La sustancia más pequeña del mundo. Las pequeñas partículas más geniales de la naturaleza.

¿Qué sabemos sobre las partículas más pequeñas que un átomo? ¿Y cuál es la partícula más pequeña del Universo?

El mundo alrededor de nosotros...¿Quién de nosotros no ha admirado su encantadora belleza? Su cielo nocturno sin fondo, sembrado de miles de millones de misteriosas estrellas titilantes y la calidez de su suave luz del sol. Campos y bosques esmeralda, ríos tormentosos y vastas extensiones de mar. Picos resplandecientes de majestuosas montañas y exuberantes praderas alpinas. Rocío de la mañana y trino del ruiseñor al amanecer. Una rosa fragante y el silencioso murmullo de un arroyo. Una puesta de sol llameante y el suave susurro de un bosque de abedules...

¿Es posible pensar en algo más hermoso que el mundo que nos rodea? ¿Más potente e impresionante? ¿Y, al mismo tiempo, más frágil y tierno? Todo este es el mundo donde respiramos, amamos, nos alegramos, nos alegramos, sufrimos y estamos tristes... Todo este es nuestro mundo. El mundo en el que vivimos, que sentimos, que vemos y que al menos de alguna manera entendemos.

Sin embargo, es mucho más diverso y complejo de lo que parece a primera vista. Sabemos que las praderas exuberantes no habrían aparecido sin el fantástico alboroto de una danza interminable y circular de flexibles briznas de hierba verde, frondosos árboles vestidos con un manto esmeralda, sin muchas hojas en sus ramas, y playas doradas, sin numerosos granos brillantes. de arena crujiendo bajo los pies descalzos bajo los suaves rayos del sol. Lo grande siempre está formado por lo pequeño. Pequeño, desde aún más pequeño. Y probablemente no haya límite para esta secuencia.

Por tanto, las briznas de hierba y los granos de arena, a su vez, están formados por moléculas que se forman a partir de átomos. Los átomos, como sabemos, contienen partículas elementales: electrones, protones y neutrones. Pero tampoco se les considera la autoridad final. La ciencia moderna afirma que los protones y los neutrones, por ejemplo, están formados por hipotéticos haces de energía: los quarks. Se supone que existe una partícula aún más pequeña: un preón, aún invisible, desconocido, pero supuesto.

El mundo de las moléculas, átomos, electrones, protones, neutrones, fotones, etc. generalmente llamado microcosmo. el es la base macrocosmo- el mundo humano y cantidades proporcionales a él en nuestro planeta y megamundo- el mundo de las estrellas, las galaxias, el Universo y el Espacio. Todos estos mundos están interconectados y no existen el uno sin el otro.

Ya conocimos el megamundo en el informe de nuestra primera expedición. “Aliento del Universo. Primer viaje" y ya tenemos una idea de las galaxias distantes y del Universo. En ese peligroso viaje, descubrimos el mundo de la materia y la energía oscuras, sondeamos las profundidades de los agujeros negros, alcanzamos las cimas de los brillantes quásares y escapamos milagrosamente del Big Bang y nada menos que del Big Crunch. El universo apareció ante nosotros en toda su belleza y grandeza. Durante nuestro viaje, nos dimos cuenta de que las estrellas y galaxias no aparecían por sí solas, sino que se formaban laboriosamente, a lo largo de miles de millones de años, a partir de partículas y átomos.

Son las partículas y los átomos los que componen el mundo entero que nos rodea. Son ellos, en sus innumerables y diversas combinaciones, los que pueden aparecer ante nosotros, ya sea en forma de una hermosa rosa holandesa o en forma de un duro montón de rocas tibetanas. Todo lo que vemos consiste en estos misteriosos representantes de lo misterioso. micromundo.¿Por qué “misterioso” y por qué “misterioso”? Porque la humanidad, lamentablemente, todavía sabe muy, muy poco sobre este mundo y sus representantes.

La ciencia moderna sobre el microcosmos no se puede imaginar sin mencionar el electrón, el protón o el neutrón. En cualquier material de referencia sobre física o química encontraremos su masa con precisión al noveno decimal, su carga eléctrica, vida útil, etc. Por ejemplo, según estos libros de referencia, un electrón tiene una masa de 9,10938291(40) x 10 -31 kg, una carga eléctrica de menos 1,602176565(35) x 10 -19 C, una vida útil infinita o al menos 4,6 x 10 26 años (Wikipedia).

¡La precisión en la determinación de los parámetros del electrón es impresionante y el orgullo por los logros científicos de la civilización llena nuestros corazones! Es cierto que al mismo tiempo surgen algunas dudas de las que, por mucho que lo intentes, no podrás deshacerte del todo. Determinar la masa de un electrón igual a una milmillonésima billonésima parte de un kilogramo, e incluso pesarlo hasta el noveno decimal, no es, creo, una tarea nada fácil, al igual que medir la vida útil de un electrón en 4.600.000.000.000.000.000.000.000. 000 años.

Además, nadie ha visto nunca este electrón. Los microscopios más modernos permiten ver sólo la nube de electrones alrededor del núcleo del átomo, dentro de la cual, según creen los científicos, el electrón se mueve a enorme velocidad (Fig. 1). Aún no sabemos exactamente el tamaño del electrón, ni su forma, ni su velocidad de rotación. En realidad, sabemos muy poco sobre el electrón, así como sobre el protón y el neutrón. Sólo podemos especular y adivinar. Desafortunadamente, hoy esto es todo lo que podemos hacer.

Arroz. 1. Fotografía de nubes de electrones tomada por físicos del Instituto de Física y Tecnología de Jarkov en septiembre de 2009.

