Najmanja čestica u svemiru. Samo o kompleksu: misterija najmanje čestice u svemiru ili kako uhvatiti neutrino

Dolaze u svim oblicima i veličinama, neki dolaze u destruktivnim duetima koji na kraju uništavaju jedni druge, a neki imaju nevjerovatna imena poput "neutralno". Evo liste najmanjih čestica koje zadivljuju i same fizičare.

Božja čestica

Higsov bozon je čestica koja je toliko važna za nauku da je dobila nadimak "Božja čestica". Ona je ta koja, kako vjeruju naučnici, daje masu svim ostalim česticama. O tome se prvi put progovorilo 1964. godine, kada su se fizičari zapitali zašto neke od čestica imaju veću masu od drugih. Higsov bozon je povezan sa Higsovim poljem, vrstom rešetke koja ispunjava svemir. Smatra se da su polje i bozon odgovorni za davanje mase drugim česticama. Mnogi naučnici vjeruju da je Higsov mehanizam taj koji sadrži dijelove slagalice koji nedostaju kako bi se u potpunosti razumio Standardni model, koji opisuje sve poznate čestice, ali veza između njih još nije dokazana.

Kvarkovi

Kvarkovi su divno nazvane jedinice protona i neutrona koje nikada nisu same i uvijek postoje samo u grupama. Očigledno, sila koja povezuje kvarkove zajedno raste sa povećanjem udaljenosti, odnosno, što više neko pokušava da odgurne jedan od kvarkova od grupe, to će ga više privući nazad. Dakle, slobodni kvarkovi jednostavno ne postoje u prirodi. Ukupno postoji šest vrsta kvarkova, a, na primjer, protoni i neutroni se sastoje od nekoliko kvarkova. U protonu ih ima tri - dva istog tipa, i jedan drugog, a u neutronu - samo dva, oba različitog tipa.

Superpartneri

Ove čestice pripadaju teoriji supersimetrije, koja kaže da za svaku česticu poznatu čovjeku postoji još jedna slična čestica koja još nije otkrivena. Na primjer, superuzorak elektrona je selektor, superpartner kvarka je skvark, a superpartner fotona je fotino. Zašto se ove superčestice sada ne primećuju u svemiru? Naučnici vjeruju da su mnogo teži od svojih kolega, a veća težina skraćuje vijek trajanja. Ove čestice počinju da se razgrađuju čim se rode. Za stvaranje čestice potrebna je ogromna količina energije, poput one koju proizvodi Veliki prasak. Možda će naučnici pronaći način da reproduciraju superčestice, na primjer, u Velikom hadronskom sudaraču. Što se tiče veće veličine i težine superpartnera, naučnici vjeruju da je simetrija narušena u skrivenom sektoru svemira koji se ne može vidjeti ili pronaći.

Neutrino

To su lagane subatomske čestice koje se kreću brzinom bliskom brzini svjetlosti. U stvari, trilioni neutrina kreću se kroz vaše tijelo u bilo kojem trenutku, ali gotovo nikada ne stupaju u interakciju s običnom materijom. Neki neutrini dolaze od Sunca, drugi dolaze iz kosmičkih zraka koji stupaju u interakciju s atmosferom.

antimaterija

Sve obične čestice imaju partnera antimaterije, identične čestice sa suprotnim nabojem. Kada se materija i antimaterija sretnu, one se međusobno poništavaju. Za proton je takva čestica antiproton, ali za elektron je pozitron.

Gravitoni

U kvantnoj mehanici sve fundamentalne sile provode čestice. Na primjer, svjetlost se sastoji od čestica nulte mase zvanih fotoni koji nose elektromagnetnu silu. Slično, gravitoni su teorijske čestice koje nose silu gravitacije. Naučnici još uvijek pokušavaju pronaći gravitone, ali je to vrlo teško učiniti, jer te čestice vrlo slabo djeluju s materijom. Međutim, naučnici ne odustaju od pokušaja, jer se nadaju da će ipak uspjeti uhvatiti gravitone kako bi ih detaljnije proučavali – ovo može biti pravi proboj u kvantnoj mehanici, budući da su mnoge takve čestice već proučavane, ali graviton ostaje isključivo teoretski. Kao što vidite, fizika može biti mnogo zanimljivija i uzbudljivija nego što možete zamisliti. Cijeli svijet je ispunjen raznim česticama, od kojih je svaka ogromno polje za istraživanje i proučavanje, kao i ogromna baza znanja o svemu što čovjeka okružuje. I treba samo razmisliti o tome koliko je čestica već otkriveno – a koliko ljudi tek treba da otkrije.

