Най-малката частица във Вселената. Само за комплекса: мистерията на най-малката частица във Вселената или как да хванем неутрино

Те се появяват в различни форми и размери, някои идват в разрушителни дуети, което означава, че в крайна сметка се унищожават взаимно, а някои имат невероятни имена като „неутралино“. Ето списък с малки частици, които учудват дори самите физици.

Божествена частица

Хигс бозонът е частица, която е толкова важна за науката, че е наречена „Божията частица“. Именно това, както смятат учените, дава маса на всички останали частици. За първи път се обсъжда през 1964 г., когато физиците се чудеха защо някои частици имат по-голяма маса от други. Бозонът на Хигс е свързан с полето на Хигс, вид решетка, която изпълва Вселената. Счита се, че полето и бозонът са отговорни за натрупването на маса на други частици. Много учени смятат, че механизмът на Хигс съдържа липсващите части от пъзела, за да разбере напълно стандартния модел, който описва всички известни частици, но връзката между тях все още не е доказана.

Кварки

Кварките са възхитително наречени блокове от протони и неутрони, които никога не са сами и съществуват само в групи. Очевидно силата, която свързва кварките заедно, се увеличава с разстоянието, т.е. колкото повече някой се опитва да отдалечи един от кварките от групата, толкова повече той ще бъде привлечен обратно. Следователно свободните кварки просто не съществуват в природата. Има общо шест вида кварки, а протоните и неутроните например са съставени от няколко кварка. В протона те са три - два от един и същи тип и един от другия, но в неутрона - само два, и двата от различен тип.

Супер партньори

Тези частици принадлежат към теорията за суперсиметрията, която гласи, че за всяка позната на човека частица има друга подобна частица, която все още не е открита. Например, суперпартньорът на електрона е селектрон, суперпартньорът на кварка е скварк, а суперпартньорът на фотона е фотино. Защо тези суперчастици не се наблюдават във Вселената сега? Учените смятат, че те са много по-тежки от своите партньори и по-голямото тегло съкращава експлоатационния им живот. Тези частици започват да се разпадат веднага щом се родят. Създаването на частица изисква огромно количество енергия, като тази, произведена от Големия взрив. Може би учените ще намерят начин да възпроизвеждат суперчастици, например в Големия адронен колайдер. Що се отнася до по-големия размер и тегло на суперпартньорите, учените смятат, че симетрията е била нарушена в скрит сектор от Вселената, който не може да бъде видян или открит.

Неутрино

Това са леки субатомни частици, които се движат със скорост, близка до скоростта на светлината. Всъщност трилиони неутрино се движат през тялото ви във всеки един момент, но те почти никога не взаимодействат с обикновената материя. Някои неутрино идват от Слънцето, други от космически лъчи, взаимодействащи с атмосферата.

Антиматерия

Всички обикновени частици имат партньор в антиматерията, идентични частици с противоположни заряди. Когато материята и антиматерията се срещнат, те се унищожават взаимно. За протона такава частица е антипротон, но за електрона е позитрон.

Гравитони

В квантовата механика всички фундаментални сили се извършват от частици. Например светлината се състои от частици с нулева маса, наречени фотони, които носят електромагнитна сила. По същия начин гравитоните са теоретични частици, които носят силата на гравитацията. Учените все още се опитват да намерят гравитони, но това е много трудно, тъй като тези частици взаимодействат много слабо с материята. Учените обаче не се отказват от опитите, защото се надяват, че все пак ще успеят да уловят гравитони, за да ги изследват по-подробно - това може да е истински пробив в квантовата механика, тъй като вече са изследвани много подобни частици, но гравитонът остава изключително теоретичен. Както можете да видите, физиката може да бъде много по-интересна и вълнуваща, отколкото можете да си представите. Целият свят е пълен с различни частици, всяка от които е огромно поле за изследване и изучаване, както и огромна база от знания за всичко, което заобикаля човека. И просто трябва да помислите колко частици вече са открити - и колко хора все още трябва да открият.

Неутриното, невероятно малка частица във Вселената, вълнува учените от почти век. Повече Нобелови награди са присъдени за изследване на неутрино, отколкото за работа върху която и да е друга частица, и се строят огромни съоръжения за тяхното изследване с бюджета на малките държави. Александър Нозик, старши изследовател в Института за ядрени изследвания на Руската академия на науките, преподавател в MIPT и участник в експеримента „Троицк nu-mass“ за търсене на масата на неутрино, разказва как да го изследваме, но повечето важно е как да го хванем на първо място.