Pero un electrón o un protón son las partículas elementales más pequeñas que forman un átomo de cualquier sustancia. Y si nuestros medios técnicos para estudiar el micromundo aún no nos permiten ver partículas y átomos, tal vez comencemos con otra cosa. oh ¿Mayor y más conocido? Por ejemplo, ¡de una molécula! Está formado por átomos. Una molécula es un objeto más grande y más comprensible, que probablemente se estudiará más profundamente.

Desafortunadamente, tengo que decepcionarte nuevamente. Las moléculas sólo nos resultan comprensibles sobre el papel, en forma de fórmulas abstractas y dibujos de su supuesta estructura. Tampoco podemos todavía obtener una imagen clara de una molécula con enlaces pronunciados entre átomos.

En agosto de 2009, utilizando tecnología de microscopía de fuerza atómica, investigadores europeos lograron por primera vez obtener imágenes de la estructura de una molécula de pentaceno bastante grande (C 22 H 14). La tecnología más moderna ha permitido distinguir sólo cinco anillos que determinan la estructura de este hidrocarburo, así como manchas de átomos individuales de carbono e hidrógeno (Fig. 2). Y eso es todo lo que podemos hacer por ahora...

Arroz. 2. Representación estructural de la molécula de pentaceno (arriba)

y su foto (abajo)

Por un lado, las fotografías obtenidas nos permiten afirmar que el camino elegido por los químicos científicos, al describir la composición y estructura de las moléculas, ya no está sujeto a dudas, pero, por otro lado, sólo podemos adivinar

Después de todo, ¿cómo se produce la conexión de los átomos en una molécula y las partículas elementales en un átomo? ¿Por qué son estables estos enlaces atómicos y moleculares? ¿Cómo se forman, qué fuerzas los sostienen? ¿Cómo es un electrón, un protón o un neutrón? ¿Cuál es su estructura? ¿Qué es un núcleo atómico? ¿Cómo coexisten un protón y un neutrón en el mismo espacio y por qué rechazan un electrón de él?

Hay muchas preguntas de este tipo. Respuestas también. Es cierto que muchas respuestas se basan únicamente en suposiciones que dan lugar a nuevas preguntas.

Mis primeros intentos de penetrar los secretos del micromundo se toparon con una presentación bastante superficial por parte de la ciencia moderna de muchos conocimientos fundamentales sobre la estructura de los objetos del micromundo, los principios de su funcionamiento, los sistemas de sus interconexiones y relaciones. Resultó que la humanidad todavía no comprende claramente cómo están estructurados el núcleo de un átomo y sus partículas constituyentes (electrones, protones y neutrones). Sólo tenemos una idea general de lo que realmente sucede durante la fisión de un núcleo atómico, qué eventos pueden ocurrir durante el largo curso de este proceso.

El estudio de las reacciones nucleares se limitó a observar procesos y establecer determinadas relaciones de causa y efecto derivadas experimentalmente. Los investigadores han aprendido a determinar sólo comportamiento de ciertas partículas bajo una u otra influencia. ¡Eso es todo! ¡Sin comprender su estructura, sin revelar los mecanismos de interacción! ¡Solo comportamiento! En base a este comportamiento, se determinaron las dependencias de ciertos parámetros y, para mayor importancia, estos datos experimentales se plasmaron en fórmulas matemáticas de varios niveles. ¡Esa es toda la teoría!

Desafortunadamente, esto fue suficiente para comenzar con valentía la construcción de centrales nucleares, varios aceleradores, colisionadores y la creación de bombas nucleares. Habiendo recibido conocimientos primarios sobre los procesos nucleares, la humanidad inmediatamente entró en una carrera sin precedentes por la posesión de energía poderosa bajo su control.

El número de países armados con potencial nuclear creció a pasos agigantados. Los misiles nucleares en grandes cantidades apuntaban amenazadoramente hacia sus hostiles vecinos. Comenzaron a aparecer centrales nucleares que producían continuamente energía eléctrica barata. Se gastaron enormes cantidades de dinero en el desarrollo nuclear de diseños cada vez más nuevos. La ciencia, tratando de mirar dentro del núcleo atómico, construyó intensamente aceleradores de partículas ultramodernos.

Sin embargo, la materia no llegó a la estructura del átomo y a su núcleo. La pasión por la búsqueda de cada vez más partículas nuevas y la búsqueda de las insignias del Nobel han dejado en un segundo plano el estudio profundo de la estructura del núcleo atómico y las partículas que lo componen.

Pero el conocimiento superficial sobre los procesos nucleares se manifestó inmediatamente negativamente durante el funcionamiento de los reactores nucleares y provocó la aparición de reacciones nucleares espontáneas en cadena en varias situaciones.

Esta lista muestra las fechas y ubicaciones de reacciones nucleares espontáneas:

21/08/1945. Estados Unidos, Laboratorio Nacional de Los Álamos.

21/05/1946. Estados Unidos, Laboratorio Nacional de Los Álamos.

15/03/1953. URSS, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

21/04/1953. URSS, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

16/06/1958. Estados Unidos, Oak Ridge, Planta Radioquímica Y-12.

15/10/1958. Yugoslavia, Instituto B. Kidrich.

30/12/1958. Estados Unidos, Laboratorio Nacional de Los Álamos.

03/01/1963. URSS, Tomsk-7, Planta Química de Siberia.

23/07/1964. Estados Unidos, Woodreaver, Planta Radioquímica.

30/12/1965 Bélgica, Mol.

05/03/1968. URSS, Chelyabinsk-70, VNIITF.