Neutrino, neverovatno sićušna čestica u svemiru, držala je veliku pažnju naučnika skoro jedan vek. Za istraživanje neutrina dodijeljeno je više Nobelovih nagrada nego za rad na bilo kojoj drugoj čestici, a iz budžeta malih država grade se ogromni objekti za njegovo proučavanje. Aleksandar Nozik, viši istraživač na Institutu za nuklearna istraživanja Ruske akademije nauka, predavač na Moskovskom institutu za fiziku i tehnologiju i učesnik Troick nu-mas eksperimenta za traženje mase neutrina, govori kako je proučavati, ali najvažnije, kako ga uopšte uhvatiti.

Misterija ukradene energije

Istorija proučavanja neutrina može se čitati kao fascinantna detektivska priča. Ova čestica je više puta testirala deduktivne sposobnosti naučnika: nije se svaka zagonetka mogla odmah riješiti, a neke do sada nisu riješene. Počnimo sa istorijom otkrića. Radioaktivni raspadi raznih vrsta počeli su se proučavati krajem 19. vijeka i nije iznenađujuće da su 1920-ih naučnici u svom arsenalu imali instrumente ne samo za snimanje samog raspada, već i za mjerenje energije emitovanih čestica. , iako ne baš tačan po današnjim standardima. . Sa povećanjem tačnosti instrumenata, rasla je radost naučnika, a zbunjenost povezana, između ostalog, s beta raspadom, u kojem elektron izleti iz radioaktivnog jezgra, a samo jezgro mijenja svoj naboj. Takav raspad se naziva dvočestičnim, jer se u njemu formiraju dvije čestice - novo jezgro i elektron. Svaki srednjoškolac će objasniti da je moguće precizno odrediti energiju i impuls fragmenata u takvom raspadu, koristeći zakone očuvanja i poznavajući mase tih fragmenata. Drugim riječima, energija, na primjer, elektrona uvijek će biti ista u bilo kojem raspadu jezgra određenog elementa. U praksi je uočena potpuno drugačija slika. Energija elektrona ne samo da nije bila fiksirana, već se i raširila u kontinuirani spektar do nule, što je zbunilo naučnike. Ovo se može dogoditi samo ako neko krade energiju iz beta raspada. Ali izgleda da nema ko da ga ukrade.

Vremenom su instrumenti postajali sve precizniji, a ubrzo je nestala prilika da se takva anomalija pripiše grešci opreme. Tako je nastala misterija. U potrazi za njegovim rješenjem, naučnici su iznosili različite, čak i potpuno apsurdne pretpostavke po današnjim standardima. Sam Niels Bohr je, na primjer, dao ozbiljnu izjavu da zakoni očuvanja ne vrijede u svijetu elementarnih čestica. Spasio je dan Wolfgang Pauli 1930. Nije mogao da prisustvuje konferenciji o fizici u Tibingenu i, budući da nije mogao da učestvuje na daljinu, poslao je pismo koje je tražio da mu se pročita. Evo odlomaka iz njega:

“Drage radioaktivne dame i gospodo. Molim vas da u najpovoljnijem trenutku pažljivo saslušate glasnika koji je dostavio ovo pismo. Reći će vam da sam pronašao odličan alat za zakon održanja i ispravnu statistiku. Ona leži u mogućnosti postojanja električni neutralnih čestica... Kontinuitet Β-spektra će postati jasan ako pretpostavimo da se tokom Β-raspada takav "neutron" emituje sa svakim elektronom, a zbir energija "neutrona" i elektrona je konstantna..."

Na kraju pisma bili su sljedeći redovi:

“Ne rizikujte, nemojte pobjeđivati. Ozbiljnost situacije kada se razmatra kontinuirani Β-spektar postaje posebno upadljiva nakon riječi prof. Debye, koji mi je sa žaljenjem rekao: "Oh, bolje je ne razmišljati o svemu ovome... kao o novim porezima." Stoga se o svakom putu spasenja mora ozbiljno razgovarati. Dakle, dragi radioaktivni ljudi, stavite to na probu i sudite."

Kasnije je i sam Pauli izrazio bojazan da, iako njegova ideja spašava fiziku mikrokosmosa, nova čestica nikada neće biti otkrivena eksperimentalno. Kažu da se čak i svađao sa svojim kolegama da ako čestica postoji, neće je biti moguće otkriti tokom njihovog života. U sljedećih nekoliko godina, Enrico Fermi je stvorio teoriju beta raspada koja uključuje česticu koju je nazvao neutrino, što se briljantno slagalo s eksperimentom. Nakon toga niko nije sumnjao da hipotetička čestica zaista postoji. Godine 1956, dvije godine prije Paulijeve smrti, grupa Fredericka Reinesa i Clydea Cowana eksperimentalno je otkrila neutrino u inverznom beta raspadu (Reines je za to dobio Nobelovu nagradu).