Мистерията крадeн от енергетика

Историята на изследването на неутриното може да се чете като увлекателна детективска история. Тази частица е тествала дедуктивните способности на учените повече от веднъж: не всяка гатанка може да бъде решена веднага, а някои все още не са решени. Да започнем с историята на откритието. Радиоактивните разпади от различни видове започват да се изучават в края на 19 век и не е изненадващо, че през 20-те години на миналия век учените разполагат в арсенала си не само с инструменти за записване на самия разпад, но и за измерване на енергията на избягалите частици, макар и не особено точен според днешните стандарти. С нарастването на точността на инструментите нарастваше радостта на учените и недоумението, свързано, наред с други неща, с бета-разпадането, при което електрон излита от радиоактивно ядро, а самото ядро ​​променя своя заряд. Този разпад се нарича двучастичен, тъй като при него се образуват две частици - ново ядро ​​и електрон. Всеки гимназист ще обясни, че е възможно да се определи точно енергията и импулса на фрагментите при такъв разпад, като се използват законите за запазване и познаването на масите на тези фрагменти. С други думи, енергията например на един електрон винаги ще бъде една и съща при всеки разпад на ядрото на определен елемент. На практика се наблюдава съвсем различна картина. Електронната енергия не само не беше фиксирана, но също така беше разпръсната в непрекъснат спектър до нула, което обърка учените. Това може да се случи само ако някой открадне енергия от бета разпада. Но май няма кой да го открадне.

С течение на времето инструментите стават все по-точни и скоро възможността подобна аномалия да се припише на грешка в оборудването изчезва. Така възникна мистерия. В търсене на нейното решение учените са изказвали различни, дори напълно абсурдни за днешните стандарти предположения. Самият Нилс Бор например направи сериозно изявление, че в света на елементарните частици законите за запазване не важат. Волфганг Паули спасява положението през 1930 г. Той не можа да присъства на конференцията по физика в Тюбинген и тъй като не можа да участва дистанционно, изпрати писмо, което поиска да бъде прочетено. Ето откъси от него:

„Скъпи радиоактивни дами и господа. Моля ви да изслушате с внимание в най-удобния момент пратеника, който предаде това писмо. Той ще ви каже, че съм намерил отлично лекарство за закона за запазване и правилна статистика. Тя се крие във възможността за съществуване на електрически неутрални частици... Непрекъснатостта на B-спектъра ще стане ясна, ако приемем, че по време на B-разпад, такъв „неутрон“ се излъчва заедно с всеки електрон и сумата от енергиите на „неутрона“ и електрона са постоянни...“

В края на писмото имаше следните редове:

„Ако не поемате рискове, няма да спечелите. Сериозността на ситуацията при разглеждането на непрекъснатия В-спектър става особено ясна след думите на проф. Дебай, който ми каза със съжаление: „О, по-добре е да не мислим за всичко това... като за нови данъци.“ Затова е необходимо сериозно да се обсъжда всеки път към спасението. Така че, скъпи радиоактивни хора, подложете това на тест и преценете.”

По-късно самият Паули изрази опасения, че макар идеята му да спасява физиката на микросвета, новата частица никога няма да бъде открита експериментално. Казват, че той дори спорил с колегите си, че ако частицата съществува, няма да е възможно да бъде открита през живота им. През следващите няколко години Енрико Ферми разработи теория за бета разпада, включваща частица, наречена от него неутрино, която се съгласува брилянтно с експеримента. След това вече никой не се е съмнявал, че хипотетичната частица действително съществува. През 1956 г., две години преди смъртта на Паули, неутрино са открити експериментално в обратен бета-разпад от екипа на Фредерик Рейнс и Клайд Коуан (Рейнс получава Нобелова награда за това).

Случаят с липсващите слънчеви неутрино

След като стана ясно, че неутрино, макар и трудно, все пак може да бъде открито, учените започнаха да се опитват да открият неутрино с извънземен произход. Техният най-очевиден източник е Слънцето. В него непрекъснато протичат ядрени реакции и може да се изчисли, че през всеки квадратен сантиметър от земната повърхност преминават около 90 милиарда слънчеви неутрино в секунда.