10/12/1968. URSS, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

26/05/1971. URSS, Moscú, Instituto de Energía Atómica.

13/12/1978. URSS, Tomsk-7, Planta Química de Siberia.

23/09/1983. Argentina, reactor RA-2.

15/05/1997. Rusia, Novosibirsk, planta de concentrados químicos.

17/06/1997. Rusia, Sarov, VNIIEF.

30/09/1999. Japón, Tokaimura, Planta de Combustible Nuclear.

A esta lista hay que añadir numerosos accidentes con vehículos aéreos y submarinos de armas nucleares, incidentes en empresas del ciclo del combustible nuclear, emergencias en centrales nucleares y emergencias durante las pruebas de bombas nucleares y termonucleares. Las tragedias de Chernobyl y Fukushima permanecerán para siempre en nuestra memoria. Miles de personas murieron en estos desastres y emergencias. Y esto te hace pensar muy seriamente.

La sola idea de poner en funcionamiento plantas de energía nuclear, que pueden convertir instantáneamente al mundo entero en una zona radiactiva continua, ya es aterradora. Lamentablemente, estos temores están bien fundados. En primer lugar, el hecho de que los creadores de reactores nucleares en su trabajo No utilizó conocimientos fundamentales, sino una declaración de ciertas dependencias matemáticas y el comportamiento de las partículas, sobre cuya base se construyó una estructura nuclear peligrosa.. Para los científicos, las reacciones nucleares siguen siendo una especie de “caja negra” que funciona, siempre que se cumplan determinadas acciones y requisitos.

Sin embargo, si algo comienza a suceder en esta "caja" y ese "algo" no se describe en las instrucciones y va más allá del alcance del conocimiento adquirido, entonces nosotros, aparte de nuestro propio heroísmo y trabajo no intelectual, no podemos oponernos a nada. al desastre nuclear que se está desarrollando. Masas de personas se ven obligadas a simplemente esperar humildemente el peligro inminente, prepararse para consecuencias terribles e incomprensibles y, en su opinión, alejarse a una distancia segura. En la mayoría de los casos, los especialistas nucleares simplemente se encogen de hombros, rezan y esperan ayuda de poderes superiores.

Los científicos nucleares japoneses, armados con la tecnología más moderna, todavía no pueden frenar la central nuclear de Fukushima, que lleva mucho tiempo sin energía. Sólo pueden afirmar que el 18 de octubre de 2013, el nivel de radiación en las aguas subterráneas superó la norma en más de 2.500 veces. ¡Un día después, el nivel de sustancias radiactivas en el agua aumentó casi 12.000 veces! ¡¿Por qué?! Los expertos japoneses aún no pueden responder a esta pregunta ni detener estos procesos.

El riesgo de crear una bomba atómica todavía estaba de algún modo justificado. La tensa situación político-militar en el planeta requirió medidas de defensa y ataque sin precedentes por parte de los países en guerra. Sometiéndose a la situación, los investigadores nucleares corrieron riesgos sin profundizar en las complejidades de la estructura y funcionamiento de las partículas elementales y los núcleos atómicos.

Sin embargo, en tiempos de paz, tuvo que comenzar la construcción de centrales nucleares y colisionadores de todo tipo. sólo bajo condición, Qué La ciencia ha comprendido completamente la estructura del núcleo atómico, el electrón, el neutrón, el protón y sus relaciones. Además, en las centrales nucleares es necesario controlar estrictamente la reacción nuclear. Pero sólo puedes gestionar real y eficazmente lo que sabes a fondo. Especialmente si se trata del tipo de energía más poderosa en la actualidad, que no es nada fácil de frenar. Esto, por supuesto, no sucede. No sólo durante la construcción de centrales nucleares.

Actualmente, en Rusia, China, EE.UU. y Europa existen 6 colisionadores diferentes: potentes aceleradores de flujos contrarios de partículas que las aceleran a velocidades enormes, dándoles a las partículas una alta energía cinética, para luego colisionarlas entre sí. El objetivo de la colisión es estudiar los productos de las colisiones de partículas con la esperanza de que en el proceso de su descomposición sea posible ver algo nuevo y hasta ahora desconocido.

Está claro que los investigadores están muy interesados ​​en ver qué resultará de todo esto. La velocidad de las colisiones de partículas y el nivel de asignación de la investigación científica están aumentando, pero el conocimiento sobre la estructura de lo que colisiona se ha mantenido en el mismo nivel durante muchos, muchos años. Todavía no hay previsiones fundamentadas sobre los resultados de los estudios previstos, ni puede haberlas. No por casualidad. Entendemos perfectamente que la predicción científica sólo es posible si tenemos un conocimiento preciso y verificado de al menos los detalles del proceso previsto. La ciencia moderna aún no tiene ese conocimiento sobre las partículas elementales. En este caso, podemos suponer que el principio fundamental de los métodos de investigación existentes es la propuesta: "Probemos y veamos qué pasa". Desafortunadamente.

Por lo tanto, es bastante natural que hoy en día se discutan cada vez más las cuestiones relacionadas con los peligros de los experimentos. Ni siquiera se trata de la posibilidad de que durante los experimentos surjan agujeros negros microscópicos que, al crecer, pueden devorar nuestro planeta. Realmente no creo en tal posibilidad, al menos en el nivel y etapa actual de mi desarrollo intelectual.

Pero existe un peligro más profundo y real. Por ejemplo, en el Gran Colisionador de Hadrones, corrientes de protones o iones de plomo chocan en diversas configuraciones. Al parecer, ¿qué amenaza puede surgir de una partícula microscópica, incluso bajo tierra, en un túnel revestido con una potente protección de metal y hormigón? Una partícula que pesa 1.672.621.777(74) x 10 -27 kg y un túnel sólido de varias toneladas y más de 26 kilómetros de longitud en el espesor de un suelo pesado son categorías claramente incomparables.