Slučaj nestalih solarnih neutrina

Čim je postalo jasno da se neutrini, iako teški, ipak mogu registrovati, naučnici su počeli da pokušavaju da uhvate neutrine vanzemaljskog porekla. Njihov najočigledniji izvor je Sunce. U njemu se neprestano odvijaju nuklearne reakcije, a može se izračunati da oko 90 milijardi solarnih neutrina u sekundi prođe kroz svaki kvadratni centimetar zemljine površine.

U to vrijeme, najefikasnija metoda za hvatanje solarnih neutrina bila je radiohemijska metoda. Njegova suština je sljedeća: solarni neutrino stiže na Zemlju, stupa u interakciju sa jezgrom; ispada, recimo, 37Ar jezgro i elektron (to je reakcija koja je korištena u eksperimentu Raymonda Davisa, za koji je kasnije dobio Nobelovu nagradu). Nakon toga, brojanjem atoma argona, može se reći koliko je neutrina interagovalo u zapremini detektora tokom vremena ekspozicije. U praksi, naravno, stvari nisu tako jednostavne. Mora se shvatiti da je potrebno prebrojati pojedinačne atome argona u meti teškoj stotinama tona. Odnos masa je približno isti kao između mase mrava i mase Zemlje. Tada je otkriveno da je ⅔ solarnih neutrina ukradeno (ispostavilo se da je izmjereni fluks tri puta manji od predviđenog).

Naravno, na prvom mestu sumnja je pala na samo Sunce. Uostalom, o njegovom unutrašnjem životu možemo suditi samo po indirektnim znakovima. Nije poznato kako se na njemu rađaju neutrini, a moguće je čak i da su svi modeli Sunca pogrešni. Diskutovalo se o dosta različitih hipoteza, ali su na kraju naučnici počeli naginjati ideji da nije bitno Sunce, već lukava priroda samih neutrina.

Mala istorijska digresija: u periodu između eksperimentalnog otkrića neutrina i eksperimenata na proučavanju solarnih neutrina dogodilo se još nekoliko zanimljivih otkrića. Prvo su otkriveni antineutrini i dokazano da neutrini i antineutrini učestvuju u interakcijama na različite načine. Štaviše, svi neutrini u svim interakcijama su uvijek lijevoruki (projekcija spina na smjer kretanja je negativna), a svi antineutrini su desnoruki. Ne samo da se ovo svojstvo uočava među svim elementarnim česticama samo za neutrine, već indirektno ukazuje da naš Univerzum u principu nije simetričan. Drugo, otkriveno je da svaki nabijeni lepton (elektron, mion i tau lepton) ima svoj tip, ili ukus, neutrina. Štaviše, neutrini svakog tipa komuniciraju samo sa svojim leptonom.

Vratimo se našem solarnom problemu. Još 1950-ih sugerirano je da aromu leptona (vrstu neutrina) ne treba čuvati. Odnosno, ako je elektronski neutrino rođen u jednoj reakciji, onda na putu do druge reakcije, neutrino se može presvući i trčati kao mion. Ovo bi moglo objasniti nedostatak solarnih neutrina u radiohemijskim eksperimentima osjetljivim samo na elektronske neutrine. Ova hipoteza je sjajno potvrđena mjerenjima sunčevog neutrina u scintilacijskim eksperimentima s velikim vodenim ciljem SNO i Kamiokande (za koji je nedavno dodijeljena još jedna Nobelova nagrada). U ovim eksperimentima više se ne proučava obrnuti beta raspad, već reakcija raspršenja neutrina, koja se može dogoditi ne samo kod elektrona, već i kod mionskih neutrina. Kada su, umjesto fluksa elektronskih neutrina, počeli mjeriti ukupni tok svih vrsta neutrina, rezultati su savršeno potvrdili prijelaz neutrina iz jedne vrste u drugu, odnosno neutrin oscilacije.

Napad na standardni model

Otkriće neutrina oscilacija, riješivši jedan problem, stvorilo je nekoliko novih. Suština je da su od vremena Paulija neutrine smatrane česticama bez mase poput fotona, i to je svima odgovaralo. Pokušaji mjerenja mase neutrina su nastavljeni, ali bez puno entuzijazma. Oscilacije su sve promijenile, jer je za njihovo postojanje masa, koliko god mala, neophodna. Otkriće mase u neutrinima, naravno, oduševilo je eksperimentatore, ali je zbunilo teoretičare. Prvo, masivni neutrini se ne uklapaju u Standardni model fizike čestica, koji naučnici grade od početka 20. veka. Drugo, ista misteriozna ljevorukost neutrina i desnosmjernost antineutrina je dobro objašnjena samo opet za čestice bez mase. U prisustvu mase, ljevoruki neutrini bi se s određenom vjerovatnoćom trebali pretvoriti u desnoruke neutrine, odnosno u antičestice, kršeći naizgled nepokolebljiv zakon održanja leptonskog broja, ili se čak pretvoriti u neku vrstu neutrina koji ne učestvuju u interakciji. Danas se takve hipotetičke čestice nazivaju sterilni neutrini.