По това време най-ефективният метод за улавяне на слънчеви неутрино е радиохимичният метод. Същността му е следната: слънчево неутрино пристига на Земята, взаимодейства с ядрото; резултатът е, да речем, ядро ​​37Ar и електрон (точно тази реакция е използвана в експеримента на Реймънд Дейвис, за който по-късно той получава Нобелова награда). След това, като преброим броя на аргоновите атоми, можем да кажем колко неутрино са взаимодействали в обема на детектора по време на експозицията. На практика, разбира се, всичко не е толкова просто. Трябва да разберете, че трябва да преброите единични атоми аргон в мишена, тежаща стотици тонове. Съотношението на масата е приблизително същото като между масата на мравка и масата на Земята. Тогава беше открито, че ⅔ от слънчевите неутрино са били откраднати (измереният поток е три пъти по-малък от предвидения).

Разбира се, подозрението падна първо върху самото Слънце. В крайна сметка можем да съдим за неговия вътрешен живот само по косвени признаци. Не е известно как върху него се създават неутрино и дори е възможно всички модели на Слънцето да са грешни. Бяха обсъдени доста различни хипотези, но в крайна сметка учените започнаха да клонят към идеята, че това не е Слънцето, а хитрата природа на самите неутрино.

Малко историческо отклонение: в периода между експерименталното откриване на неутрино и експериментите за изучаване на слънчевите неутрино се случиха още няколко интересни открития. Първо бяха открити антинеутрино и беше доказано, че неутрино и антинеутрино участват във взаимодействията по различен начин. Освен това всички неутрино във всички взаимодействия са винаги леви (проекцията на въртенето върху посоката на движение е отрицателна), а всички антинеутрино са дясно ориентирани. Не само, че това свойство се наблюдава сред всички елементарни частици само в неутриното, то също косвено показва, че нашата Вселена по принцип не е симетрична. Второ, беше открито, че всеки зареден лептон (електрон, мюон и тау лептон) има свой собствен вид или аромат на неутрино. Освен това неутрино от всеки тип взаимодействат само със своя лептон.

Да се ​​върнем към нашия слънчев проблем. Още през 50-те години на 20-ти век се предполагаше, че лептонният аромат (вид неутрино) не трябва да се запазва. Тоест, ако едно електронно неутрино се роди в една реакция, тогава по пътя към друга реакция неутриното може да се преоблече и да се движи като мюон. Това може да обясни липсата на слънчеви неутрино в радиохимични експерименти, които са чувствителни само към електронни неутрино. Тази хипотеза беше брилянтно потвърдена от измерванията на потока слънчеви неутрино в експериментите за сцинтилация на голяма водна цел SNO и Kamiokande (за които наскоро беше присъдена друга Нобелова награда). В тези експерименти вече не се изучава обратният бета-разпад, а реакцията на разсейване на неутрино, която може да възникне не само с електронни, но и с мюонни неутрино. Когато вместо потока от електронни неутрино, те започнаха да измерват общия поток от всички видове неутрино, резултатите напълно потвърдиха прехода на неутрино от един тип в друг или неутрино осцилации.

Нападение над стандартния модел

Откриването на осцилациите на неутрино, след като реши един проблем, създаде няколко нови. Въпросът е, че от времето на Паули неутриното се смятат за безмасови частици като фотоните и това устройва всички. Опитите за измерване на масата на неутриното продължиха, но без особен ентусиазъм. Трептенията промениха всичко, тъй като за тяхното съществуване е необходима маса, колкото и малка да е тя. Откриването на масата в неутриното, разбира се, зарадва експериментаторите, но озадачи теоретиците. Първо, масивните неутрино не се вписват в Стандартния модел на физиката на елементарните частици, който учените изграждат от началото на 20 век. Второ, същото мистериозно ляво ориентиране на неутрино и дясно ориентиране на антинеутрино е добре обяснено само отново за безмасови частици. Ако има маса, левите неутрино с известна вероятност трябва да се превърнат в десни, тоест в античастици, нарушавайки привидно неизменния закон за запазване на лептонното число, или дори да се превърнат в някакъв вид неутрино, които не участва във взаимодействието. Днес такива хипотетични частици обикновено се наричат ​​стерилни неутрино.

