Najmanja supstanca na svetu. Najhladnije male čestice u prirodi

Šta znamo o česticama manjim od atoma? A koja je najmanja čestica u svemiru?

Svijet oko nas... Ko se od nas nije divio njegovoj očaravajućoj ljepoti? Njegovo noćno nebo bez dna, posuto milijardama svetlucavih misterioznih zvezda i toplina njegove nežne sunčeve svetlosti. Smaragdna polja i šume, burne rijeke i bezgranična morska prostranstva. Sjajni vrhovi veličanstvenih planina i raskošnih alpskih livada. Jutarnja rosa i slavujev tril u zoru. Mirisna ruža i tihi žubor potoka. Užareni zalazak sunca i blagi šuštaj brezovog gaja...

Da li je moguće zamisliti nešto ljepše od svijeta oko nas?! Snažnije i impresivnije? I, u isto vrijeme, krhkiji i nježniji? Sve je ovo svijet u kojem dišemo, volimo, radujemo se, radujemo se, patimo i tugujemo... Sve je to naš svijet. Svijet u kojem živimo, koji osjećamo, koji vidimo i koji barem nekako razumijemo.

Međutim, mnogo je raznovrsniji i složeniji nego što se na prvi pogled čini. Znamo da se raskošne livade ne bi pojavile bez fantastičnog nemira beskrajnog plesa savitljivih zelenih vlati trave, bujnog drveća obučenog u smaragdne haljine - bez velikog lišća na svojim granama, i zlatnih plaža - bez brojnih svjetlucavih zrnaca pijeska koji škripi pod bosim nogama na zracima ljetnog blagog sunca. Veliko se uvek sastoji od malog. Mali - od još malog. A ovaj niz, vjerovatno, nema ograničenja.

Stoga se vlati trave i zrnca pijeska sastoje od molekula koji su formirani od atoma. Atomi se, kao što znate, sastoje od elementarnih čestica - elektrona, protona i neutrona. Ali oni, kako se vjeruje, nisu konačni autoritet. Moderna nauka tvrdi da se protoni i neutroni, na primjer, sastoje od hipotetičkih energetskih klastera - kvarkova. Postoji pretpostavka da postoji još manja čestica - preon, koja je još nevidljiva, nepoznata, ali pretpostavljena.

Svijet molekula, atoma, elektrona, protona, neutrona, fotona itd. pozvao mikrosvet. On je osnova makrokosmos- svijet čovjeka i s njim srazmjerne veličine na našoj planeti i mega svijet- svijet zvijezda, galaksija, Univerzuma i Kosmosa. Svi ovi svjetovi su međusobno povezani i ne postoje jedan bez drugog.

Već smo upoznali mega svijet u izvještaju o našoj prvoj ekspediciji. „Dah Univerzuma. Prvo putovanje" i već imamo ideju o udaljenim galaksijama i Univerzumu. Na tom opasnom putovanju otkrili smo svijet tamne materije i tamne energije, istražili dubine crnih rupa, stigli do vrhova blistavih kvazara i nekim čudom izbjegli Veliki prasak i ništa manje Veliki krckanje. Univerzum se pojavio pred nama u svoj svojoj ljepoti i veličini. Tokom našeg putovanja, shvatili smo da se zvijezde i galaksije ne pojavljuju same od sebe, već su se mukotrpno, milijardama godina, formirale od čestica i atoma.

Čestice i atomi čine cijeli svijet oko nas. Upravo oni, u svojim bezbrojnim i raznolikim kombinacijama, mogu se pojaviti pred nama ili u obliku prekrasne holandske ruže, ili u obliku teške gomile tibetanskih stijena. Sve što vidimo sastoji se od ovih misterioznih predstavnika tajanstvenog mikrosvet. Zašto "misteriozan", a zašto "misteriozan"? Jer čovječanstvo, nažalost, još uvijek vrlo malo zna o ovom svijetu i njegovim predstavnicima.

Nemoguće je zamisliti modernu nauku o mikrokosmosu bez spominjanja elektrona, protona ili neutrona. U bilo kom referentnom materijalu iz fizike ili hemije naći ćemo njihovu masu do devete decimale, njihov električni naboj, životni vijek i tako dalje. Na primjer, u skladu sa ovim priručnikom, elektron ima masu od 9,10938291 (40) x 10 -31 kg, električni naboj - minus 1,602176565 (35) x 10 -19 C, životni vijek - beskonačnost ili najmanje 4,6 x 10 26 godina (Vikipedija).

Tačnost određivanja parametara elektrona je impresivna, a ponos na naučna dostignuća civilizacije ispunjava naša srca! Istina, istovremeno se uvlače i neke sumnje koje se, uz svu želju, ne mogu u potpunosti otjerati. Odrediti masu elektrona jednaku milijardu-milijardi-milijardi kilograma, pa čak i izmjeriti je na devetu decimalu, vjerujem, nije nimalo lak zadatak, kao i izmjeriti vijek trajanja elektrona na 4.600.000.000.000.000.000.000 000 godina.

Štaviše, niko nikada nije video baš ovaj elektron. Najsavremeniji mikroskopi omogućavaju da se vidi samo elektronski oblak oko jezgra atoma, unutar kojeg se, kako smatraju naučnici, elektron kreće velikom brzinom (slika 1). Još ne znamo sa sigurnošću ni veličinu elektrona, ni njegov oblik, ni brzinu njegove rotacije. U stvarnosti, znamo vrlo malo o elektronu, kao io protonu i neutronu. Možemo samo nagađati i nagađati. Nažalost, za danas imamo sve naše mogućnosti.

Rice. 1. Fotografija elektronskih oblaka koju su snimili fizičari Harkovskog instituta za fiziku i tehnologiju u septembru 2009.

Ali elektron ili proton su najmanje elementarne čestice koje čine atom bilo koje supstance. A ako nam naša tehnička sredstva proučavanja mikrosvijeta još ne dozvoljavaju da vidimo čestice i atome, možda možemo početi s nečim o sve poznatiji? Na primjer, iz molekula! Sastoji se od atoma. Molekul je veći i razumljiviji objekt, koji se, vrlo moguće, dublje proučava.

Nažalost, moram vas ponovo razočarati. Molekule su nam razumljive samo na papiru u obliku apstraktnih formula i crteža njihove pretpostavljene strukture. Još uvijek ne možemo dobiti jasnu sliku molekula s izraženim vezama između atoma.

U avgustu 2009. godine, koristeći tehnologiju mikroskopije atomske sile, evropski istraživači su po prvi put uspeli da dobiju sliku strukture prilično velikog molekula pentacena (C 22 H 14). Najsavremenija tehnologija omogućila je da se vidi samo pet prstenova koji određuju strukturu ovog ugljikovodika, kao i mrlje pojedinačnih atoma ugljika i vodika (slika 2). I to je sve što možemo da uradimo za sada...