Super-Kamiokande detektor neutrina © Kamioka opservatorij, ICRR (Institut za istraživanje kosmičkih zraka), Univerzitet u Tokiju

Naravno, eksperimentalna potraga za masom neutrina odmah je naglo nastavljena. Ali odmah se postavilo pitanje: kako izmjeriti masu nečega što se ni na koji način ne može uhvatiti? Postoji samo jedan odgovor: uopšte ne hvatati neutrine. Do danas se najaktivnije razvijaju dva pravca - direktna potraga za masom neutrina u beta raspadu i promatranje dvostrukog beta raspada bez neutrina. U prvom slučaju ideja je vrlo jednostavna. Jezgro se raspada emisijom elektrona i neutrina. Nije moguće uhvatiti neutrino, ali je moguće uhvatiti i izmjeriti elektron s vrlo visokom preciznošću. Elektronski spektar takođe nosi informacije o masi neutrina. Takav eksperiment je jedan od najsloženijih u fizici čestica, ali je njegova nesumnjiva prednost što se zasniva na osnovnim principima očuvanja energije i količine kretanja i njegov rezultat ovisi o malo čemu. Sada je najbolje ograničenje mase neutrina oko 2 eV. To je 250 hiljada puta manje od elektrona. Odnosno, sama masa nije pronađena, već samo ograničena gornjim okvirom.

Sa dvostrukim beta raspadom, sve je komplikovanije. Ako pretpostavimo da se neutrino pretvara u antineutrino tokom okretanja spina (ovaj model je dobio ime po italijanskom fizičaru Ettoreu Majorani), onda je moguć proces kada se dva beta raspada istovremeno dešavaju u jezgru, ali neutrini ne izlete van, ali ugovor. Vjerovatnoća takvog procesa povezana je s masom neutrina. Gornje granice u takvim eksperimentima su bolje – 0,2 – 0,4 eV – ali zavise od fizičkog modela.

Problem masivnog neutrina još nije riješen. Higsova teorija ne može objasniti tako male mase. To zahtijeva značajnu komplikaciju ili uključivanje nekih lukavijih zakona, prema kojima neutrini stupaju u interakciju sa ostatkom svijeta. Fizičarima koji se bave proučavanjem neutrina često se postavlja pitanje: „Kako proučavanje neutrina može pomoći prosječnom laiku? Koja finansijska ili druga korist se može izvući iz ove čestice? Fizičari sliježu ramenima. A oni to zaista ne znaju. Nekada je proučavanje poluvodičkih dioda pripadalo čisto fundamentalnoj fizici, bez ikakve praktične primjene. Razlika je u tome što su tehnologije koje se razvijaju za kreiranje savremenih eksperimenata u neutrinskoj fizici već uveliko u upotrebi u industriji, pa se svaki peni uložen u ovu oblast prilično brzo isplati. Sada se u svijetu izvodi nekoliko eksperimenata, čija je skala uporediva sa razmjerom Velikog hadronskog sudarača; ovi eksperimenti imaju za cilj isključivo proučavanje svojstava neutrina. U kojoj će od njih biti moguće otvoriti novu stranicu iz fizike, nije poznato, ali će se sigurno otvoriti.

Svijet i nauka nikada ne miruju. Nedavno su u udžbenicima fizike samouvjereno pisali da je elektron najmanja čestica. Tada su mezoni postali najmanje čestice, pa bozoni. A sada je nauka otkrila novo najmanja čestica u svemiru je Plankova crna rupa. Istina, otvoren je za sada samo u teoriji. Ova čestica pripada kategoriji crnih rupa jer je njen gravitacioni radijus veći ili jednak talasnoj dužini. Od svih postojećih crnih rupa, Plankovska je najmanja.

Prekratko trajanje ovih čestica ne može omogućiti njihovu praktičnu detekciju. Barem za sada. I nastaju, kako se uobičajeno vjeruje, kao rezultat nuklearnih reakcija. Ali nije samo životni vijek Planckovih crnih rupa ono što sprječava njihovo otkrivanje. Sada, nažalost, to nije moguće sa tehničke tačke gledišta. Da bi se sintetizirale Planckove crne rupe, potreban je energetski akcelerator od više od hiljadu elektron volti.