Sin embargo, la amenaza existe. Al realizar experimentos, es probable que se produzca una liberación incontrolada de una gran cantidad de energía, que aparecerá no solo como resultado de la ruptura de las fuerzas intranucleares, sino también de la energía ubicada en el interior de los protones o iones de plomo. La explosión nuclear de un misil balístico moderno, basada en la liberación de la energía intranuclear de un átomo, no parecerá peor que una galleta de Año Nuevo en comparación con la poderosa energía que se puede liberar cuando se destruyen partículas elementales. De manera bastante inesperada, podemos dejar salir al hada genio de la botella. Pero no ese flexible, bondadoso y experto en todos los oficios que solo escucha y obedece, sino un monstruo incontrolable, todopoderoso y despiadado que no conoce piedad ni piedad. Y no será fabuloso, sino bastante real.

Pero lo peor es que, al igual que en una bomba nuclear, en un colisionador puede comenzar una reacción en cadena, liberando cada vez más porciones de energía y destruyendo todas las demás partículas elementales. Al mismo tiempo, no importa en absoluto en qué consistirán: estructuras metálicas de túneles, muros de hormigón o rocas. Se liberará energía por todas partes, destrozando todo lo que está conectado no sólo con nuestra civilización, sino con todo el planeta. En un instante, de nuestra dulce belleza azul pueden quedar sólo jirones lamentables y informes, esparcidos por las grandes y vastas extensiones del Universo.

Este es, por supuesto, un escenario terrible, pero muy real, y muchos europeos hoy lo entienden muy bien y se oponen activamente a experimentos peligrosos e impredecibles, exigiendo garantizar la seguridad del planeta y la civilización. Cada vez estos discursos son cada vez más organizados y aumentan la preocupación interna por la situación actual.

No estoy en contra de los experimentos, porque entiendo perfectamente que el camino hacia nuevos conocimientos es siempre espinoso y difícil. Es casi imposible superarlo sin experimentación. Sin embargo, estoy profundamente convencido de que todo experimento debe realizarse sólo si es seguro para las personas y el medio ambiente. Hoy no confiamos en esa seguridad. No, porque no se sabe nada sobre aquellas partículas con las que ya estamos experimentando hoy.

La situación resultó ser mucho más alarmante de lo que había imaginado. Seriamente preocupado, me sumergí de lleno en el mundo del conocimiento sobre el microcosmos. Lo admito, esto no me alegró mucho, ya que en las teorías desarrolladas del micromundo era difícil captar una relación clara entre los fenómenos naturales y las conclusiones en las que se basaban algunos científicos, utilizando los principios teóricos de la física cuántica, la mecánica cuántica. y la teoría de las partículas elementales como aparato de investigación.

Imagínese mi asombro cuando de repente descubrí que el conocimiento sobre el micromundo se basa más en suposiciones que no tienen justificaciones lógicas claras. Habiendo saturado los modelos matemáticos con ciertas convenciones en forma de la constante de Planck con una constante que excede los treinta ceros después del punto decimal, varias prohibiciones y postulados, los teóricos, sin embargo, los describieron con suficiente detalle y precisión. A¿Existen situaciones prácticas que respondan a la pregunta: “¿Qué pasará si...?” Sin embargo, la pregunta principal: “¿Por qué sucede esto?”, lamentablemente, quedó sin respuesta.

Me pareció que comprender el Universo ilimitado y sus galaxias muy distantes, distribuidas en distancias increíblemente vastas, es mucho más difícil que encontrar un camino de conocimiento hacia lo que, de hecho, "se encuentra bajo nuestros pies". Sobre la base de mi educación secundaria y superior, creía sinceramente que nuestra civilización ya no tiene dudas sobre la estructura del átomo y su núcleo, ni sobre las partículas elementales y su estructura, ni sobre las fuerzas que mantienen al electrón en órbita y Mantener la conexión estable de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.

Hasta ese momento no había tenido que estudiar los fundamentos de la física cuántica, pero tenía confianza e ingenuamente asumí que esta nueva física era la que realmente nos sacaría de la oscuridad de la incomprensión del micromundo.

Pero, para mi profundo disgusto, estaba equivocado. La física cuántica moderna, la física del núcleo atómico y de las partículas elementales y toda la física del micromundo, en mi opinión, no sólo se encuentran en un estado deplorable. Están atrapados desde hace mucho tiempo en un callejón sin salida intelectual que no les permite desarrollarse y mejorar, avanzando por el camino del conocimiento del átomo y de las partículas elementales.

Los investigadores del micromundo, estrictamente limitados por las opiniones inquebrantables establecidas de los grandes teóricos de los siglos XIX y XX, durante más de cien años no se han atrevido a volver a sus raíces y comenzar nuevamente el difícil camino de la investigación en las profundidades de nuestro mundo circundante. Mi visión crítica de la situación actual en torno al estudio del micromundo está lejos de ser la única. Muchos investigadores y teóricos progresistas han expresado repetidamente su punto de vista sobre los problemas que surgen en el proceso de comprensión de los fundamentos de la teoría del núcleo atómico y las partículas elementales, la física cuántica y la mecánica cuántica.

Un análisis de la física cuántica teórica moderna nos permite sacar una conclusión definitiva de que la esencia de la teoría radica en la representación matemática de ciertos valores promedio de partículas y átomos, basada en indicadores de ciertas estadísticas mecanicistas. Lo principal en la teoría no es el estudio de partículas elementales, su estructura, sus conexiones e interacciones durante la manifestación de ciertos fenómenos naturales, sino modelos matemáticos probabilísticos simplificados basados ​​​​en dependencias obtenidas durante experimentos.