Детектор за неутрино "Super Kamiokande" © Обсерватория Kamioka, ICRR (Институт за изследване на космическите лъчи), Токийският университет

Разбира се, експерименталното търсене на масата на неутрино веднага рязко се възобнови. Но веднага възникна въпросът: как да се измери масата на нещо, което не може да бъде уловено? Има само един отговор: изобщо не улавяйте неутрино. Днес най-активно се развиват две направления – директното търсене на масата на неутрино при бета-разпад и наблюдението на безнеутринен двоен бета-разпад. В първия случай идеята е много проста. Ядрото се разпада с електронно и неутрино лъчение. Не е възможно да се хване неутрино, но е възможно да се хване и измери електрон с много висока точност. Електронният спектър също носи информация за масата на неутриното. Подобен експеримент е един от най-трудните във физиката на елементарните частици, но абсолютното му предимство е, че се основава на основните принципи за запазване на енергията и импулса и резултатът от него зависи от малко. В момента най-добрата граница на масата на неутриното е около 2 eV. Това е 250 хиляди пъти по-малко от това на един електрон. Тоест самата маса не беше намерена, а беше ограничена само от горната рамка.

При двойното бета разпадане нещата са по-сложни. Ако приемем, че едно неутрино се превръща в антинеутрино по време на обръщане на въртене (този модел се нарича на италианския физик Еторе Майорана), тогава е възможен процес, когато в ядрото се появят два бета-разпада едновременно, но неутриното не излитат, но са намалени. Вероятността за такъв процес е свързана с масата на неутриното. Горните граници в такива експерименти са по-добри - 0,2 - 0,4 eV - но зависят от физическия модел.

Проблемът с масивните неутрино все още не е решен. Теорията на Хигс не може да обясни толкова малки маси. Това изисква значително усложняване или използването на някои по-хитри закони, според които неутриното взаимодействат с останалия свят. На физиците, участващи в изследването на неутрино, често се задава въпросът: „Как изследването на неутрино може да помогне на обикновения човек? Каква финансова или друга полза може да се извлече от тази частица? Физиците вдигат рамене. И те наистина не го знаят. Някога изучаването на полупроводникови диоди беше чисто фундаментална физика, без никакво практическо приложение. Разликата е, че технологиите, които се разработват за създаване на съвременни експерименти във физиката на неутриното, сега се използват широко в индустрията, така че всяко пени, инвестирано в тази област, се изплаща доста бързо. В момента по света се провеждат няколко експеримента, чийто мащаб е сравним с мащаба на Големия адронен колайдер; тези експерименти са насочени изключително към изучаване на свойствата на неутриното. Не е известно в коя от тях ще може да се отвори нова страница във физиката, но със сигурност ще бъде отворена.

Светът и науката никога не стоят на едно място. Съвсем наскоро в учебниците по физика уверено пишеше, че електронът е най-малката частица. Тогава мезоните станаха най-малките частици, след това бозоните. И сега науката откри ново най-малката частица във Вселената- Черна дупка на Планк. Вярно е, че все още е отворен само на теория. Тази частица се класифицира като черна дупка, защото нейният гравитационен радиус е по-голям или равен на дължината на вълната. От всички съществуващи черни дупки тази на Планк е най-малката.

Животът на тези частици е твърде кратък, за да стане възможно практическото им откриване. Поне засега. И те се образуват, както обикновено се смята, в резултат на ядрени реакции. Но не само животът на черните дупки на Планк пречи на откриването им. Сега, за съжаление, това е невъзможно от техническа гледна точка. За да се синтезират черните дупки на Планк, е необходим енергиен ускорител с повече от хиляда електронволта.

Видео:

Въпреки хипотетичното съществуване на тази най-малка частица във Вселената, нейното практическо откриване в бъдеще е напълно възможно. В края на краищата, не толкова отдавна, легендарният бозон на Хигс също не можеше да бъде открит. Именно за откриването му е създадена инсталация, за която само най-мързеливият жител на Земята не е чувал - Големият адронен колайдер. Увереността на учените в успеха на тези изследвания помогна за постигането на сензационен резултат. Хигс бозонът в момента е най-малката частица, чието съществуване е практически доказано. Неговото откритие е много важно за науката, то позволи на всички частици да придобият маса. И ако частиците нямаха маса, Вселената не би могла да съществува. В него не може да се образува нито едно вещество.