Video:

Uprkos takvom hipotetičkom postojanju ove najmanje čestice u svemiru, njeno praktično otkriće u budućnosti sasvim je moguće. Uostalom, ne tako davno, legendarni Higsov bozon također nije mogao biti otkriven. Da bi se to otkrilo, stvorena je instalacija za koju samo najlijenji stanovnik Zemlje nije čuo - Veliki hadronski sudarač. Povjerenje naučnika u uspjeh ovih studija pomoglo je da se postigne senzacionalan rezultat. Higsov bozon je trenutno najmanja čestica od onih čije je postojanje praktično dokazano. Njegovo otkriće je veoma važno za nauku, omogućilo je svim česticama da steknu masu. A da čestice nemaju masu, svemir ne bi mogao postojati. U njemu se nije mogla formirati niti jedna supstanca.

Uprkos praktičnom dokazanom postojanju ove čestice, Higsovog bozona, praktične primene za nju još nisu izmišljene. Za sada je ovo samo teorijsko znanje. Ali sve je moguće u budućnosti. Nisu sva otkrića u oblasti fizike odmah dobila praktičnu primenu. Niko ne zna šta će biti za sto godina. Uostalom, kao što je ranije spomenuto, svijet i nauka nikada ne miruju.

Odgovor na pitanje koje je u toku: koja je najmanja čestica u svemiru evoluirala je s čovječanstvom.

Ljudi su nekada mislili da su zrnca pijeska građevni blokovi onoga što vidimo oko sebe. Tada je otkriven atom i smatran je nedjeljivim sve dok nije razdvojen kako bi se otkrili protoni, neutroni i elektroni u njemu. Ispostavilo se da nisu ni najmanje čestice u svemiru, jer su naučnici otkrili da se protoni i neutroni sastoje od po tri kvarka.

Naučnici do sada nisu uspjeli vidjeti nikakav dokaz da postoji nešto unutar kvarkova i da je dostignut najfundamentalniji sloj materije ili najmanja čestica u svemiru.

Čak i ako su kvarkovi i elektroni nedjeljivi, naučnici ne znaju jesu li oni najmanji komadići materije koja postoji ili svemir sadrži objekte koji su još manji.

Najmanje čestice u svemiru

Dolaze u različitim ukusima i veličinama, neki imaju nevjerovatnu vezu, drugi u suštini isparavaju jedni druge, mnogi od njih imaju fantastična imena: barioni i mezoni kvarkovi, neutroni i protoni, nukleoni, hiperoni, mezoni, barioni, nukleoni, fotoni itd. .d.

Higsov bozon je čestica toliko važna za nauku da se naziva "čestica Boga". Vjeruje se da on određuje masu svih ostalih. Element je prvi put teoretiziran 1964. godine kada su se naučnici zapitali zašto su neke čestice masivnije od drugih.

Higsov bozon je povezan sa takozvanim Higsovim poljem za koje se veruje da ispunjava svemir. Dva elementa (kvant Higsovog polja i Higsov bozon) su odgovorni za davanje mase drugima. Ime je dobio po škotskom naučniku Peteru Higgsu. Dana 14. marta 2013. službeno je objavljena potvrda postojanja Higsovog bozona.

Mnogi naučnici tvrde da je Higsov mehanizam riješio nedostajući dio slagalice kako bi dovršio postojeći "standardni model" fizike koji opisuje poznate čestice.

Higsov bozon je u osnovi odredio masu svega što postoji u svemiru.

Kvarkovi

Kvarkovi (u prijevodu ludi) su građevni blokovi protona i neutrona. Nikada nisu sami, postoje samo u grupama. Očigledno, sila koja povezuje kvarkove zajedno raste sa rastojanjem, pa što su dalje, to će ih biti teže razdvojiti. Stoga slobodni kvarkovi nikada ne postoje u prirodi.

Kvarkovi fundamentalne čestice su bez strukture, tačkaste veličine oko 10-16 cm.

Na primjer, protoni i neutroni se sastoje od tri kvarka, pri čemu protoni imaju dva identična kvarka, dok neutroni imaju dva različita.

Supersimetrija

Poznato je da su fundamentalne "cigle" materije - fermioni - kvarkovi i leptoni, a čuvari sile bozona su fotoni, gluoni. Teorija supersimetrije kaže da se fermioni i bozoni mogu pretvoriti jedni u druge.

Prediktivna teorija kaže da za svaku česticu koja nam je poznata postoji sestrinska čestica koju još nismo otkrili. Na primjer, za elektron je to selekron, za kvark je skvark, za foton je fotino, a za higgsa je higgsino.

Zašto ovu supersimetriju u Univerzumu sada ne uočimo? Naučnici vjeruju da su mnogo teži od svojih konvencionalnih rođaka, a što su teži, to im je životni vijek kraći. U stvari, počinju da se kvare čim se pojave. Za stvaranje supersimetrije potrebno je dosta energije, koja je postojala tek ubrzo nakon velikog praska i koja bi se mogla stvoriti u velikim akceleratorima poput Velikog hadronskog sudarača.