Rice. 2. Strukturni prikaz molekule pentacena (gore)

i njena fotografija (ispod)

S jedne strane, dobijene fotografije nam omogućavaju da tvrdimo da put koji su odabrali kemičari, opisujući sastav i strukturu molekula, više nije upitan, ali, s druge strane, možemo samo nagađati da

Kako, uostalom, dolazi do kombinacije atoma u molekuli, a elementarnih čestica - u atomu? Zašto su ove atomske i molekularne veze stabilne? Kako nastaju, koje snage ih podržavaju? Kako izgleda elektron, proton ili neutron? Koja je njihova struktura? Šta je atomsko jezgro? Kako proton i neutron koegzistiraju u istom prostoru i zašto odbijaju elektron iz njega?

Mnogo je pitanja ove vrste. Odgovori takođe. Istina, mnogi odgovori temelje se samo na pretpostavkama koje pokreću nova pitanja.

Moji prvi pokušaji da proniknem u tajne mikrosvijeta naišli su na prilično površan prikaz savremene nauke mnogih fundamentalnih saznanja o strukturi objekata mikrosvijeta, o principima njihovog funkcionisanja, o sistemima njihovih međusobnih veza i odnosa. Pokazalo se da čovječanstvo još uvijek ne razumije kako je jezgro atoma i njegove sastavne čestice - elektroni, protoni i neutroni - raspoređeni. Imamo samo opšte ideje o tome šta se zapravo dešava u procesu fisije atomskog jezgra, koji događaji se mogu desiti tokom dugog toka ovog procesa.

Proučavanje nuklearnih reakcija bilo je ograničeno na promatranje procesa i utvrđivanje određenih uzročno-posljedičnih veza, izvedenih eksperimentalno. Istraživači su naučili samo odrediti ponašanje određene čestice pod ovim ili drugim udarom. To je sve! Bez razumijevanja njihove strukture, bez otkrivanja mehanizama interakcije! Samo ponašanje! Na osnovu ovakvog ponašanja određene su zavisnosti pojedinih parametara i, radi veće važnosti, ovi eksperimentalni podaci su obučeni u višerazinske matematičke formule. To je cela teorija!

Nažalost, to je bilo dovoljno da se hrabro krene u izgradnju nuklearnih elektrana, raznih akceleratora, sudarača i stvaranja nuklearnih bombi. Dobivši primarno znanje o nuklearnim procesima, čovječanstvo se odmah uključilo u neviđenu utrku za posjedovanje moćne energije koja mu je podložna.

Naglo je porastao broj zemalja s nuklearnim kapacitetima u službi. Nuklearne rakete u ogromnom broju gledale su prijeteće prema neprijateljskim susjedima. Počele su se pojavljivati ​​nuklearne elektrane koje kontinuirano proizvode jeftinu električnu energiju. Ogromna sredstva potrošena su na nuklearni razvoj sve više i više novih dizajna. Nauka je, pokušavajući da pogleda unutar atomskog jezgra, intenzivno podizala supermoderne akceleratore čestica.

Međutim, materija nije stigla do strukture atoma i njegovog jezgra. Fascinacija potragom za sve više i više novih čestica i potraga za Nobelovim regalijama potisnula je u drugi plan duboko proučavanje strukture atomskog jezgra i njegovih sastavnih čestica.

Ali površno znanje o nuklearnim procesima odmah se negativno pokazalo tokom rada nuklearnih reaktora i izazvalo pojavu spontanih nuklearnih lančanih reakcija u nizu situacija.

Ova lista daje datume i lokacije nastanka spontanih nuklearnih reakcija:

21.08.1945. SAD, Los Alamos National Laboratory.

21. maja 1946. godine. SAD, Los Alamos National Laboratory.

15.03.1953. SSSR, Čeljabinsk-65, proizvodno udruženje Mayak.

21.04.1953. SSSR, Čeljabinsk-65, proizvodno udruženje Mayak.

16.06.1958. SAD, Oak Ridge, Y-12 Radiochemical Plant.

15.10.1958. Jugoslavija, Institut B. Kidrič.

30. decembra 1958 SAD, Los Alamos National Laboratory.

01/03/1963. SSSR, Tomsk-7, Sibirski hemijski kombinat.

23.07.1964. SAD, Woodryver, Radiohemijsko postrojenje.

30. decembra 1965 Belgija, Mol.

05.03.1968. SSSR, Čeljabinsk-70, VNIITF.

10. decembra 1968 SSSR, Čeljabinsk-65, proizvodno udruženje Mayak.

26. maja 1971 SSSR, Moskva, Institut za atomsku energiju.

13. decembra 1978. SSSR, Tomsk-7, Sibirski hemijski kombinat.

23.09.1983. Argentina, Reaktor RA-2.

15. maja 1997 Rusija, Novosibirsk, fabrika hemijskih koncentrata.

17.06.1997. Rusija, Sarov, VNIIEF.

30.09.1999 Japan, Tokaimura, Pogon za proizvodnju nuklearnog goriva.

Ovom spisku treba dodati brojne nesreće sa vazdušnim i podvodnim nosačima nuklearnog oružja, incidente u preduzećima nuklearnog gorivnog ciklusa, vanredne situacije u nuklearnim elektranama, vanredne situacije prilikom testiranja nuklearnih i termonuklearnih bombi. Tragedija Černobila i Fukušime zauvek će ostati u našem sećanju. Iza ovih katastrofa i vanrednih situacija stoje hiljade mrtvih ljudi. I to te tjera da razmišljaš veoma ozbiljno.

Zastrašujuća je samo pomisao na rad nuklearnih elektrana koje mogu momentalno pretvoriti cijeli svijet u kontinuiranu radioaktivnu zonu. Nažalost, ove zabrinutosti su osnovane. Prije svega, činjenica da su tvorci nuklearnih reaktora u svom radu koristili ne temeljno znanje, već konstataciju određenih matematičkih zavisnosti i ponašanja čestica, na osnovu kojih je izgrađena opasna nuklearna struktura. Za naučnike su nuklearne reakcije do sada bile svojevrsna "crna kutija" koja funkcioniše pod uslovom ispunjenja određenih radnji i zahteva.

Međutim, ako se nešto počne događati u ovoj „kutiji“ i to „nešto“ nije opisano uputama i prelazi okvire stečenog znanja, onda se mi, osim vlastitog herojstva i neintelektualnog rada, ne možemo ničemu suprotstaviti. nuklearnom elementu koji je izbio. Mase ljudi prisiljene su jednostavno ponizno čekati nadolazeću opasnost, pripremati se za strašne i neshvatljive posljedice, krećući se na sigurnu, po njihovom mišljenju, udaljenost. Nuklearni stručnjaci u većini slučajeva samo sliježu ramenima, mole se i čekaju pomoć viših sila.

Japanski nuklearni naučnici, naoružani najsavremenijom tehnologijom, još uvijek ne mogu obuzdati nuklearnu elektranu u Fukušimi, koja je odavno bez struje. Mogu samo da konstatuju da je 18. oktobra 2013. godine nivo radijacije u podzemnim vodama premašio normu za više od 2.500 puta. Dan kasnije nivo radioaktivnih materija u vodi porastao je skoro 12.000 puta! Zašto?! Japanski stručnjaci još ne mogu odgovoriti na ovo pitanje niti zaustaviti ove procese.