Desafortunadamente, aquí, así como durante el desarrollo de la teoría de la relatividad, se pusieron en primer lugar las dependencias matemáticas derivadas, que eclipsaron la naturaleza de los fenómenos, su interconexión y las razones de su aparición.

El estudio de la estructura de las partículas elementales se limitó a la suposición de la presencia en los protones y neutrones de tres quarks hipotéticos, cuyas variedades, a medida que se desarrolló esta suposición teórica, cambiaron de dos, luego tres, cuatro, seis, doce. La ciencia simplemente se ajustó a los resultados de los experimentos, obligada a inventar nuevos elementos cuya existencia aún no está demostrada. Aquí podemos oír hablar de preones y gravitones que aún no se han encontrado. Puede estar seguro de que el número de partículas hipotéticas seguirá creciendo a medida que la ciencia del micromundo se adentre cada vez más en un callejón sin salida.

La falta de comprensión de los procesos físicos que ocurren dentro de las partículas elementales y los núcleos atómicos, el mecanismo de interacción de los sistemas y elementos del micromundo, trajo a la arena de la ciencia moderna elementos hipotéticos, portadores de interacción, como los bosones calibre y vectoriales, los gluones. , fotones virtuales. Son ellos quienes encabezan la lista de entidades responsables de los procesos de interacción de unas partículas con otras. Y no importa que ni siquiera se hayan detectado sus signos indirectos. Es importante que al menos de alguna manera se les pueda responsabilizar de que el núcleo de un átomo no se desintegre en sus componentes, de que la Luna no caiga sobre la Tierra, de que los electrones sigan girando en su órbita y de que los El campo magnético del planeta todavía nos protege de las influencias cósmicas.

Todo esto me entristeció, porque cuanto más profundizaba en las teorías del micromundo, más crecía mi comprensión del desarrollo sin salida del componente más importante de la teoría de la estructura del mundo. La posición de la ciencia actual sobre el microcosmos no es accidental, sino natural. El hecho es que los premios Nobel Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli y Paul Dirac sentaron las bases de la física cuántica a finales del siglo XIX y principios del XX. Los físicos de aquella época sólo disponían de los resultados de algunos experimentos iniciales destinados a estudiar átomos y partículas elementales. Sin embargo, hay que admitir que estos estudios se llevaron a cabo en equipos imperfectos correspondientes a esa época, y la base de datos experimental apenas comenzaba a llenarse.

Por tanto, no es de extrañar que la física clásica no siempre pudiera responder a las numerosas preguntas que surgieron durante el estudio del micromundo. Por eso, a principios del siglo XX, el mundo científico empezó a hablar de la crisis de la física y de la necesidad de cambios revolucionarios en el sistema de investigación de los micromundos. Esta situación definitivamente empujó a los científicos teóricos progresistas a buscar nuevas formas y nuevos métodos de comprensión del micromundo.

El problema, debemos rendir homenaje, no estaba en las disposiciones obsoletas de la física clásica, sino en una base técnica insuficientemente desarrollada, que en ese momento, comprensiblemente, no podía proporcionar los resultados de investigación necesarios y alimentar desarrollos teóricos más profundos. Era necesario llenar el vacío. Y se llenó. Una nueva teoría: la física cuántica, basada principalmente en conceptos matemáticos probabilísticos. No había nada de malo en esto, excepto que, al mismo tiempo, olvidaron la filosofía y rompieron con el mundo real.

Ideas clásicas sobre el átomo, electrón, protón, neutrón, etc. fueron reemplazados por sus modelos probabilísticos, que correspondían a un cierto nivel de desarrollo científico e incluso permitían resolver problemas muy complejos de ingeniería aplicada. La falta de la base técnica necesaria y algunos éxitos en la representación teórica y experimental de los elementos y sistemas del micromundo crearon las condiciones para un cierto enfriamiento del mundo científico hacia un estudio profundo de la estructura de las partículas elementales, los átomos y sus núcleos. . Además, la crisis de la física del micromundo parecía haberse extinguido, se había producido una revolución. La comunidad científica se apresuró a estudiar la física cuántica, sin molestarse en comprender los conceptos básicos de las partículas elementales y fundamentales.

Naturalmente, este estado de la ciencia moderna sobre el micromundo no pudo evitar emocionarme, e inmediatamente comencé a prepararme para una nueva expedición, para un nuevo viaje. A un viaje al micromundo. Ya hemos hecho un viaje similar. Este fue el primer viaje al mundo de las galaxias, las estrellas y los quásares, al mundo de la materia y la energía oscuras, al mundo donde nuestro Universo nace y vive una vida plena. en su informe “Aliento del Universo. Primer viaje“Intentamos comprender la estructura del Universo y los procesos que en él ocurren.

Al darme cuenta de que el segundo viaje tampoco sería fácil y requeriría miles de millones de billones de veces para reducir la escala del espacio en el que tendría que estudiar el mundo que me rodea, comencé a prepararme para penetrar no solo en la estructura de un átomo. o molécula, sino también en las profundidades del electrón y del protón, del neutrón y del fotón, y en volúmenes millones de veces menores que los volúmenes de estas partículas. Esto requirió capacitación especial, nuevos conocimientos y equipos avanzados.