Što se tiče zašto je nastala simetrija, fizičari nagađaju da je simetrija možda narušena u nekom skrivenom sektoru svemira koji ne možemo vidjeti niti dodirnuti, već možemo osjetiti samo gravitacijski.

Neutrino

Neutrini su lagane subatomske čestice koje zvižde posvuda pri bliskoj brzini svjetlosti. U stvari, trilioni neutrina prolaze kroz vaše tijelo u svakom trenutku, iako rijetko stupaju u interakciju s normalnom materijom.

Neki dolaze od Sunca, dok drugi dolaze od kosmičkih zraka u interakciji sa Zemljinom atmosferom i astronomskim izvorima kao što su eksplodirajuće zvijezde u Mliječnom putu i drugim udaljenim galaksijama.

Antimaterija

Vjeruje se da sve normalne čestice imaju antimateriju iste mase, ali suprotnog naboja. Kada se materija i sretnu, uništavaju jedni druge. Na primjer, čestica antimaterije protona je antiproton, dok se antimaterijalni partner elektrona naziva pozitron. Antimaterija je jedna od najskupljih supstanci na svijetu koju su ljudi uspjeli identificirati.

Gravitoni

U oblasti kvantne mehanike, sve fundamentalne sile prenose se česticama. Na primjer, svjetlost se sastoji od čestica bez mase zvanih fotoni koji nose elektromagnetnu silu. Slično, graviton je teorijska čestica koja nosi silu gravitacije. Naučnici tek treba da otkriju gravitone, koje je teško pronaći jer su tako slabo u interakciji sa materijom.

Niti energije

U eksperimentima, sitne čestice poput kvarkova i elektrona djeluju kao pojedinačne točke materije bez prostorne distribucije. Ali tačkasti objekti komplikuju zakone fizike. Budući da je nemoguće prići beskonačno blizu tački, jer djelujuće sile mogu postati beskonačno velike.

Ideja koja se zove teorija superstruna može riješiti ovaj problem. Teorija kaže da su sve čestice, umjesto da budu točkaste, zapravo male niti energije. Odnosno, svi objekti našeg svijeta sastoje se od vibrirajućih niti i energetskih membrana. Ništa ne može biti beskonačno blizu niti jer će jedan dio uvijek biti malo bliži od drugog. Čini se da ova "puškarnica" rješava neke od problema beskonačnosti, čineći ideju privlačnom fizičarima. Međutim, naučnici još uvijek nemaju eksperimentalne dokaze da je teorija struna tačna.

Drugi način rješavanja problema tačaka je da se kaže da sam prostor nije kontinuiran i gladak, već se zapravo sastoji od diskretnih piksela ili zrna, koji se ponekad nazivaju prostorno-vremenska struktura. U ovom slučaju, dvije čestice ne mogu se približavati jedna drugoj neograničeno, jer uvijek moraju biti razdvojene minimalnom veličinom zrna prostora.

tačka crne rupe

Još jedan kandidat za titulu najmanje čestice u svemiru je singularitet (jedna tačka) u centru crne rupe. Crne rupe nastaju kada se materija kondenzuje u dovoljno malom prostoru da je gravitacija uhvati, uzrokujući da se materija povuče unutra, da se na kraju kondenzuje u jednu tačku beskonačne gustine. Barem prema sadašnjim zakonima fizike.

Ali većina stručnjaka ne smatra crne rupe zaista beskonačno gustim. Oni vjeruju da je ta beskonačnost rezultat unutrašnjeg sukoba između dvije trenutne teorije - opće relativnosti i kvantne mehanike. Oni sugeriraju da će se otkriti prava priroda crnih rupa kada se može formulirati teorija kvantne gravitacije.

Plankova dužina

Niti energije, pa čak i najmanja čestica u svemiru mogu biti veličine "dužine daske".

Dužina šipke je 1,6 x 10 -35 metara (broj 16 kojem prethode 34 nule i decimalna točka) - neshvatljivo mala skala koja se povezuje s različitim aspektima fizike.

Plankova dužina je "prirodna jedinica" za mjerenje dužine, koju je predložio njemački fizičar Max Planck.

Plankova dužina je premala da bi je bilo koji instrument izmjerio, ali dalje od toga, vjeruje se da predstavlja teorijsku granicu najkraće mjerljive dužine. Prema principu nesigurnosti, nijedan instrument nikada ne bi trebao biti u stanju da izmjeri ništa manje od ovoga, jer je u ovom opsegu svemir vjerovatnost i neizvjestan.

Ova skala se takođe smatra linijom razdvajanja između opšte teorije relativnosti i kvantne mehanike.

Plankova dužina odgovara udaljenosti na kojoj je gravitaciono polje toliko jako da može početi da pravi crne rupe od energije polja.