Rizik stvaranja atomske bombe bio je nekako opravdan. Napeta vojno-politička situacija na planeti zahtijevala je neviđene mjere odbrane i napada od strane protivničkih zemalja. Pokoravajući se situaciji, atomski istraživači su riskirali, ne upuštajući se u suptilnosti strukture i funkcioniranja elementarnih čestica i atomskih jezgara.

Međutim, u vrijeme mira morala je početi izgradnja nuklearnih elektrana i sudarača svih vrsta samo pod uslovom, šta nauka je potpuno otkrila strukturu atomskog jezgra, i elektrona, i neutrona, i protona, i njihove odnose.Štaviše, nuklearne reakcije u nuklearnim elektranama moraju biti strogo kontrolisane. Ali stvarno i efikasno možete upravljati samo onim što u potpunosti znate. Pogotovo ako se radi o najmoćnijoj vrsti energije današnjice koju nije nimalo lako obuzdati. To se, naravno, ne dešava. Ne samo prilikom izgradnje nuklearnih elektrana.

Trenutno u Rusiji, Kini, SAD-u i Evropi radi 6 različitih sudarača - moćnih akceleratora nadolazećih tokova čestica koji ih ubrzavaju do velike brzine, dajući česticama visoku kinetičku energiju, kako bi ih potom gurnule jedna u drugu. Svrha sudara je proučavanje produkata sudara čestica u nadi da će se u procesu njihovog raspadanja moći vidjeti nešto novo i još uvijek nepoznato.

Jasno je da su istraživači veoma zainteresovani da vide šta će biti od svega ovoga. Brzina sudara čestica i nivo finansiranja naučnih istraživanja se povećavaju, ali znanje o strukturi sudara ostaje isto mnogo, mnogo godina. Još uvijek nema potkrijepljenih predviđanja o rezultatima planiranih studija, a ni ne može biti. Ne slučajno. Svjesni smo da je moguće naučno predvidjeti samo pod uslovom tačnog i provjerenog poznavanja barem detalja predviđenog procesa. Moderna nauka još nema takva znanja o elementarnim česticama. U ovom slučaju, može se pretpostaviti da je glavni princip postojećih istraživačkih metoda pozicija: "Pokušajmo to učiniti - da vidimo šta će se dogoditi." Nažalost.

Stoga je sasvim prirodno da se danas sve češće raspravlja o pitanjima koja se tiču ​​opasnosti od eksperimenata koji su u toku. Ne radi se čak ni o mogućnosti da se u toku eksperimenata pojave mikroskopske crne rupe, koje, rastući, mogu progutati našu planetu. Ne vjerujem baš u takvu mogućnost, barem na sadašnjem nivou i fazi mog intelektualnog razvoja.

Ali postoji ozbiljnija i stvarnija opasnost. Na primjer, na Velikom hadronskom sudaraču, struje protona ili olovnih jona se sudaraju u različitim konfiguracijama. Čini se, kakva prijetnja može doći od mikroskopske čestice, pa čak i ispod zemlje, u tunelu, umotanom u moćnu metalnu i betonsku zaštitu? Čestica težine 1.672 621 777 (74) x 10 -27 kg i čvrsti višetonski tunel od više od 26 kilometara u debljini teškog tla su jasno neuporedive kategorije.

Međutim, prijetnja postoji. Prilikom provođenja eksperimenata, vrlo je vjerojatno da će doći do nekontroliranog oslobađanja ogromne količine energije, koja će se pojaviti ne samo kao rezultat raspada intranuklearnih sila, već i energije koja se nalazi unutar protona ili olovnih iona. Nuklearna eksplozija moderne balističke rakete, zasnovana na oslobađanju intranuklearne energije atoma, neće se činiti strašnijom od novogodišnjeg krekera u usporedbi s najjačom energijom koja se može osloboditi tijekom uništavanja elementarnih čestica. Možemo iznenada pustiti fantastičnog duha iz boce. Ali ne ono popustljivo dobrodušno i majstorsko koje se samo pokorava i pokorava, već nekontrolisano, svemoćno i nemilosrdno čudovište koje ne zna za milost i nemilost. I neće biti fantastično, već sasvim stvarno.

Ali najgore je to što, kao u nuklearnoj bombi, lančana reakcija može započeti u sudaraču, oslobađajući sve više i više porcija energije i uništavajući sve ostale elementarne čestice. Pritom, uopće nije važno od čega će se sastojati - metalne konstrukcije tunela, betonski zidovi ili stijene. Energija će se oslobađati posvuda, kidajući sve što je povezano ne samo sa našom civilizacijom, već i sa čitavom planetom. U trenu od naše slatke plave ljepote mogu ostati samo jadni bezoblični komadići koji lete po velikim i nepreglednim prostranstvima Univerzuma.

Ovo je, naravno, užasan, ali sasvim stvaran scenario, i mnogi Evropljani danas to vrlo dobro razumiju i aktivno se suprotstavljaju opasnim nepredvidivim eksperimentima, zahtijevajući sigurnost planete i civilizacije. Svaki put ovi govori su sve organizovaniji i povećavaju unutrašnju zabrinutost za trenutnu situaciju.

Nisam protiv eksperimenata, jer dobro razumijem da je put do novog znanja uvijek trnovit i težak. Bez eksperimentiranja, gotovo ga je nemoguće savladati. Međutim, duboko sam uvjeren da svaki eksperiment treba izvoditi samo ako je siguran za ljude i svijet koji ga okružuje. Danas nemamo takvu sigurnost. Ne, jer nema saznanja o onim česticama sa kojima već danas eksperimentišemo.

Ispostavilo se da je situacija mnogo alarmantnija nego što sam ranije zamišljao. Ozbiljno zabrinut, strmoglavo sam uronio u svijet znanja o mikrosvijetu. Priznajem da mi to nije pričinilo veliko zadovoljstvo, jer je u razvijenim teorijama mikrosvijeta bilo teško uhvatiti jasan odnos između prirodnih pojava i zaključaka na kojima su se neki naučnici zasnivali, koristeći teorijske stavove kvantne fizike, kvantne mehanike. i teorija elementarnih čestica kao istraživački aparat.

Zamislite moje čuđenje kada sam iznenada otkrio da se znanje o mikrokosmosu više zasniva na pretpostavkama koje nemaju jasna logička opravdanja. Zasićujući matematičke modele nekim konvencijama u obliku Planckove konstante sa konstantom koja prelazi trideset nula iza decimalne zapete, raznim zabranama i postulatima, teoretičari, međutim, dovoljno detaljno i precizno opisuju a da li su praktične situacije koje odgovaraju na pitanje: "Šta se događa ako...?". Međutim, glavno pitanje: “Zašto se to dešava?”, nažalost, ostalo je bez odgovora.