El próximo viaje implicó comenzar desde el principio mismo de la creación de nuestro mundo, y fue este comienzo el más peligroso y con el resultado más impredecible. Pero de nuestra expedición dependía si encontraríamos una salida a la situación actual en la ciencia del microcosmos o si permaneceríamos en equilibrio sobre el inestable puente de cuerda de la energía nuclear moderna, poniendo en peligro cada segundo la vida y la existencia de la civilización. Planeta en peligro de muerte.

El caso es que para conocer los resultados iniciales de nuestra investigación era necesario llegar al agujero negro del Universo y, descuidando el sentido de autoconservación, precipitarse hacia el infierno ardiente del túnel universal. Sólo allí, en condiciones de temperaturas ultra altas y presión fantástica, moviéndose cuidadosamente en flujos de partículas materiales que giran rápidamente, pudimos ver cómo se produce la aniquilación de partículas y antipartículas y cómo renace el gran y poderoso antepasado de todas las cosas, el éter. , comprender todos los procesos que tienen lugar, incluida la formación de partículas, átomos y moléculas.

Créame, no hay muchos temerarios en la Tierra que puedan decidir hacer esto. Además, el resultado no está garantizado por nadie y nadie está dispuesto a asumir la responsabilidad del éxito de este viaje. Durante la existencia de la civilización, nadie ha visitado siquiera el agujero negro de la galaxia, pero aquí ... ¡UNIVERSO! Aquí todo es adulto, grandioso y de escala cósmica. No es broma aquí. Aquí, en un instante, pueden convertir el cuerpo humano en un coágulo microscópico de energía caliente o esparcirlo por las infinitas y frías extensiones del espacio sin derecho a restauración y reunificación. ¡Este es el Universo! Enorme y majestuoso, frío y caliente, interminable y misterioso...

Por eso, invitando a todos a unirse a nuestra expedición, tengo que advertir que si alguien tiene dudas, no es demasiado tarde para negarse. Se aceptan todos los motivos. ¡Somos plenamente conscientes de la magnitud del peligro, pero estamos dispuestos a afrontarlo con valentía a toda costa! Nos estamos preparando para sumergirnos en las profundidades del Universo.

Está claro que protegerse y mantenerse con vida mientras se sumerge en un túnel universal al rojo vivo, lleno de poderosas explosiones y reacciones nucleares, no es nada fácil, y nuestro equipo debe corresponder a las condiciones en las que tendremos que trabajar. Por lo tanto, es imperativo preparar el mejor equipo y considerar cuidadosamente el equipamiento de todos los participantes en esta peligrosa expedición.

En primer lugar, en nuestro segundo viaje tomaremos lo que nos permitió superar un camino muy difícil a través del universo cuando estábamos trabajando en el informe de nuestra expedición. “Aliento del Universo. El primer viaje." Por supuesto que es leyes del mundo. Sin su uso, nuestro primer viaje difícilmente hubiera podido terminar con éxito. Fueron las leyes las que permitieron encontrar el camino correcto entre la acumulación de fenómenos incomprensibles y las dudosas conclusiones de los investigadores para explicarlos.

Si tu recuerdas, ley del equilibrio de los opuestos, predeterminar que en el mundo cualquier manifestación de la realidad, cualquier sistema tiene su esencia opuesta y está o se esfuerza por estar en equilibrio con ella, nos permitió comprender y aceptar la presencia en el mundo que nos rodea, además de la energía ordinaria, también de la oscuridad. energía y también, además de la materia ordinaria, la materia oscura. La ley del equilibrio de los opuestos permitió suponer que el mundo no sólo se compone de éter, sino que también el éter se compone de dos tipos: positivo y negativo.

Ley de Interconexión Universal, lo que implica una conexión estable y repetitiva entre todos los objetos, procesos y sistemas del Universo, independientemente de su escala, y ley de jerarquía, ordenar los niveles de cualquier sistema en el Universo de menor a mayor, permitió construir una “escalera de seres” lógica desde éter, partículas, átomos, sustancias, estrellas y galaxias hasta el Universo. Y luego, encontrar formas de transformar una cantidad increíblemente grande de galaxias, estrellas, planetas y otros objetos materiales, primero en partículas y luego en corrientes de éter caliente.

Encontramos la confirmación de estas opiniones en acción. ley de desarrollo, que determina el movimiento evolutivo en todas las esferas del mundo que nos rodea. A través del análisis de la acción de estas leyes, llegamos a una descripción de la forma y comprensión de la estructura del Universo, aprendimos la evolución de las galaxias y vimos los mecanismos de formación de partículas y átomos, estrellas y planetas. Nos quedó completamente claro cómo lo grande se forma a partir de lo pequeño y lo pequeño a partir de lo grande.

Sólo comprensión ley de continuidad del movimiento, que interpreta la necesidad objetiva del proceso de movimiento constante en el espacio para todos los objetos y sistemas sin excepción, permitió realizar la rotación del núcleo del Universo y las galaxias alrededor del túnel universal.

Las leyes de la estructura del mundo fueron una especie de mapa de nuestro viaje, que nos ayudó a avanzar en la ruta y superar los tramos más difíciles y los obstáculos encontrados en el camino hacia la comprensión del mundo. Por tanto, las leyes de la estructura del mundo serán el atributo más importante de nuestro equipo en este viaje a las profundidades del Universo.

La segunda condición importante para el éxito de la penetración en las profundidades del Universo será, por supuesto, resultados experimentales científicos que llevaron a cabo durante más de cien años, y todos acervo de conocimientos e información sobre los fenómenos micromundo acumulado por la ciencia moderna. Durante nuestro primer viaje nos convencimos de que muchos fenómenos naturales se pueden interpretar de diferentes maneras y sacar conclusiones completamente opuestas.