Očigledno je da je najmanja čestica u svemiru otprilike veličine dužine daske: 1,6 10 −35 metara

zaključci

Iz školske klupe se znalo da najmanja čestica u Univerzumu, elektron, ima negativan naboj i vrlo malu masu od 9,109 x 10 - 31 kg, a klasični poluprečnik elektrona je 2,82 x 10 -15 m. .

Međutim, fizičari se već bave najmanjim česticama u svemiru, Planckovom veličinom, koja je oko 1,6 x 10 -35 metara.

Odgovor na beskrajno pitanje: koji je evoluirao sa čovečanstvom.

Ljudi su nekada mislili da su zrnca pijeska građevni blokovi onoga što vidimo oko sebe. Tada je otkriven atom i smatran je nedjeljivim sve dok nije razdvojen kako bi se otkrili protoni, neutroni i elektroni u njemu. Ispostavilo se da nisu ni najmanje čestice u svemiru, jer su naučnici otkrili da se protoni i neutroni sastoje od po tri kvarka.

Naučnici do sada nisu uspjeli vidjeti nikakav dokaz da postoji nešto unutar kvarkova i da je dostignut najfundamentalniji sloj materije ili najmanja čestica u svemiru.

Čak i ako su kvarkovi i elektroni nedjeljivi, naučnici ne znaju jesu li oni najmanji komadići materije koja postoji ili svemir sadrži objekte koji su još manji.

Najmanje čestice u svemiru

Dolaze u različitim ukusima i veličinama, neki imaju nevjerovatnu vezu, drugi u suštini isparavaju jedni druge, mnogi od njih imaju fantastična imena: barioni i mezoni kvarkovi, neutroni i protoni, nukleoni, hiperoni, mezoni, barioni, nukleoni, fotoni itd. .d.

Higsov bozon je čestica toliko važna za nauku da se naziva "čestica Boga". Vjeruje se da on određuje masu svih ostalih. Element je prvi put teoretiziran 1964. godine kada su se naučnici zapitali zašto su neke čestice masivnije od drugih.

Higsov bozon je povezan sa takozvanim Higsovim poljem za koje se veruje da ispunjava svemir. Dva elementa (kvant Higsovog polja i Higsov bozon) su odgovorni za davanje mase drugima. Ime je dobio po škotskom naučniku Peteru Higgsu. Dana 14. marta 2013. službeno je objavljena potvrda postojanja Higsovog bozona.

Mnogi naučnici tvrde da je Higsov mehanizam riješio nedostajući dio slagalice kako bi dovršio postojeći "standardni model" fizike koji opisuje poznate čestice.

Higsov bozon je u osnovi odredio masu svega što postoji u svemiru.

Kvarkovi (u prijevodu ludi) su građevni blokovi protona i neutrona. Nikada nisu sami, postoje samo u grupama. Očigledno, sila koja povezuje kvarkove zajedno raste sa rastojanjem, pa što su dalje, to će ih biti teže razdvojiti. Stoga slobodni kvarkovi nikada ne postoje u prirodi.

Kvarkovi fundamentalne čestice su bez strukture, tačkaste veličine oko 10-16 cm .

Na primjer, protoni i neutroni se sastoje od tri kvarka, pri čemu protoni imaju dva identična kvarka, dok neutroni imaju dva različita.

Supersimetrija

Poznato je da su fundamentalne "cigle" materije - fermioni - kvarkovi i leptoni, a čuvari sile bozona su fotoni, gluoni. Teorija supersimetrije kaže da se fermioni i bozoni mogu pretvoriti jedni u druge.

Prediktivna teorija kaže da za svaku česticu koja nam je poznata postoji sestrinska čestica koju još nismo otkrili. Na primjer, za elektron je to selekron, kvark je skvark, foton je fotino, higgs je higgsino.

Zašto ovu supersimetriju u Univerzumu sada ne uočimo? Naučnici vjeruju da su mnogo teži od svojih konvencionalnih rođaka, a što su teži, to im je životni vijek kraći. U stvari, počinju da se kvare čim se pojave. Za stvaranje supersimetrije potrebno je dosta energije, koja je postojala tek ubrzo nakon velikog praska i koja bi se mogla stvoriti u velikim akceleratorima poput Velikog hadronskog sudarača.

Što se tiče zašto je nastala simetrija, fizičari nagađaju da je simetrija možda narušena u nekom skrivenom sektoru svemira koji ne možemo vidjeti niti dodirnuti, već možemo osjetiti samo gravitacijski.

Neutrino

Neutrini su lagane subatomske čestice koje zvižde posvuda pri bliskoj brzini svjetlosti. U stvari, trilioni neutrina prolaze kroz vaše tijelo u svakom trenutku, iako rijetko stupaju u interakciju s normalnom materijom.