Činilo mi se da je spoznati bezgranični Univerzum i njegove tako daleke galaksije, rasprostranjene na fantastično ogromnoj udaljenosti, mnogo teža stvar nego pronaći put znanja do onoga što, zapravo, „leži pod našim nogama“. Na osnovu svog srednjeg i visokog obrazovanja, iskreno sam vjerovao da naša civilizacija više nema pitanja ni o strukturi atoma i njegovog jezgra, ni o elementarnim česticama i njihovoj strukturi, ni o silama koje drže elektron u orbiti. i održavaju stabilnu vezu protona i neutrona u jezgri atoma.

Do ove tačke nisam morao da proučavam osnove kvantne fizike, ali sam bio uveren i naivno pretpostavljao da je ova nova fizika ono što će nas zaista izvesti iz mraka nerazumevanja mikrosveta.

Ali, na moju duboku žalost, prevarila sam se. Moderna kvantna fizika, fizika atomskog jezgra i elementarnih čestica, kao i čitava fizika mikrokosmosa, po mom mišljenju, nisu samo u žalosnom stanju. Dugo su zaglavljeni u intelektualnom ćorsokaku, koji im ne može dozvoliti da se razvijaju i usavršavaju, krećući se putem spoznaje atoma i elementarnih čestica.

Istraživači mikrokosmosa, kruto ograničeni ustaljenom nepokolebljivošću mišljenja velikih teoretičara 19. i 20. stoljeća, više od stotinu godina nisu se usuđivali vratiti svojim korijenima i ponovo krenuti teškim putem istraživanja dubina. našeg okolnog sveta. Moj kritički pogled na trenutnu situaciju oko proučavanja mikrosvijeta daleko je od toga da je jedini. Mnogi progresivni istraživači i teoretičari su u više navrata iznosili svoje gledište o problemima koji se javljaju u toku razumijevanja osnova teorije atomskog jezgra i elementarnih čestica, kvantne fizike i kvantne mehanike.

Analiza moderne teorijske kvantne fizike omogućava nam da izvučemo sasvim definitivan zaključak da je suština teorije u matematičkom predstavljanju određenih prosječnih vrijednosti čestica i atoma, na osnovu pokazatelja neke mehaničke statistike. Glavna stvar u teoriji nije proučavanje elementarnih čestica, njihove strukture, njihovih veza i interakcija tokom ispoljavanja određenih prirodnih fenomena, već pojednostavljeni verovatnosni matematički modeli zasnovani na zavisnostima dobijenim tokom eksperimenata.

Nažalost, i ovdje su, kao i u razvoju teorije relativnosti, na prvo mjesto stavljene izvedene matematičke zavisnosti, koje su zasjenile prirodu pojava, njihovu međusobnu povezanost i uzroke nastanka.

Proučavanje strukture elementarnih čestica bilo je ograničeno na pretpostavku o prisutnosti tri hipotetička kvarka u protonima i neutronima, čiji su se varijeteti, kako se ova teorijska pretpostavka razvijala, mijenjali od dva, zatim tri, četiri, šest, dvanaest. Nauka se jednostavno prilagodila rezultatima eksperimenata, prisiljena da izmišlja nove elemente čije postojanje još nije dokazano. Ovdje također možemo čuti o preonima i gravitonima koji još nisu pronađeni. Možemo biti sigurni da će broj hipotetičkih čestica nastaviti rasti, kako nauka o mikrosvijetu ide sve dublje i dublje u ćorsokak.

Nerazumijevanje fizičkih procesa koji se odvijaju unutar elementarnih čestica i jezgara atoma, mehanizma interakcije sistema i elemenata mikrokosmosa doveli su hipotetičke elemente – nosioce interakcije – kao što su kalibarski i vektorski bozoni, gluoni, virtuelni fotoni, u areni moderne nauke. Upravo su oni bili na vrhu liste entiteta odgovornih za procese interakcije jednih čestica s drugima. I nije važno što čak ni njihovi indirektni znakovi nisu pronađeni. Važno je da se na neki način mogu smatrati odgovornim za činjenicu da se jezgro atoma ne raspadne, da Mjesec ne padne na Zemlju, da se elektroni još uvijek rotiraju u svojoj orbiti, a magnetsko polje planete i dalje štiti nas od kosmičkog uticaja. .

Od svega toga postalo je tužno, jer što sam više ulazio u teoriju mikrokosmosa, sve je više raslo moje razumijevanje ćorsokaka razvoja najvažnije komponente teorije strukture svijeta. Položaj današnje nauke o mikrokosmosu nije slučajan, već prirodan. Činjenica je da su temelje kvantne fizike postavili dobitnici Nobelove nagrade Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli i Paul Dirac krajem devetnaestog i početkom dvadesetog stoljeća. Fizičari su u to vrijeme imali samo rezultate nekih početnih eksperimenata usmjerenih na proučavanje atoma i elementarnih čestica. Međutim, mora se priznati da su i ove studije rađene na nesavršenoj opremi koja je odgovarala tom vremenu, a eksperimentalna baza podataka tek je počela da se popunjava.

Stoga nije iznenađujuće što klasična fizika nije uvijek mogla odgovoriti na brojna pitanja koja su se javljala tokom proučavanja mikrosvijeta. Stoga se početkom dvadesetog vijeka u naučnom svijetu počelo govoriti o krizi fizike i potrebi revolucionarnih promjena u sistemu istraživanja mikrosvijeta. Ova odredba je definitivno nagnala progresivne teorijske naučnike da tragaju za novim putevima i novim metodama spoznaje mikrosvijeta.

Problem, moramo odati priznanje, nije bio u zastarjelim odredbama klasične fizike, već u nerazvijenoj tehničkoj bazi, koja u to vrijeme, što je sasvim razumljivo, nije mogla dati potrebne rezultate istraživanja i dati hranu za dublje teorijske razvoje. Prazninu je trebalo popuniti. I bila je ispunjena. Nova teorija - kvantna fizika, zasnovana prvenstveno na probabilističkim matematičkim konceptima. U tome nije bilo ništa loše, osim što su pri tome zaboravili filozofiju i odvojili se od stvarnog svijeta.

Klasične ideje o atomu, elektronu, protonu, neutronu itd. su zamijenjeni njihovim vjerojatnosnim modelima, koji su odgovarali određenom stepenu razvoja nauke i čak omogućili rješavanje vrlo složenih primijenjenih inženjerskih problema. Nedostatak potrebne tehničke baze i određeni uspjesi u teorijskom i eksperimentalnom predstavljanju elemenata i sistema mikrokosmosa stvorili su uslove za određeno hlađenje naučnog svijeta prema dubinskom proučavanju strukture elementarnih čestica, atoma i njihovih jezgara. . Naročito pošto se činilo da je kriza u fizici mikrokosmosa ugašena, dogodila se revolucija. Naučna zajednica je s entuzijazmom pohrlila proučavanju kvantne fizike, ne trudeći se razumjeti osnove elementarnih i fundamentalnih čestica.

Naravno, takva situacija u savremenoj nauci mikrosvijeta nije me mogla ne oduševiti i odmah sam se počeo pripremati za novu ekspediciju, za novo putovanje. Putovanje u mikrokosmos. Već smo prošli slično putovanje. Bilo je to prvo putovanje u svijet galaksija, zvijezda i kvazara, u svijet tamne materije i tamne energije, u svijet u kojem se rađa naš Univerzum i živi punim životom. U svom izveštaju „Dah Univerzuma. Prvo putovanje» Pokušali smo razumjeti strukturu Univerzuma i procese koji se u njemu odvijaju.

