Согласно квантовой физике, все, что есть, состоит из частиц. Материя, свет, вещи видимые и невидимые. Это все частицы, и они управляют работой всей вселенной. Некоторые из них распространены и хорошо известны большинству из нас, например, электроны. Другие немного более необычны, например, кварки. Но основная идея любой частицы состоит в том, что это элементарная вещь, состоящая ни из чего другого. Вы можете разбить атом на протоны, нейтроны и электроны. Но вы не можете разбить частицу ни на что другое. Имея это в виду, давайте взглянем на некоторые из самых удивительных открытий, которые наука открыла или, по крайней мере, думает, что они открыты.
10. Частица Бога
Когда ученые называют что-то частицей Бога, они на самом деле считают это чем-то большим, чем просто большим. Справедливости ради, правильное название частицы — бозон Хиггса, но физик Леон Ледерман придумал более яркое прозвище, потому что заставить СМИ заботиться о частицах не так-то просто.
Существование бозона Хиггса было подтвержденоеще в 2013 году. Тем не менее, это было теоретизировано еще в 1960-х годах, поэтому охота на него затянулась. Стивен Хокинг однажды поспорил на 100 долларов, что его никогда не обнаружат, и обжегся. Он также официально заявил, что бозон Хиггса однажды уничтожитВселенную, так что отметьте это в своих календарях.
Со всем этим наращиванием вы должны представить, что бозон Хиггса довольно удивителен, и правда в том, что да, бозон Хиггса замечателен. Однако для понимания требуется немного времени, так что давайте попробуем.
Бозон — это фундаментальная частица. Бозоны ответственны за все основные силы Вселенной, такие вещи, как электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие.
Поле Хиггса — это энергетическое поле, которое придает массу другим частицам, таким как электроны. Проще говоря, бозоны Хиггса частично ответственны засоздание массы частицво Вселенной. Сам бозон имеет большую массу, но недолговечен, поэтому его трудно найти в природе. Но его существование подтверждает многое из того, что мы знаем о Стандартной модели физики, и помогает объяснить, почему вообще существует какая-либо частица. Это также может помочь объяснить темную материю и выявить еще больше частиц, которых мы не знаем или не понимаем.
Забавно, Ледерман технически не называл это частицей Бога. Он назвал эточертовой частицей, потому что был разочарован тем, как трудно ее было обнаружить. Его издатель изменил название.
9. Тетракварк
Кварки проще всего понять как мельчайшие части материи. Кусок железа состоит из атомов железа. Эти атомы состоят из таких вещей, как электроны и протоны. Но если бы вы разобрали даже их, у вас остались бы кварки. У них есть масса и вращение, и они бывают шести типов, которые забавно называются «ароматами». Эти ароматы сгруппированы в пары, называемые верхним и нижним, верхним и нижним, очаровательным и странным. Странно, да? Ну, это становится более странным.
В 2021 году ученые обнаружилитетракварк, экзотический адрон, состоящий из двух кварков и двух антикварков. До его открытия это считалось невозможным. Идея о том, что частицы могут когда-либо связываться друг с другом, не рассматривалась как вариант, но данные, полученные на Большом адронном коллайдере, доказали обратное.
Открытие тетракварка даст исследователям несколько новых инструментов, которые помогут лучше понятьсильное взаимодействие, которое связывает кварки вместе, образуя нейтроны и протоны.
8. Нейтрино
Если вы смотрели какую-нибудь научную фантастику за последние несколько десятилетий, вы слышали, как слово «нейтрино» упоминалось более нескольких раз. Он популярен, и, даже если наука для большинства из нас потеряна, он все равно звучит интересно.
В реальной жизни нейтрино имеют гораздо более интенсивное существование, чем большинство из нас может себе представить. Это субатомные частицы, рожденные в результате галактических катаклизмов, подобно взрывающимся звездам. Они движутся почти со скоростью света, и удачи в том, чтобы остановить одного из них, потому что они могут пройти сквозь что-товроде свинцатак же легко, как вы проходите через открытую дверь.
