtrone in protone.
8. Nevtrino
Če ste v zadnjih nekaj desetletjih gledali kakšno znanstveno fantastiko, ste besedo "nevtrino" slišali omeniti več kot nekajkrat. Priljubljeno je in čeprav večina od nas znanost ne pozna, še vedno zveni zanimivo.
V resničnem življenju imajo nevtrini veliko intenzivnejši obstoj, kot si večina od nas lahko predstavlja. To so subatomski delci, rojeni iz galaktičnih kataklizm, kot eksplozivne zvezde. Premikajo se skoraj s svetlobno hitrostjo in vso srečo, da ustavite enega od njih, saj lahko gredo skozi tisto, kar se zdi svinčeno, tako enostavno, kot greste skozi odprta vrata.
Masa nevtrinov je presenetljivo majhna. Številke, ki se uporabljajo za opis, ne pomenijo nič, če že nimate trdnih temeljev v fiziki. Vendar pa so približno 500.000-krat manjši od elektrona. Toda za razliko od elektrona tudi nimajo električnega naboja. Tako brez mase in brez naboja nevtrini skoraj sploh ne obstajajo. So pa tudi povsod. Sonce vas vsako sekundo obstreli s približno milijardo.
Dejstvo, da imajo nevtrini nekaj mase, čeprav je morda mikroskopsko majhna, lahko pojasni vso maso vesolja in zakaj imamo materijo in ne antimaterije povsod okrog nas.
7. Mioni
Tako kot kvarki so tudi mioni eden temeljnih delcev obstoja. Podobni so elektronom, vendar so večji in tehtajo 207-krat več. So zelo kratkotrajni, razpadejo na elektrone in nevtrine v 2,2 mikrosekundah po nastanku. Nastanejo ob trku kozmičnih žarkov z delci v naši atmosferi in v teh 2,2 mikrosekundah uspejo zbombardirati zemljo in prodreti približno miljo pod površje zahvaljujoč dejstvu, da potujejo skoraj s svetlobno hitrostjo.
Raziskave na velikem hadronskem trkalniku so pokazale, da mioni ne naredijo vedno tistega, kar pravi znanost, da bi morali. Preprosto povedano, zanihajo. Ampak ne bi smeli. In dejstvo, da nihajo, kaže na to, da je tam morda še en delec, na katerega nihče niti pomislil ni, ki vpliva na njihov način delovanja.
6. Kvarki
Omenili smo že tetrakvark, zato ga je smiselno razdeliti na preprost kvark. Če razbijete stvari, kot so protoni in nevtroni, dobite kvarke in gluone. Obstaja šest vrst kvarkov in vedno obstajajo v parih. Pravzaprav so znanstveniki že poskušali ločiti en kvark od njegove druge polovice, a preprosto ni uspelo. Ali so povezani ali pa sploh niso.
Način interakcije kvarkov in gluonov je vir mase v atomih. V bistvu to pomeni, da vsa masa snovi, kot jo razumemo, izvira iz kvarkov in gluonov. Za razliko od večine delcev, za katere je opisano, da imajo pozitiven, negativen ali nevtralen naboj, gredo kvarki dlje. Opisano je tudi, da imajo barvni naboj, kar se imenuje kvantna kromodinamika. To uporablja teoretične barve rdeče, modre ali zelene (dejansko niso te barve) za opis njihovih edinstvenih kvantnih lastnosti.
5. Gravitoni
Znanost prepoznava štiri temeljne sile, ki delujejo v vesolju. Šibke in močne jedrske sile, elektromagnetizem in gravitacija. S prvimi tremi smo v večini bolj ali manj kos. Gravitacija pa je nekoliko divja karta.
Razumemo, kako fotoni sodelujejo z elektromagnetizmom, kako kvarki in gluoni sodelujejo z močno jedrsko silo in kako bozoni sodelujejo s šibko jedrsko silo. Ne vemo pa, kaj prenaša gravitacijo. Tu nastopijo gravitoni, teoretični delci, ki omogočajo, da gravitacija vpliva na stvari v resničnem svetu. Težava z gravitoni je, da dejansko ne vemo, ali obstajajo. Še vedno so teoretični. Znanost ne more pojasniti gravitacije.
Presenetljivo je, da čeprav ne vemo zagotovo o obstoju gravitonov, o njih vemo veliko. Vemo, da je njihova masa enaka nič ali blizu nje in se gibljejo s svetlobno hitrostjo. Zakaj jih torej ne najdemo?
Gravitacija je najšibkejša od štirih sil, zato ji je težko slediti. Izračunano je bilo, da bi imel gravitacijski detektor mase Jupitra, nameščen blizu supermasivnih predmetov, kot je nevtronska zvezda, še vedno težave pri zaznavanju česar koli.