Shvativši da ni drugo putovanje neće biti lako i da će zahtijevati milijarde triliona puta da smanjim skalu prostora u kojem bih morao proučavati svijet oko sebe, počeo sam se pripremati da prodrem ne samo u strukturu atoma. ili molekula, ali i u dubine elektrona i protona, neutrona i fotona, i to u zapreminama milionima puta manjim od zapremina ovih čestica. Za to je bila potrebna posebna obuka, nova znanja i napredna oprema.

Predstojeće putovanje započelo je od samog početka stvaranja našeg svijeta, a upravo je taj početak bio najopasniji i s najnepredvidivijim ishodom. Ali od naše ekspedicije zavisilo je hoćemo li naći izlaz iz trenutne situacije u nauci mikrosvijeta ili ćemo ostati balansirati na klimavom užetom mostu moderne nuklearne energije, svake sekunde razotkrivajući život i postojanje civilizacije na planet u smrtnu opasnost.

Stvar je u tome da je za upoznavanje početnih rezultata našeg istraživanja bilo potrebno doći do crne rupe Univerzuma i, zanemarujući osjećaj samoodržanja, jurnuti u plameni pakao univerzalnog tunela. Tek tamo, u uslovima ultravisokih temperatura i fantastičnog pritiska, pažljivo krećući se u brzo rotirajućim tokovima materijalnih čestica, mogli smo da vidimo kako se odvija uništavanje čestica i antičestica i kako veliki i moćni predak svih stvari - Eter, je ponovo rođen, da bi razumio sve tekuće procese, uključujući formiranje čestica, atoma i molekula.

Vjerujte mi, nema toliko drznika na Zemlji koji se mogu odlučiti na ovo. Štaviše, rezultat niko ne garantuje i niko nije spreman da preuzme odgovornost za uspešan ishod ovog puta. Tokom postojanja civilizacije niko nije ni posetio crnu rupu galaksije, ali ovde - UNIVERSE! Sve je ovde odraslo, grandiozno i ​​kosmičkih razmera. Ovdje nema šale. Ovdje u trenu mogu pretvoriti ljudsko tijelo u mikroskopski usijani energetski ugrušak ili ga raspršiti po beskrajnim hladnim prostranstvima svemira bez prava na obnavljanje i ponovno ujedinjenje. Ovo je Univerzum! Ogroman i veličanstven, hladan i usijan, bezgranični i tajanstveni…

Stoga, pozivajući sve da se pridruže našoj ekspediciji, moram da vas upozorim da ako neko sumnja, nije kasno da odbije. Svaki razlog je prihvaćen. Potpuno smo svjesni veličine opasnosti, ali smo spremni da se hrabro suočimo s njom po svaku cijenu! Spremamo se zaroniti u dubine Univerzuma.

Jasno je da je da se zaštitimo i preživimo, uranjanje u vreli univerzalni tunel ispunjen snažnim eksplozijama i nuklearnim reakcijama, daleko od lakog zadatka, a naša oprema mora odgovarati uvjetima u kojima ćemo morati raditi. Stoga je neophodno pripremiti najbolju opremu i pažljivo razmisliti o opremi za sve učesnike ove opasne ekspedicije.

Prije svega, na drugom putovanju ćemo ići ono što nam je omogućilo da savladamo veoma težak put kroz prostranstva Univerzuma kada smo radili na izvještaju o našoj ekspediciji. „Dah Univerzuma. Prvo putovanje. Naravno, ovo zakonima sveta. Bez njihove prijave, naše prvo putovanje teško da bi se završilo uspješno. Upravo su zakoni omogućili da se pronađe pravi put među gomilom neshvatljivih pojava i sumnjivim zaključcima istraživača u njihovom objašnjenju.

ako se sjećaš, zakon ravnoteže suprotnosti, unapred određujući da u svetu svaka manifestacija stvarnosti, bilo koji sistem ima svoju suprotnu suštinu i da je ili teži da bude u ravnoteži sa njom, omogućilo nam je da razumemo i prihvatimo prisustvo u svetu oko nas, pored obične energije, i tamne energije , a takođe, pored obične materije, tamne materije. Zakon ravnoteže suprotnosti omogućio je pretpostavku da se svijet ne sastoji samo od etra, već se i eter sastoji od njegove dvije vrste - pozitivne i negativne.

Zakon univerzalne povezanosti, što podrazumijeva stabilnu, ponavljajuću vezu između svih objekata, procesa i sistema u Univerzumu, bez obzira na njihovu skalu, i zakon hijerarhije, uređivanje nivoa bilo kojeg sistema u Univerzumu od najnižeg do najvišeg, omogućilo je izgradnju logične "ljestve bića" od etra, čestica, atoma, supstanci, zvijezda i galaksija do Univerzuma. A zatim pronađite načine da transformišete nevjerovatno ogroman broj galaksija, zvijezda, planeta i drugih materijalnih objekata, prvo u čestice, a zatim u tokove vrućeg etra.

Potvrdu ovih stavova našli smo na djelu. zakon razvoja, koji određuje evolucijsko kretanje u svim sferama svijeta oko nas. Kroz analizu djelovanja ovih zakona došli smo do opisa oblika i razumijevanja strukture Univerzuma, naučili smo evoluciju galaksija, vidjeli mehanizme nastanka čestica i atoma, zvijezda i planeta. Postalo nam je potpuno jasno kako od malog nastaje veliko, a od velikog nastaje malo.

Samo razumijevanje zakon kontinuiteta kretanja, koji tumači objektivnu nužnost procesa stalnog kretanja u svemiru za sve objekte i sisteme bez izuzetka, omogućio nam je da dođemo do svijesti o rotaciji jezgra Univerzuma i galaksija oko univerzalnog tunela.

Zakoni ustrojstva svijeta bili su svojevrsna mapa našeg putovanja, koja nam je pomogla da se krećemo duž rute i savladamo njene najteže dionice i prepreke na koje smo nailazili na putu razumijevanja svijeta. Stoga će zakoni ustrojstva svijeta biti i najvažniji atribut naše opreme na ovom putovanju u dubine Univerzuma.

Drugi važan uslov za uspjeh prodora u dubine Univerzuma će, naravno, biti eksperimentalni rezultati naučnika, koje su držali više od stotinu godina, i cjelinu zaliha znanja i informacija o fenomenima mikrosvet akumulira savremena nauka. Tokom prvog putovanja uvjerili smo se da se mnoge prirodne pojave mogu tumačiti na različite načine i izvući potpuno suprotne zaključke.

Pogrešni zaključci, potkrijepljeni glomaznim matematičkim formulama, po pravilu dovode nauku u ćorsokak i ne pružaju potreban razvoj. Oni postavljaju temelje za dalje pogrešno razmišljanje, koje zauzvrat formiraju teorijske odredbe razvijenih pogrešnih teorija. Ne radi se o formulama. Formule mogu biti potpuno tačne. Ali odluke istraživača o tome kako i kojim putem krenuti naprijed možda nisu sasvim ispravne.