Въпреки практически доказаното съществуване на тази частица, Хигс бозона, все още не са измислени практически приложения за нея. Засега това са само теоретични знания. Но в бъдеще всичко е възможно. Не всички открития в областта на физиката веднага имаха практическо приложение. Никой не знае какво ще се случи след сто години. В крайна сметка, както споменахме по-рано, светът и науката никога не стоят на едно място.

Отговорът на продължаващия въпрос: коя е най-малката частица във Вселената, еволюирала с човечеството.

Някога хората смятаха, че песъчинките са градивните елементи на това, което виждаме около нас. След това атомът беше открит и смятан за неделим, докато не беше разделен, за да се разкрият протоните, неутроните и електроните вътре. Те също не се оказаха най-малките частици във Вселената, тъй като учените откриха, че протоните и неутроните се състоят от по три кварка.

Досега учените не са успели да видят никакви доказателства, че има нещо вътре в кварките и че е достигнат най-фундаменталният слой на материята или най-малката частица във Вселената.

И дори ако кварките и електроните са неделими, учените не знаят дали те са най-малките частици от съществуващата материя или Вселената съдържа обекти, които са още по-малки.

Най-малките частици във Вселената

Те идват в различни вкусове и размери, някои имат удивителни връзки, други по същество се изпаряват, много от тях имат фантастични имена: кварки, съставени от бариони и мезони, неутрони и протони, нуклони, хиперони, мезони, бариони, нуклони, фотони, и т.н. .d.

Хигс бозонът е толкова важна за науката частица, че се нарича „Божията частица“. Смята се, че той определя масата на всички останали. Елементът беше теоретизиран за първи път през 1964 г., когато учените се чудеха защо някои частици са по-масивни от други.

Бозонът на Хигс е свързан с така нареченото поле на Хигс, за което се смята, че изпълва Вселената. Два елемента (квантът на полето на Хигс и бозонът на Хигс) са отговорни за придаването на маса на останалите. Кръстен на шотландския учен Питър Хигс. С помощта на 14 март 2013 г. беше официално обявено потвърждението за съществуването на Хигс бозона.

Много учени твърдят, че механизмът на Хигс е решил липсващото парче от пъзела, за да завърши съществуващия "стандартен модел" на физиката, който описва известните частици.

Хигс бозонът фундаментално определя масата на всичко, което съществува във Вселената.

Кварки

Кварките (което означава кварки) са градивните елементи на протоните и неутроните. Те никога не са сами, съществуват само на групи. Очевидно силата, която свързва кварките заедно, се увеличава с разстоянието, така че колкото по-далеч отивате, толкова по-трудно ще бъде да ги разделите. Следователно свободни кварки никога не съществуват в природата.

Кварките са фундаментални частициса безструктурни, заострени с размер около 10-16 см.

Например протоните и неутроните са съставени от три кварка, като протоните съдържат два еднакви кварка, докато неутроните имат два различни.

Суперсиметрия

Известно е, че основните „градивни елементи” на материята, фермионите, са кварките и лептоните, а пазителите на силата, бозоните, са фотоните и глуоните. Теорията на суперсиметрията казва, че фермионите и бозоните могат да се трансформират един в друг.

Предсказаната теория гласи, че за всяка частица, която познаваме, има свързана такава, която все още не сме открили. Например, за електрон това е селектрон, кварк е скварк, фотон е фотино, а хигс е хигсино.

Защо не наблюдаваме тази суперсиметрия във Вселената сега? Учените смятат, че те са много по-тежки от обикновените си братовчеди и колкото по-тежки са, толкова по-кратък е животът им. Всъщност те започват да се срутват веднага щом се появят. Създаването на суперсиметрия изисква доста голямо количество енергия, което е съществувало само малко след Големия взрив и е възможно да бъде създадено в големи ускорители като Големия адронен колайдер.

Що се отнася до причината за възникването на симетрията, физиците теоретизират, че симетрията може да е била нарушена в някакъв скрит сектор на Вселената, който не можем да видим или докоснем, но можем да усетим само гравитационно.