Масса нейтрино удивительно мала. Цифры, используемые для его описания, ничего не значат, если у вас еще нет прочной базы в физике. Тем не менее, они примерно в500 000 раз меньшеэлектрона. Но, в отличие от электрона, они также не имеют электрического заряда. Таким образом, без массы и без заряда нейтрино вообще почти не существует. Но они тоже везде. Солнце бомбардирует вас примерно миллиардом из них каждую секунду.
Тот факт, что нейтрино имеет некоторую массу, хотя она может быть микроскопической, может объяснить всю массу Вселенной и то, почему вокруг нас повсюду материя, а не антиматерия.
7. Мюоны
Как и кварки, мюоны являются одними из фундаментальных частиц существования. Они похожи на электроны, но больше ивесят в 207 разбольше. Они очень недолговечны, распадаясь на электроны и нейтрино в течение 2,2 микросекунд после того, как они сформировались. Они образуются, когда космические лучи сталкиваются с частицами в нашей атмосфере, и за эти 2,2 микросекунды им удается бомбардировать землю и проникать примерно на милю под поверхность благодаря тому, что они движутся почти со скоростью света.
Исследования на Большом адронном коллайдере показали, что мюоны не всегда делают то, что, согласно науке, они должны делать. Говоря простым языком,они качаются. Но они не должны. И тот факт, что они колеблются, указывает на то, что там может быть еще одна частица, о которой никто даже не предполагал, что она влияет на то, как они функционируют.
6. Кварки
Мы уже упоминали тетракварк, поэтому имеет смысл разбить его на простой кварк. Если вы разложите такие вещи, как протоны и нейтроны, вы получите кварки и глюоны. Существует шесть типов кварков, и они всегда существуют парами. На самом деле, ученые уже пытались отделить один кварк от его другой половины, и это просто не сработало. Они либо связаны, либо их вообще нет.
То, как взаимодействуют кварки и глюоны, является источником массы в атомах. В основном это означает, чтовся массаматерии, как мы понимаем, происходит от кварков и глюонов. В отличие от большинства частиц, которые описываются как имеющие положительный, отрицательный или нейтральный заряд, кварки идут дальше. Они также описываются как обладающие цветовым зарядом, что относится к так называемойквантовой хромодинамике. Это применяет теоретические цвета красного, синего или зеленого (на самом деле они не являются этими цветами) для описания их уникальных квантовых свойств.
5. Гравитоны
Наука признает четыре фундаментальные силы, действующие во Вселенной. Слабое и сильное ядерное взаимодействие, электромагнетизм и гравитация. С первыми тремя мы более или менее справляемся в большинстве случаев. Гравитация, однако, немного дикая карта.
Мы понимаем, как фотоны взаимодействуют с электромагнетизмом, как кварки и глюоны взаимодействуют с сильным ядерным взаимодействием и как бозоны взаимодействуют со слабым ядерным взаимодействием. Чего мы не знаем, так это того, что передает гравитацию. Вот тут-то и появляются гравитоны, теоретические частицы, которые позволяют гравитации быть силой, действующей на вещи в реальном мире. Проблема с гравитонами в том, что мы на самом деле не знаем, существуют ли они. Они пока теоретические. Наука не может объяснить гравитацию.
Удивительно, но хотя мы и не знаем наверняка о существовании гравитонов, мы все же многое о них знаем. Мы знаем, что ихмасса равна нулюили близка к ней, и они движутся со скоростью света. Так почему мы не можем их найти?
Гравитация — самая слабая из четырех взаимодействий, поэтому ее трудно отследить. Было подсчитано, что гравитационный детектор смассой Юпитера, размещенный рядом со сверхмассивным объектом, таким как нейтронная звезда, все равно будет иметь проблемы с обнаружением чего-либо.
4. Тахионы
Спасибо Star Trek за популяризацию тахионов, по крайней мере, в некоторых кругах. Эти теоретические частицы, вероятно, были бы неясными и неизвестными, если бы научная фантастика не ухватилась за них из-за их совершенно странной природы. Просто помните, что технически они не существуют, но некоторые физики думают, что они существуют.