Situacija se može uporediti sa željom da se od Pariza do aerodroma Charles de Gaulle stigne na dva puta. Prvi je najkraći, koji se može provesti najviše pola sata koristeći samo automobil, a drugi je upravo suprotno, oko svijeta automobilom, brodom, specijalnom opremom, čamcima, psećim zapregama kroz Francusku, Atlantik, Južna Amerika, Antarktik, Tihi okean, Arktik i konačno kroz sjeveroistok Francuske direktno do aerodroma. Oba puta će nas voditi od jedne tačke do istog mjesta. Ali koliko dugo i sa kojim naporom? Da, i biti tačan i doći do odredišta u procesu dugog i teškog putovanja je vrlo, problematično. Stoga nije važan samo proces kretanja, već i izbor pravog puta.

Na našem putovanju, kao i na prvoj ekspediciji, pokušaćemo da malo drugačije sagledamo zaključke o mikrokosmosu koje je već doneo i prihvatio čitav naučni svet. Prije svega, u odnosu na znanja stečena kao rezultat proučavanja elementarnih čestica, nuklearnih reakcija i postojećih interakcija. Sasvim je moguće da će se kao rezultat našeg uranjanja u dubine Univerzuma, elektron pojaviti pred nama ne kao čestica bez strukture, već kao neki složeniji objekt mikrokosmosa, a atomsko jezgro će otkriti svoju raznoliku strukturu, živi svoj neobičan i aktivan život.

Ne zaboravimo ponijeti logiku sa sobom. To nam je omogućilo da pronađemo put kroz najteža mjesta našeg posljednjeg putovanja. Logika bio je neka vrsta kompasa, koji je pokazivao pravac pravog puta na putovanju kroz prostranstva svemira. Jasno je da ni sada ne možemo bez toga.

Međutim, jedna logika očigledno neće biti dovoljna. U ovoj ekspediciji ne možemo bez intuicije. Intuicija omogućiće nam da pronađemo ono o čemu još ne možemo ni da pretpostavimo i gde niko ništa nije tražio pre nas. Upravo je intuicija naša divna pomoćnica čiji ćemo glas pažljivo slušati. Intuicija će nas natjerati da se krećemo, bez obzira na kišu i hladnoću, snijeg i mraz, bez čvrste nade i jasnih informacija, ali ona je ta koja će nam omogućiti da ostvarimo svoj cilj uprkos svim pravilima i smjernicama na koje je cijelo čovječanstvo naviklo iz školske klupe.

Konačno, ne možemo nikuda ići bez naše neobuzdane mašte. Imaginacija- ovo je alat znanja koji nam je potreban, koji će nam omogućiti da bez najsavremenijih mikroskopa vidimo ono što je mnogo manje od najmanjih čestica koje su već otkrili ili samo pretpostavljaju istraživači. Mašta će nam pokazati sve procese koji se odvijaju u crnoj rupi i univerzalnom tunelu, obezbediti mehanizme za nastanak gravitacionih sila prilikom formiranja čestica i atoma, voditi nas kroz galerije atomskog jezgra i omogućiti da se napraviti fascinantan let na laganom rotirajućem elektronu oko čvrste, ali nespretne grupe protona i neutrona u atomskom jezgru.

Nažalost, na ovom putovanju u dubine Univerzuma nećemo moći ništa drugo ponijeti - prostora je jako malo i moramo se ograničiti čak i na najnužnije stvari. Ali to nas ne može zaustaviti! Razumijemo svrhu! Dubine svemira nas čekaju!

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.

U fizici, elementarne čestice su fizički objekti na skali jezgra atoma, koji se ne mogu podijeliti na sastavne dijelove. Međutim, danas su naučnici ipak uspjeli razdvojiti neke od njih. Strukturu i svojstva ovih najmanjih objekata proučava fizika elementarnih čestica.

Najmanje čestice koje čine svu materiju poznate su od davnina. Međutim, osnivačima takozvanog "atomizma" smatraju se filozof antičke Grčke Leukip i njegov poznatiji učenik Demokrit. Pretpostavlja se da je potonji uveo pojam "atom". Sa starogrčkog "atomos" se prevodi kao "nedjeljiv", što definira stavove antičkih filozofa.

Kasnije je postalo poznato da se atom još uvijek može podijeliti na dva fizička objekta - jezgro i elektron. Potonji je naknadno postao prva elementarna čestica, kada je 1897. godine Englez Joseph Thomson izveo eksperiment s katodnim zrakama i otkrio da su to mlaz identičnih čestica iste mase i naboja.

Paralelno s Thomsonovim radom, Henri Becquerel, koji se bavi proučavanjem rendgenskog zračenja, provodi eksperimente s uranijumom i otkriva novu vrstu zračenja. Godine 1898., francuski fizičarski par, Marie i Pierre Curie, proučavao je različite radioaktivne supstance, pronalazeći isto radioaktivno zračenje. Kasnije će se utvrditi da se sastoji od alfa (2 protona i 2 neutrona) i beta čestica (elektrona), a Becquerel i Curie će dobiti Nobelovu nagradu. Provodeći svoja istraživanja sa elementima kao što su uranijum, radijum i polonijum, Marie Sklodowska-Curie nije poduzela nikakve sigurnosne mjere, uključujući čak ni rukavice. Kao rezultat toga, 1934. ju je zahvatila leukemija. U znak sećanja na dostignuća velikog naučnika, element koji je otkrio par Curie, polonijum, dobio je ime po Marijinoj domovini - Poloniji, sa latinskog - Poljska.

Fotografija sa 5. Solvejskog kongresa, 1927. Pokušajte pronaći sve naučnike iz ovog članka na ovoj fotografiji.

Počevši od 1905. godine, Albert Ajnštajn je svoje publikacije posvetio nesavršenosti talasne teorije svetlosti, čiji su se postulati razlikovali od rezultata eksperimenata. Što je kasnije navelo izvanrednog fizičara na ideju o "kvantu svjetlosti" - dijelu svjetlosti. Kasnije, 1926. godine, američki fiziohemičar Gilbert N. Lewis ga je nazvao "foton", što je prevedeno sa grčkog "phos" ("svetlost").

Godine 1913., Ernest Rutherford, britanski fizičar, na osnovu rezultata eksperimenata koji su već bili izvedeni u to vrijeme, primijetio je da su mase jezgara mnogih kemijskih elemenata višestruke od mase jezgra vodonika. Stoga je sugerirao da je jezgro vodika sastavni dio jezgara drugih elemenata. U svom eksperimentu, Rutherford je ozračio atom dušika alfa česticama, koje su kao rezultat emitirale određenu česticu, koju je Ernest nazvao "proton", od drugih grčkih "protos" (prvi, glavni). Kasnije je eksperimentalno potvrđeno da je proton jezgro vodika.