Неутрино

Неутрино са леки субатомни частици, които свистят навсякъде със скорост, близка до скоростта на светлината. Всъщност трилиони неутрино преминават през тялото ви във всеки един момент, въпреки че рядко взаимодействат с нормалната материя.

Някои произхождат от слънцето, докато други идват от космически лъчи, взаимодействащи със земната атмосфера и астрономически източници, като експлодиращи звезди в Млечния път и други далечни галактики.

Антиматерия

Смята се, че всички нормални частици имат антиматерия с еднаква маса, но противоположен заряд. Когато материята се срещне, те се унищожават взаимно. Например частицата на антиматерията на протона е антипротон, докато партньорът на антиматерията на електрона се нарича позитрон. Антиматерията е едно от най-скъпите вещества в света, които хората са успели да идентифицират.

Гравитони

В областта на квантовата механика всички фундаментални сили се предават от частици. Например светлината се състои от безмасови частици, наречени фотони, които носят електромагнитна сила. По същия начин гравитонът е теоретична частица, която носи силата на гравитацията. Учените все още не са открили гравитони, които са трудни за намиране, защото взаимодействат толкова слабо с материята.

Нишки на енергията

В експериментите малки частици като кварки и електрони действат като единични точки на материята без пространствено разпределение. Но точковите обекти усложняват законите на физиката. Тъй като е невъзможно да се приближи безкрайно близо до точка, тъй като действащите сили могат да станат безкрайно големи.

Една идея, наречена теория на суперструните, може да реши този проблем. Теорията гласи, че всички частици, вместо да са точкови, всъщност са малки нишки от енергия. Тоест всички обекти в нашия свят се състоят от вибриращи нишки и мембрани от енергия. Нищо не може да бъде безкрайно близо до нишката, защото една част винаги ще бъде малко по-близо от другата. Тази вратичка изглежда решава някои от проблемите с безкрайността, което прави идеята привлекателна за физиците. Въпреки това учените все още нямат експериментални доказателства, че струнната теория е правилна.

Друг начин за решаване на точковия проблем е да се каже, че самото пространство не е непрекъснато и гладко, а всъщност се състои от отделни пиксели или зърна, понякога наричани пространствено-времева структура. В този случай двете частици няма да могат да се приближават една към друга за неопределено време, защото винаги трябва да бъдат разделени от минимален размер на зърното пространство.

Точка на черна дупка

Друг претендент за титлата най-малка частица във Вселената е сингулярността (единична точка) в центъра на черна дупка. Черните дупки се образуват, когато материята се кондензира в достатъчно малко пространство, което гравитацията грабва, карайки материята да бъде издърпана навътре, като в крайна сметка се кондензира в една точка с безкрайна плътност. Поне според сегашните закони на физиката.

Но повечето експерти не смятат, че черните дупки са наистина безкрайно плътни. Те вярват, че тази безкрайност е резултат от вътрешен конфликт между две съвременни теории – общата теория на относителността и квантовата механика. Те предполагат, че когато теорията за квантовата гравитация може да бъде формулирана, истинската природа на черните дупки ще бъде разкрита.

Дължина на Планк

Енергийните нишки и дори най-малката частица във Вселената могат да бъдат с размерите на „дължина на планк“.

Дължината на лентата е 1,6 х 10 -35 метра (числото 16 е предшествано от 34 нули и десетична запетая) - неразбираемо малък мащаб, който се свързва с различни аспекти на физиката.

Дължината на Планк е „естествена единица“ за дължина, предложена от немския физик Макс Планк.

Дължината на Планк е твърде малка, за да бъде измерена с който и да е инструмент, но отвъд това се смята, че представлява теоретичната граница на най-късата измерима дължина. Съгласно принципа на несигурността, нито един инструмент никога не трябва да може да измерва нещо по-малко, тъй като в този диапазон Вселената е вероятностна и несигурна.

Тази скала също се счита за разделителната линия между общата теория на относителността и квантовата механика.

Дължината на Планк съответства на разстоянието, където гравитационното поле е толкова силно, че може да започне да прави черни дупки от енергията на полето.