Neki dolaze od Sunca, dok drugi dolaze od kosmičkih zraka u interakciji sa Zemljinom atmosferom i astronomskim izvorima kao što su eksplodirajuće zvijezde u Mliječnom putu i drugim udaljenim galaksijama.

Antimaterija

Vjeruje se da sve normalne čestice imaju antimateriju iste mase, ali suprotnog naboja. Kada se materija i sretnu, uništavaju jedni druge. Na primjer, čestica antimaterije protona je antiproton, dok se antimaterijalni partner elektrona naziva pozitron. Antimaterija se odnosi na koju su ljudi uspjeli identificirati.

Gravitoni

U oblasti kvantne mehanike, sve fundamentalne sile prenose se česticama. Na primjer, svjetlost se sastoji od čestica bez mase zvanih fotoni koji nose elektromagnetnu silu. Slično, graviton je teorijska čestica koja nosi silu gravitacije. Naučnici tek treba da otkriju gravitone, koje je teško pronaći jer su tako slabo u interakciji sa materijom.

Niti energije

U eksperimentima, sitne čestice poput kvarkova i elektrona djeluju kao pojedinačne točke materije bez prostorne distribucije. Ali tačkasti objekti komplikuju zakone fizike. Budući da je nemoguće prići beskonačno blizu tački, jer djelujuće sile mogu postati beskonačno velike.

Ideja koja se zove teorija superstruna može riješiti ovaj problem. Teorija kaže da su sve čestice, umjesto da budu točkaste, zapravo male niti energije. Odnosno, svi objekti našeg svijeta sastoje se od vibrirajućih niti i energetskih membrana.
Ništa ne može biti beskonačno blizu niti jer će jedan dio uvijek biti malo bliži od drugog. Čini se da ova "puškarnica" rješava neke od problema beskonačnosti, čineći ideju privlačnom fizičarima. Međutim, naučnici još uvijek nemaju eksperimentalne dokaze da je teorija struna tačna.

Drugi način rješavanja problema tačke je da se kaže da sam prostor nije kontinuiran i gladak, već se zapravo sastoji od diskretnih piksela ili zrna, koji se ponekad nazivaju prostorno-vremenska struktura. U ovom slučaju, dvije čestice ne mogu se približavati jedna drugoj neograničeno, jer uvijek moraju biti razdvojene minimalnom veličinom zrna prostora.

tačka crne rupe

Još jedan kandidat za titulu najmanje čestice u svemiru je singularitet (jedna tačka) u centru crne rupe. Crne rupe nastaju kada se materija kondenzuje u dovoljno malom prostoru da je gravitacija uhvati, uzrokujući da se materija povuče unutra, da se na kraju kondenzuje u jednu tačku beskonačne gustine. Barem prema sadašnjim zakonima fizike.

Ali većina stručnjaka ne smatra crne rupe zaista beskonačno gustim. Oni vjeruju da je ta beskonačnost rezultat unutrašnjeg sukoba između dvije trenutne teorije - opće relativnosti i kvantne mehanike. Oni sugeriraju da će se otkriti prava priroda crnih rupa kada se može formulirati teorija kvantne gravitacije.

Plankova dužina

Niti energije, pa čak i najmanja čestica u svemiru mogu biti veličine "dužine daske".

Dužina šipke je 1,6 x 10 -35 metara (broj 16 kojem prethode 34 nule i decimalna točka) - neshvatljivo mala skala koja se povezuje s različitim aspektima fizike.

Plankova dužina je "prirodna jedinica" za mjerenje dužine, koju je predložio njemački fizičar Max Planck.

Plankova dužina je premala da bi je bilo koji instrument izmjerio, ali dalje od toga, vjeruje se da predstavlja teorijsku granicu najkraće mjerljive dužine. Prema principu nesigurnosti, nijedan instrument nikada ne bi trebao biti u stanju da izmjeri ništa manje od ovoga, jer je u ovom opsegu svemir vjerovatnost i neizvjestan.

Ova skala se takođe smatra linijom razdvajanja između opšte teorije relativnosti i kvantne mehanike.

Plankova dužina odgovara udaljenosti na kojoj je gravitaciono polje toliko jako da može početi da pravi crne rupe od energije polja.

Očigledno je da je najmanja čestica u svemiru otprilike veličine dužine daske: 1,6 10 −35 metara

Iz školske klupe se znalo da najmanja čestica u Univerzumu, elektron, ima negativan naboj i vrlo malu masu od 9,109 x 10 - 31 kg, a klasični poluprečnik elektrona je 2,82 x 10 -15 m. .

Međutim, fizičari se već bave najmanjim česticama u svemiru, Planckovom veličinom, koja je oko 1,6 x 10 -35 metara.