Očigledno, proton nije jedina komponenta jezgara hemijskih elemenata. Ova ideja je vođena činjenicom da bi se dva protona u jezgru odbijala jedan drugog, a atom bi se trenutno raspao. Stoga je Rutherford iznio hipotezu o prisutnosti druge čestice, čija je masa jednaka masi protona, ali je nenabijena. Neki eksperimenti naučnika o interakciji radioaktivnih i lakših elemenata doveli su ih do otkrića još jednog novog zračenja. Godine 1932. James Chadwick je utvrdio da se sastoji od istih neutralnih čestica koje je nazvao neutronima.

Tako su otkrivene najpoznatije čestice: foton, elektron, proton i neutron.

Nadalje, otkrivanje novih subnuklearnih objekata postajalo je sve češći događaj, a trenutno je poznato oko 350 čestica za koje se smatra da su "elementarne". One od njih koje se još nisu mogle podijeliti smatraju se nestrukturiranim i nazivaju se "fundamentalnim".

Šta je spin?

Pre nego što se pređe na dalje inovacije u oblasti fizike, potrebno je utvrditi karakteristike svih čestica. Najpoznatiji, osim mase i električnog naboja, uključuje i spin. Ova vrijednost se inače naziva "unutarnjim kutnim momentom" i ni na koji način nije povezana sa pomakom subnuklearnog objekta u cjelini. Naučnici su uspjeli otkriti čestice sa spinovima 0, ½, 1, 3/2 i 2. Da biste vizualizirali, iako pojednostavljeno, spin kao svojstvo objekta, razmotrite sljedeći primjer.

Neka predmet ima okret jednak 1. Tada će se takav objekt, kada se zarotira za 360 stepeni, vratiti u prvobitni položaj. Na avionu, ovaj predmet može biti olovka, koja će nakon okretanja od 360 stepeni biti u svom prvobitnom položaju. U slučaju nultog okretanja, sa bilo kojom rotacijom objekta, uvijek će izgledati isto, na primjer, jednobojna lopta.

Za okretanje ½ trebat će vam predmet koji zadržava svoj izgled kada se okrene za 180 stepeni. Može biti ista olovka, samo simetrično brušena s obje strane. Za okretanje od 2 će biti potrebno održavanje oblika kroz rotaciju od 720 stepeni, dok će za 3/2 biti potrebno 540.

Ova karakteristika je od velikog značaja za fiziku elementarnih čestica.

Standardni model čestica i interakcija

Imajući impresivan skup mikro-objekata koji čine svijet oko nas, naučnici su odlučili da ih strukturiraju, pa je nastala poznata teorijska konstrukcija pod nazivom „Standard model“. Ona opisuje tri interakcije i 61 česticu koristeći 17 osnovnih, od kojih je neke predvidjela mnogo prije svog otkrića.

Tri interakcije su:

• Elektromagnetski. Javlja se između električno nabijenih čestica. U jednostavnom slučaju, poznatom iz škole, suprotno nabijeni objekti se privlače, a objekti istog imena odbijaju. To se događa kroz takozvani nosilac elektromagnetne interakcije - foton.
• Jaka, inače - nuklearna interakcija. Kao što naziv implicira, njegovo djelovanje se proteže na objekte reda atomskog jezgra, odgovorno je za privlačenje protona, neutrona i drugih čestica koje se također sastoje od kvarkova. Jaku silu nose gluoni.
• Slabo. Radi na udaljenosti hiljadu manjim od veličine jezgra. Ova interakcija uključuje leptone i kvarkove, kao i njihove antičestice. Štaviše, u slučaju slabe interakcije, mogu se transformirati jedni u druge. Nosioci su bozoni W+, W− i Z0.

Dakle, standardni model je formiran na sljedeći način. Uključuje šest kvarkova koji čine sve hadrone (čestice podložne jakoj interakciji):

• Gornji (u);
• Začarani (c);
• istina(t);
• niži (d);
• strange(s);
• Divno (b).

Vidi se da fizičari nemaju epitete. Ostalih 6 čestica su leptoni. To su fundamentalne čestice sa spinom ½ koje ne učestvuju u jakoj interakciji.

• Electron;
• Electronic neutrino;
• Muon;
• mionski neutrino;
• Tau lepton;
• Tau neutrino.

I treća grupa Standardnog modela su gauge bozoni, koji imaju spin jednak 1 i predstavljeni su kao nosioci interakcija:

• Gluon je jak;
• Foton - elektromagnetski;
• Z-bozon je slab;
• W-bozon je slab.

Oni također uključuju nedavno otkrivenu česticu sa spinom 0, koja, pojednostavljeno rečeno, daje inercijsku masu svim ostalim subnuklearnim objektima.

Kao rezultat toga, prema Standardnom modelu, naš svijet izgleda ovako: sva materija se sastoji od 6 kvarkova koji formiraju hadrone i 6 leptona; sve ove čestice mogu učestvovati u tri interakcije, čiji su nosioci kalibracioni bozoni.

Nedostaci standardnog modela

Međutim, čak i prije otkrića Higsovog bozona, posljednje čestice predviđene Standardnim modelom, naučnici su otišli dalje od toga. Upečatljiv primjer za to je tzv. „gravitaciona interakcija“, koja je danas u rangu sa ostalima. Pretpostavlja se da je njegov nosilac čestica sa spinom 2, koja nema masu, a koju fizičari još nisu uspjeli otkriti - "graviton".

Štaviše, standardni model opisuje 61 česticu, a danas je čovječanstvu poznato više od 350 čestica. To znači da posao teoretskih fizičara nije završen.

Klasifikacija čestica

Kako bi sebi olakšali život, fizičari su grupisali sve čestice prema njihovoj strukturi i drugim karakteristikama. Klasifikacija se zasniva na sljedećim karakteristikama:

• Životni vijek.
  1. Stabilan. Među njima su proton i antiproton, elektron i pozitron, foton, a takođe i graviton. Postojanje stabilnih čestica nije vremenski ograničeno, sve dok su u slobodnom stanju, tj. nemojte komunicirati ni sa čim.
  2. Nestabilno. Sve ostale čestice se nakon nekog vremena raspadaju na sastavne dijelove, pa se nazivaju nestabilnim. Na primjer, mion živi samo 2,2 mikrosekunde, a proton živi 2,9 10*29 godina, nakon čega se može raspasti na pozitron i neutralni pion.
• Težina.
  1. Elementarne čestice bez mase, kojih ima samo tri: foton, gluon i graviton.
  2. Masivne čestice su sve ostalo.
• Vrijednost okretanja.
  1. Cijelo okretanje, uklj. nula, imaju čestice koje se nazivaju bozoni.
  2. Čestice sa polucijelim spinom su fermioni.
• Učešće u interakcijama.
  1. Hadroni (strukturne čestice) su subnuklearni objekti koji učestvuju u sve četiri vrste interakcija. Ranije je spomenuto da se sastoje od kvarkova. Hadroni se dijele na dva podtipa: mezoni (cijelobrojni spin, su bozoni) i barioni (polucijeli spin - fermioni).
  2. Fundamentalne (bezstrukturne čestice). To uključuje leptone, kvarkove i gauge bozone (čitaj ranije - "Standard Model ..").