Очевидно сега най-малката частица във Вселената е приблизително с размерите на дъска: 1,6 x 10 −35 метра

заключения

От училище се знае, че най-малката частица във Вселената, електронът, има отрицателен заряд и много малка маса, равна на 9,109 х 10 -31 kg, а класическият радиус на електрона е 2,82 х 10 -15 m.

Въпреки това, физиците вече работят с най-малките частици във Вселената, размерът на Планк, който е приблизително 1,6 x 10 −35 метра.

Отговорът на безкрайния въпрос: кой е еволюирал с човечеството.

Някога хората смятаха, че песъчинките са градивните елементи на това, което виждаме около нас. След това атомът беше открит и смятан за неделим, докато не беше разделен, за да се разкрият протоните, неутроните и електроните вътре. Те също не се оказаха най-малките частици във Вселената, тъй като учените откриха, че протоните и неутроните се състоят от по три кварка.

Досега учените не са успели да видят никакви доказателства, че има нещо вътре в кварките и че е достигнат най-фундаменталният слой на материята или най-малката частица във Вселената.

И дори ако кварките и електроните са неделими, учените не знаят дали те са най-малките частици от съществуващата материя или Вселената съдържа обекти, които са още по-малки.

Най-малките частици във Вселената

Те идват в различни вкусове и размери, някои имат удивителни връзки, други по същество се изпаряват, много от тях имат фантастични имена: кварки, съставени от бариони и мезони, неутрони и протони, нуклони, хиперони, мезони, бариони, нуклони, фотони, и т.н. .d.

Хигс бозонът е толкова важна за науката частица, че се нарича „Божията частица“. Смята се, че той определя масата на всички останали. Елементът беше теоретизиран за първи път през 1964 г., когато учените се чудеха защо някои частици са по-масивни от други.

Бозонът на Хигс е свързан с така нареченото поле на Хигс, за което се смята, че изпълва Вселената. Два елемента (квантът на полето на Хигс и бозонът на Хигс) са отговорни за придаването на маса на останалите. Кръстен на шотландския учен Питър Хигс. С помощта на 14 март 2013 г. беше официално обявено потвърждението за съществуването на Хигс бозона.

Много учени твърдят, че механизмът на Хигс е решил липсващото парче от пъзела, за да завърши съществуващия "стандартен модел" на физиката, който описва известните частици.

Хигс бозонът фундаментално определя масата на всичко, което съществува във Вселената.

Кварките (което означава кварки) са градивните елементи на протоните и неутроните. Те никога не са сами, съществуват само на групи. Очевидно силата, която свързва кварките заедно, се увеличава с разстоянието, така че колкото по-далеч отивате, толкова по-трудно ще бъде да ги разделите. Следователно свободни кварки никога не съществуват в природата.

Кварките са фундаментални частициса безструктурни, заострени с размер около 10-16 см .

Например протоните и неутроните са съставени от три кварка, като протоните съдържат два еднакви кварка, докато неутроните имат два различни.

Суперсиметрия

Известно е, че основните „градивни елементи” на материята, фермионите, са кварките и лептоните, а пазителите на силата, бозоните, са фотоните и глуоните. Теорията на суперсиметрията казва, че фермионите и бозоните могат да се трансформират един в друг.

Предсказаната теория гласи, че за всяка частица, която познаваме, има свързана такава, която все още не сме открили. Например, за електрон това е селектрон, кварк е скварк, фотон е фотино, а хигс е хигсино.

Защо не наблюдаваме тази суперсиметрия във Вселената сега? Учените смятат, че те са много по-тежки от обикновените си братовчеди и колкото по-тежки са, толкова по-кратък е животът им. Всъщност те започват да се срутват веднага щом се появят. Създаването на суперсиметрия изисква доста голямо количество енергия, което е съществувало само малко след Големия взрив и е възможно да бъде създадено в големи ускорители като Големия адронен колайдер.

Що се отнася до причината за възникването на симетрията, физиците теоретизират, че симетрията може да е била нарушена в някакъв скрит сектор на Вселената, който не можем да видим или докоснем, но можем да усетим само гравитационно.

Неутрино

Неутрино са леки субатомни частици, които свистят навсякъде със скорост, близка до скоростта на светлината. Всъщност трилиони неутрино преминават през тялото ви във всеки един момент, въпреки че рядко взаимодействат с нормалната материя.