Las conclusiones incorrectas, respaldadas por fórmulas matemáticas engorrosas, por regla general, llevan a la ciencia a un callejón sin salida y no proporcionan el desarrollo necesario. Sientan las bases para un mayor pensamiento erróneo que, a su vez, da forma a las posiciones teóricas de las teorías erróneas que se están desarrollando. No se trata de fórmulas. Las fórmulas pueden ser absolutamente correctas. Pero las decisiones de los investigadores sobre cómo y por qué camino avanzar pueden no ser del todo correctas.

La situación se puede comparar con el deseo de llegar desde París al aeropuerto Charles De Gaulle por dos carreteras. La primera es la más corta, que no puede durar más de media hora, utilizando sólo un coche, y la segunda es exactamente lo contrario: la vuelta al mundo en coche, barco, equipos especiales, barcos, trineos tirados por perros por toda Francia, la Atlántico, América del Sur, la Antártida, el Océano Pacífico, el Ártico y finalmente por el noreste de Francia directo al aeropuerto. Ambos caminos nos llevarán de un punto al mismo lugar. ¿Pero en qué tiempo y con qué esfuerzo? Sí, y mantener la precisión y llegar a su destino durante un viaje largo y difícil es muy problemático. Por tanto, no sólo es importante el proceso de movimiento, sino también la elección del camino correcto.

En nuestro viaje, al igual que en la primera expedición, intentaremos echar un vistazo ligeramente diferente a las conclusiones sobre el micromundo que ya han sido extraídas y aceptadas por todo el mundo científico. En primer lugar, en relación con los conocimientos adquiridos a partir del estudio de las partículas elementales, las reacciones nucleares y las interacciones existentes. Es muy posible que, como resultado de nuestra inmersión en las profundidades del Universo, el electrón aparezca ante nosotros no como una partícula sin estructura, sino como un objeto más complejo del micromundo, y el núcleo del átomo revelará sus diversos estructura, viviendo su propia vida inusual y activa.

No olvidemos llevar la lógica con nosotros. Ella nos permitió encontrar el camino en los lugares más difíciles de nuestro último viaje. Lógicas Era una especie de brújula que indicaba la dirección del camino correcto mientras se viajaba por las extensiones del Universo. Está claro que ni siquiera ahora podemos prescindir de él.

Sin embargo, es evidente que la lógica por sí sola no será suficiente. No podemos prescindir de la intuición en esta expedición. Intuición nos permitirá encontrar algo que aún no podemos ni siquiera adivinar, y donde nadie ha buscado nada antes que nosotros. Es la intuición nuestra maravillosa asistente, cuya voz escucharemos atentamente. La intuición nos obligará a movernos, independientemente de la lluvia y el frío, la nieve y las heladas, sin una esperanza firme y sin información clara, pero es precisamente esto lo que nos permitirá lograr nuestro objetivo contrariamente a todas las reglas y pautas a las que se ha sometido toda la humanidad. acostumbrarse desde la escuela.

Finalmente, no podemos ir a ninguna parte sin nuestra imaginación desenfrenada. Imaginación- esta es la herramienta de conocimiento que necesitamos, que nos permitirá, sin los microscopios más modernos, ver lo que es mucho más pequeño que las partículas más pequeñas ya descubiertas o sólo supuestas por los investigadores. La imaginación nos mostrará todos los procesos que ocurren en un agujero negro y en el túnel universal, proporcionará los mecanismos para el surgimiento de fuerzas gravitacionales durante la formación de partículas y átomos, nos guiará a través de las galerías del núcleo atómico y nos dará la oportunidad de realizar un vuelo fascinante sobre un electrón ligero que gira alrededor de una compañía sólida pero torpe de protones y neutrones en el núcleo atómico.

Desafortunadamente, no podremos llevar nada más en este viaje a las profundidades del Universo: hay muy poco espacio y tenemos que limitarnos incluso a lo más necesario. ¡Pero eso no puede detenernos! ¡El objetivo lo tenemos claro! ¡Las profundidades del Universo nos esperan!

El mundo y la ciencia nunca se detienen. Recientemente, los libros de texto de física escribieron con confianza que el electrón es la partícula más pequeña. Luego los mesones se convirtieron en las partículas más pequeñas, luego los bosones. Y ahora la ciencia ha descubierto una nueva la partícula más pequeña del universo- Agujero negro de Planck. Es cierto que todavía está abierto sólo en teoría. Esta partícula se clasifica como agujero negro porque su radio gravitacional es mayor o igual a la longitud de onda. De todos los agujeros negros existentes, el de Planck es el más pequeño.

La vida útil de estas partículas es demasiado corta para que sea posible su detección práctica. Por ahora. Y se forman, como se cree comúnmente, como resultado de reacciones nucleares. Pero no es sólo la vida útil de los agujeros negros de Planck lo que impide su detección. Lamentablemente, esto es imposible desde un punto de vista técnico. Para sintetizar los agujeros negros de Planck se necesita un acelerador de energía de más de mil electronvoltios.

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A pesar de la hipotética existencia de esta partícula más pequeña en el Universo, su descubrimiento práctico en el futuro es bastante posible. Después de todo, no hace mucho tiempo tampoco se podía detectar el legendario bosón de Higgs. Precisamente por su descubrimiento se creó una instalación de la que sólo el habitante más perezoso de la Tierra no ha oído hablar: el Gran Colisionador de Hadrones. La confianza de los científicos en el éxito de estos estudios ayudó a lograr un resultado sensacional. El bosón de Higgs es actualmente la partícula más pequeña cuya existencia está prácticamente demostrada. Su descubrimiento es muy importante para la ciencia; permitió que todas las partículas adquirieran masa. Y si las partículas no tuvieran masa, el universo no podría existir. En él no se pudo formar ni una sola sustancia.