Nakon što se upoznamo sa klasifikacijom svih čestica, moguće je, na primjer, precizno odrediti neke od njih. Dakle, neutron je fermion, hadron, odnosno barion i nukleon, odnosno ima polucijeli spin, sastoji se od kvarkova i sudjeluje u 4 interakcije. Nukleon je uobičajeno ime za protone i neutrone.

• Zanimljivo je da su protivnici atomizma Demokrita, koji je predvidio postojanje atoma, izjavili da je svaka tvar na svijetu djeljiva do beskonačnosti. Donekle se može pokazati da su u pravu, jer su naučnici već uspjeli podijeliti atom na jezgro i elektron, jezgro na proton i neutron, a ove, pak, na kvarkove.
• Demokrit je pretpostavio da atomi imaju jasan geometrijski oblik, pa stoga „oštri“ atomi vatre sagorevaju, grubi atomi čvrstih materija čvrsto se drže zajedno svojim izbočinama, a glatki atomi vode klize tokom interakcije, inače teku.
• Joseph Thomson napravio je vlastiti model atoma, koji je zamislio kao pozitivno nabijeno tijelo, u koje su, takoreći, "zaglavljeni" elektroni. Njegov model se zvao "puding sa grožđicama" (Plum puding model).
• Kvarkovi su dobili ime po američkom fizičaru Murrayu Gell-Manu. Naučnik je želeo da upotrebi reč sličnu zvuku kvokanja patke (kwork). Ali u romanu Jamesa Joycea Finnegans Wake, naišao sam na riječ "kvark" u retku "Tri kvarka za gospodina Marka!", čije značenje nije točno definirano i moguće je da ju je Joyce koristio samo za rimu. Murray je odlučio čestice nazvati ovom riječju, pošto su u to vrijeme bila poznata samo tri kvarka.
• Iako su fotoni, čestice svjetlosti, bez mase, u blizini crne rupe, čini se da mijenjaju svoju putanju, privlačeći je uz pomoć gravitacijske interakcije. U stvari, supermasivno tijelo savija prostor-vrijeme, zbog čega sve čestice, uključujući i one bez mase, mijenjaju svoju putanju prema crnoj rupi (vidi).
• Veliki hadronski sudarač je „hadron“ upravo zato što sudara dva usmerena snopa hadrona, čestica veličine reda jezgra atoma, koji učestvuju u svim interakcijama.

Na pitanje Koja je najmanja čestica u svemiru? Kvark, neutrino, Higsov bozon ili Plankova crna rupa? dao autor Kavkaski najbolji odgovor je da sve osnovne čestice imaju veličinu nula (radijus je nula). Po težini. Postoje čestice sa nultom masom (foton, gluon, graviton). Od masivnih, neutrini imaju najmanju masu (manje od 0,28 eV/s ^ 2, tačnije, još nisu izmjereni). Frekvencija, vrijeme - nisu karakteristike čestica. Možete pričati o životnim vremenima, ali ovo je drugačiji razgovor.

Odgovor od stitch[guru]
Mosk Zerobubus.

Odgovor od Mikhail Levin[guru]
u stvari, u mikrosvijetu praktično ne postoji koncept „veličine“. Pa, za jezgro se još može govoriti o nekom analogu veličine, na primjer, kroz vjerovatnoću da u njega uđu elektroni iz snopa, ali ne za manje.

Odgovor od krstiti[guru]
"veličina" elementarne čestice - karakteristika čestice, koja odražava prostornu distribuciju njene mase ili električnog naboja; obično govore o tzv. srednji kvadratni polumjer distribucije električnog naboja (koji istovremeno karakterizira distribuciju mase)
Gauge bozoni i leptoni, u okviru tačnosti izvršenih mjerenja, ne otkrivaju konačne "veličine". To znači da su njihove "veličine"< 10^-16 см
Za razliku od pravih elementarnih čestica, hadronske "dimenzije" su konačne. Njihov karakteristični srednji kvadratni poluprečnik određen je radijusom konfiniranja (ili konfiniranja kvarkova) i jednak je po redu veličine 10-13 cm.U ovom slučaju, naravno, varira od hadrona do hadrona.

Odgovor od Kirill Odding[guru]
Jedan od velikih fizičara je rekao (ne Niels Bohr na sat vremena?) "Ako uspijete objasniti kvantnu mehaniku u vizuelnim terminima, idite i uzmite Nobelovu nagradu."

Odgovor od SerŠkod Sergej Polikanov[guru]
Koja je najmanja elementarna čestica u svemiru?
Elementarne čestice stvaraju gravitacijski efekat.
Čak i manje?
Elementarne čestice koje pokreću one koje stvaraju gravitacijski efekat
ali i oni učestvuju u tome.
Postoje čak i manje elementarne čestice.
Njihovi parametri se čak ni ne uklapaju u proračune, jer su strukture i njihovi fizički parametri nepoznati.

Odgovor od Misha Nikitin[aktivan]
QUARK

Odgovor od Matipati kipirofinovich[aktivan]
PLANKOVA CRNA RUPA

Odgovor od Bro qwerty[novak]
Kvarkovi su najmanje čestice na svijetu. Za univerzum ne postoji koncept veličine, on je neograničen. Ako izmislite mašinu da smanjite osobu, tada će biti moguće smanjiti beskonačno manje, manje, manje... Da, Kvark je najmanja "čestica" Ali postoji nešto manje od čestice. Prostor. Ne. Ima. veličina.

Odgovor od Anton Kurochka[aktivan]
Proton Neutron 1*10^-15 1 femtometar
Quark-U Quark-D Electron 1*10^-18 1 atometar
Quark-S 4*10^-19 400 zeptometara
Quark-C 1*10^-19 100 zeptometara
Quark-B 3*10^-20 30 zeptometara
Neutrino visoke energije 1,5*10^-20 15 zeptometara
Preon 1*10^-21 1 zeptometar
Quark-T 1*10^-22 100 joktometara
MeV Neutrino 2*10^-23 20 joktometara
Neutrino 1*10^-24 1 joktometar -(vrlo male veličine!!!) -
Plonk čestica 1,6*10^-35 0,000 000 000 016 joktometar
Kvantna pjena Kvantna struna 1*10^-35 0.000 000 000 01 joktometar
Ovo je tabela veličina čestica. I ovdje možete vidjeti da je najmanja čestica Plankova čestica, ali pošto je premala, neutrino je najmanja čestica. Ali za svemir je manja samo Plankova dužina

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 Instituta 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 registraciju 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 ukupan tok svih vrsta neutrina, rezultati su savršeno potvrdili prijelaz neutrina iz jedne vrste u drugu, odnosno oscilacije neutrina.

Napad na standardni model

Otkriće neutrina oscilacija, riješivši jedan problem, stvorilo je nekoliko novih. Suština je da se od vremena Paulija, neutrini smatraju 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 nazvan po italijanskom fizičaru Ettoreu Majorani), onda je moguć proces kada se dva beta raspada istovremeno događaju 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.