Самая большая претензия тахиона на славу — это его скорость. Они путешествуютбыстрее света. Это само по себе является причиной многих убеждений, чтотахион не может существовать, потому что ничто не движется быстрее света. Но теоретическая физика готова уступить место чему угодно, если есть доказательства, так почему бы и нет?
Если тахион движется быстрее света, то, исходя из того, что мы знаем о времени, тахион может двигаться назад во времени. Обычно мы принимаем, что ничто не может двигаться быстрее света, потому что при этом его масса будет увеличиваться, как и энергия, необходимая для его перемещения. На скорости света вы практически застряли бы. Но тахионы ускоряются по мере потери энергии, а это значит, что они могут преодолеть этот барьер. Это также порождает все те временные парадоксы, которые мы знаем из фильмов. И это веская причина, по которой их может вообще не быть.
Конечно, если они существуют, но движутся со скоростью, превышающей скорость света, неудивительно, что нам еще предстоит их обнаружить, и, на самом деле, мы можем никогда их не обнаружить именно по этой причине.
3. Темная материя
Вы, наверное, уже слышали термин «темная материя», но если вы не уверены, что это значит, добро пожаловать в клуб. Науке с этим тоже нелегко, но она отвечает на множество вопросов о том, как устроена Вселенная, так что сейчас это своего рода заглушка для объяснения множества космических явлений.
То, как движутся галактики, исходя из наших наблюдений, не имеет смысла. Галактики движутся так, как будто они намного массивнее, чем кажутся. Должен существовать секретный источник массы, удерживающий вместе любую данную галактику, и этот источник —темная материя.
Темная материя не отражает, не поглощает и не излучает электромагнетизм, что и дало ей название. Он по существу невидим, и поэтому это просто теоретически. Но что он делает, так это излучает гравитацию, и это удерживает вселенную вместе. И этого много. На самом деле около 80%всей массы Вселенной.
2. Частицы
Sparticle — отличное слово, которое напоминает Спартака и частицы, но только половина этого слова верна. Часть «s» на самом деле означает «суперсимметричный». Например, частицы — этосуперсимметричные частицы, и их существование может раскрыть тайны физики, как кокосовый орех.
Какой бы полезной ни была стандартная модель физики элементарных частиц, в ней, как мы видели, много пробелов. Что такое темная материя? Как работает гравитация? Что заставляет мюоны колебаться? Есть вопросы о том, откуда берется масса и все такое прочее. Есть достаточно вопросов, которые могут поставить под сомнение ценность стандартной модели или необходимость разработки совершенно новой модели. Если, конечно, вы не сможете куда-нибудь втиснуть спички.
Многие проблемы, с которыми мы сталкиваемся в физике элементарных частиц, можно объяснить с помощью теории суперсимметрии. В соответствии с этим каждая частица должна иметь суперсимметричного партнера. Теоретически эти частицы-партнеры могут заполнить всевозможные пробелы в нашем понимании Вселенной. Они даже построили Большой адронный коллайдер только для того, чтобы найти эти вещи. Иэто не сработало. Это не обязательно означает, что теория неверна, это просто означает, что физика сложна, и понимание основ реальности требует некоторого времени.
1. Фотоны
Ах, скромный фотон. Все знают фотоны. Фотоны составляют свет, как мы его понимаем, маленькие частицы электромагнитной энергии, которые позволяют свету функционировать и как частица,и как волна. Конечно, фотоны — это больше, чем просто свет от экрана вашего телефона, попадающий в ваши глаза, чтобы вы могли это увидеть. Они также являютсяWi-Fi, который дает вам доступ к Интернету, не говоря уже о радиоволнах, микроволнах, рентгеновских лучах, гамма-излучении и многом другом.
Все, что мы видим, происходит потому, что существуют фотоны, позволяющие нам это видеть. Это означает, что когда мы смотрим на Вселенную и видим звезду, которая взорвалась миллиард лет назад, эти фотоны путешествовали так долго, чтобы попасть сюда, что делает их серьезными рабочими лошадками мира частиц.
Оставить Комментарий