4. Tahioni
Hvala vam Zvezdne steze za popularizacijo tahionov, vsaj v nekaterih krogih. Ti teoretični delci bi bili verjetno nejasni in neznani, če se jih zaradi njihove naravnost čudne narave ne bi prijela znanstvena fantastika. Ne pozabite le, da tehnično ne obstajajo, vendar nekateri fiziki mislijo, da obstajajo.
Tachyonova največja slava je njegova hitrost. Potujejo hitreje od svetlobe. To je samo po sebi razlog, da mnogi verjamejo, da tahion ne more obstajati, ker nič ne potuje hitreje od svetlobe. Toda teoretična fizika je pripravljena dati prostor vsemu, če obstajajo dokazi, zakaj pa ne?
Če se tahion giblje hitreje od svetlobe, se lahko na podlagi tega, kar vemo o času, giblje nazaj v času. Na splošno priznavamo, da nič ne more potovati hitreje od svetlobe, ker se bo njena masa povečala, prav tako energija, potrebna za njeno premikanje. S svetlobno hitrostjo bi tako rekoč obstali. Toda tahioni se pospešijo, ko izgubljajo energijo, kar pomeni, da lahko premagajo to oviro. Iz tega nastajajo tudi vsi tisti časovni paradoksi, ki jih poznamo iz filmov. In to je dober razlog, zakaj morda sploh ne obstajajo.
Seveda, če obstajajo, vendar se gibljejo hitreje od svetlobne hitrosti, ni presenetljivo, da jih še moramo odkriti in jih pravzaprav morda nikoli ne bomo odkrili prav zaradi tega razloga.
3. Temna snov
Verjetno ste že slišali izraz "temna snov", če pa niste prepričani, kaj to pomeni, dobrodošli v klubu. Tudi znanost ima s tem težave, vendar odgovarja na mnoga vprašanja o delovanju vesolja, tako da je trenutno nekakšen nadomestni znak za razlago številnih kozmičnih pojavov.
Način premikanja galaksij na podlagi naših opazovanj nima smisla. Galaksije se gibljejo, kot da so veliko bolj masivne, kot se zdijo. Obstajati mora skrivni vir mase, ki drži katero koli galaksijo skupaj, in ta vir je temna snov.
Temna snov ne odbija, absorbira ali oddaja elektromagnetizma, kar ji daje ime. V bistvu je neviden, zato je le teoretičen. Toda oddaja gravitacijo in to drži vesolje skupaj. In to je veliko. Pravzaprav približno 80% celotne mase vesolja.
2. Delci
Sparticle je odlična beseda, ki spominja na Spartaka in delce, vendar je le polovica besede pravilna. Del "s" dejansko pomeni "supersimetričen". Na primer, delci so supersimetrični delci in njihov obstoj lahko razkrije skrivnosti fizike, kot kokosov oreh.
Čeprav je standardni model fizike delcev uporaben, ima, kot smo videli, veliko vrzeli. Kaj je temna snov? Kako deluje gravitacija? Kaj povzroča nihanje mionov? Obstajajo vprašanja o tem, od kod prihaja masa in vse te stvari. Obstaja dovolj vprašanj, ki lahko postavljajo pod vprašaj vrednost standardnega modela ali potrebo po razvoju popolnoma novega modela. Razen seveda, če lahko kam stlačite vžigalice.
Veliko težav, s katerimi se srečujemo v fiziki delcev, je mogoče razložiti s teorijo supersimetrije. V skladu s tem mora imeti vsak delec supersimetričnega partnerja. Teoretično bi lahko ti partnerski delci zapolnili najrazličnejše vrzeli v našem razumevanju vesolja. Zgradili so celo veliki hadronski trkalnik samo zato, da bi našli te stvari. In ni šlo. To ne pomeni nujno, da je teorija napačna, pomeni le, da je fizika zapletena in razumevanje osnov realnosti zahteva nekaj časa.
1. Fotoni
Ah, skromni foton. Vsi poznajo fotone. Fotoni sestavljajo svetlobo, kot jo razumemo, majhne delce elektromagnetne energije, ki omogočajo svetlobi, da deluje tako kot delec kot val. Seveda so fotoni več kot le svetloba zaslona vašega telefona, ki udarja v vaše oči, da jo lahko vidite. So tudi Wi-Fi, ki vam omogoča dostop do interneta, da ne omenjamo radijskih valov, mikrovalov, rentgenskih žarkov, žarkov gama in še več.
Vse, kar vidimo, se zgodi, ker obstajajo fotoni, ki nam to omogočajo. To pomeni, da ko pogledamo vesolje in vidimo zvezdo, ki je eksplodirala pred milijardo let, so ti fotoni potovali tako dolgo, da so prišli sem, zaradi česar so resni vlečni konji v svetu delcev.
Ostavit Komentarij