Някои произхождат от слънцето, докато други идват от космически лъчи, взаимодействащи със земната атмосфера и астрономически източници, като експлодиращи звезди в Млечния път и други далечни галактики.

Антиматерия

Смята се, че всички нормални частици имат антиматерия с еднаква маса, но противоположен заряд. Когато материята се срещне, те се унищожават взаимно. Например частицата на антиматерията на протона е антипротон, докато партньорът на антиматерията на електрона се нарича позитрон. Антиматерията се отнася до тези, които хората са успели да идентифицират.

Гравитони

В областта на квантовата механика всички фундаментални сили се предават от частици. Например светлината се състои от безмасови частици, наречени фотони, които носят електромагнитна сила. По същия начин гравитонът е теоретична частица, която носи силата на гравитацията. Учените все още не са открили гравитони, които са трудни за намиране, защото взаимодействат толкова слабо с материята.

Нишки на енергията

В експериментите малки частици като кварки и електрони действат като единични точки на материята без пространствено разпределение. Но точковите обекти усложняват законите на физиката. Тъй като е невъзможно да се приближи безкрайно близо до точка, тъй като действащите сили могат да станат безкрайно големи.

Една идея, наречена теория на суперструните, може да реши този проблем. Теорията гласи, че всички частици, вместо да са точкови, всъщност са малки нишки от енергия. Тоест всички обекти в нашия свят се състоят от вибриращи нишки и мембрани от енергия.
Нищо не може да бъде безкрайно близо до нишката, защото една част винаги ще бъде малко по-близо от другата. Тази вратичка изглежда решава някои от проблемите с безкрайността, което прави идеята привлекателна за физиците. Въпреки това учените все още нямат експериментални доказателства, че струнната теория е правилна.

Друг начин за решаване на точковия проблем е да се каже, че самото пространство не е непрекъснато и гладко, а всъщност се състои от отделни пиксели или зърна, понякога наричани пространствено-времева структура. В този случай двете частици няма да могат да се приближават една към друга за неопределено време, защото винаги трябва да бъдат разделени от минимален размер на зърното пространство.

Точка на черна дупка

Друг претендент за титлата най-малка частица във Вселената е сингулярността (единична точка) в центъра на черна дупка. Черните дупки се образуват, когато материята се кондензира в достатъчно малко пространство, което гравитацията грабва, карайки материята да бъде издърпана навътре, като в крайна сметка се кондензира в една точка с безкрайна плътност. Поне според сегашните закони на физиката.

Но повечето експерти не смятат, че черните дупки са наистина безкрайно плътни. Те вярват, че тази безкрайност е резултат от вътрешен конфликт между две съвременни теории – общата теория на относителността и квантовата механика. Те предполагат, че когато теорията за квантовата гравитация може да бъде формулирана, истинската природа на черните дупки ще бъде разкрита.

Дължина на Планк

Енергийните нишки и дори най-малката частица във Вселената могат да бъдат с размерите на „дължина на планк“.

Дължината на лентата е 1,6 х 10 -35 метра (числото 16 е предшествано от 34 нули и десетична запетая) - неразбираемо малък мащаб, който се свързва с различни аспекти на физиката.

Дължината на Планк е „естествена единица“ за дължина, предложена от немския физик Макс Планк.

Дължината на Планк е твърде малка, за да бъде измерена с който и да е инструмент, но отвъд това се смята, че представлява теоретичната граница на най-късата измерима дължина. Съгласно принципа на несигурността, нито един инструмент никога не трябва да може да измерва нещо по-малко, тъй като в този диапазон Вселената е вероятностна и несигурна.

Тази скала също се счита за разделителната линия между общата теория на относителността и квантовата механика.

Дължината на Планк съответства на разстоянието, където гравитационното поле е толкова силно, че може да започне да прави черни дупки от енергията на полето.

Очевидно сега най-малката частица във Вселената е приблизително с размерите на дъска: 1,6 x 10 −35 метра

От училище се знае, че най-малката частица във Вселената, електронът, има отрицателен заряд и много малка маса, равна на 9,109 х 10 -31 kg, а класическият радиус на електрона е 2,82 х 10 -15 m.

Въпреки това, физиците вече работят с най-малките частици във Вселената, размерът на Планк, който е приблизително 1,6 x 10 −35 метра.