A pesar de la existencia prácticamente demostrada de esta partícula, el bosón de Higgs, aún no se han inventado aplicaciones prácticas para ella. Por ahora esto es sólo conocimiento teórico. Pero en el futuro todo es posible. No todos los descubrimientos en el campo de la física tuvieron una aplicación práctica inmediata. Nadie sabe qué pasará dentro de cien años. Después de todo, como se mencionó anteriormente, el mundo y la ciencia nunca se detienen.

En física, las partículas elementales eran objetos físicos a escala del núcleo atómico que no se podían dividir en sus partes componentes. Sin embargo, hoy los científicos han logrado dividir algunos de ellos. La estructura y propiedades de estos pequeños objetos se estudian mediante la física de partículas.

Las partículas más pequeñas que componen toda la materia se conocen desde la antigüedad. Sin embargo, se considera que los fundadores del llamado “atomismo” fueron el filósofo griego Leucipo y su alumno más famoso, Demócrito. Se supone que este último acuñó el término “átomo”. Del griego antiguo "átomos" se traduce como "indivisible", lo que determina las opiniones de los filósofos antiguos.

Más tarde se supo que el átomo todavía se puede dividir en dos objetos físicos: el núcleo y el electrón. Esta última se convirtió posteriormente en la primera partícula elemental, cuando en 1897 el inglés Joseph Thomson realizó un experimento con rayos catódicos y descubrió que eran una corriente de partículas idénticas con la misma masa y carga.

Paralelamente al trabajo de Thomson, Henri Becquerel, que estudia los rayos X, realiza experimentos con uranio y descubre un nuevo tipo de radiación. En 1898, una pareja de físicos franceses, Marie y Pierre Curie, estudiaron varias sustancias radiactivas y descubrieron la misma radiación radiactiva. Más tarde se descubriría que estaba formado por partículas alfa (2 protones y 2 neutrones) y partículas beta (electrones), y Becquerel y Curie recibirían el Premio Nobel. Mientras realizaba sus investigaciones con elementos como el uranio, el radio y el polonio, Marie Sklodowska-Curie no tomó ninguna medida de seguridad, ni siquiera el uso de guantes. Como resultado, en 1934 la leucemia la superó. En memoria de los logros del gran científico, el elemento descubierto por la pareja Curie, el polonio, recibió el nombre de la patria de María, Polonia, del latín, Polonia.

Foto del V Congreso Solvay 1927. Intenta encontrar a todos los científicos de este artículo en esta foto.

Desde 1905, Albert Einstein ha dedicado sus publicaciones a la imperfección de la teoría ondulatoria de la luz, cuyos postulados estaban en desacuerdo con los resultados de los experimentos. Lo que posteriormente llevó al destacado físico a la idea de un "cuanto de luz", una porción de luz. Posteriormente, en 1926, el físico-químico estadounidense Gilbert N. Lewis lo llamó “fotón”, traducido del griego “phos” (“luz”).

En 1913, Ernest Rutherford, un físico británico, basándose en los resultados de experimentos ya realizados en ese momento, señaló que las masas de los núcleos de muchos elementos químicos son múltiplos de la masa del núcleo de hidrógeno. Por tanto, asumió que el núcleo de hidrógeno es un componente de los núcleos de otros elementos. En su experimento, Rutherford irradió un átomo de nitrógeno con partículas alfa, que como resultado emitieron una determinada partícula, llamada por Ernest "protón", de los otros griegos "protos" (primero, principal). Posteriormente se confirmó experimentalmente que el protón es un núcleo de hidrógeno.

Evidentemente, el protón no es el único componente de los núcleos de los elementos químicos. Esta idea se debe al hecho de que dos protones en el núcleo se repelen y el átomo se desintegraría instantáneamente. Por lo tanto, Rutherford planteó la hipótesis de la presencia de otra partícula, que tiene una masa igual a la masa de un protón, pero que no está cargada. Algunos experimentos de los científicos sobre la interacción de elementos radiactivos y más ligeros los llevaron al descubrimiento de otra nueva radiación. En 1932, James Chadwick determinó que se compone de esas partículas muy neutras que llamó neutrones.

Así se descubrieron las partículas más famosas: fotón, electrón, protón y neutrón.

Además, el descubrimiento de nuevos objetos subnucleares se ha convertido en un acontecimiento cada vez más frecuente y actualmente se conocen unas 350 partículas, que generalmente se consideran "elementales". Aquellos que aún no se han dividido se consideran carentes de estructura y se denominan “fundamentales”.

¿Qué es el giro?

Antes de seguir adelante con nuevas innovaciones en el campo de la física, es necesario determinar las características de todas las partículas. Los más conocidos, además de la masa y la carga eléctrica, también incluyen el espín. Esta cantidad también se denomina “momento angular intrínseco” y no tiene ninguna relación con el movimiento del objeto subnuclear en su conjunto. Los científicos pudieron detectar partículas con espín 0, ½, 1, 3/2 y 2. Para visualizar, aunque simplificado, el espín como una propiedad de un objeto, consideremos el siguiente ejemplo.

Supongamos que un objeto tenga un giro igual a 1. Entonces dicho objeto, cuando se gire 360 ​​grados, volverá a su posición original. En un plano, este objeto puede ser un lápiz, que, tras un giro de 360 ​​grados, acabará en su posición original. En el caso de giro cero, no importa cómo gire el objeto, siempre se verá igual, por ejemplo, una bola de un solo color.

Para realizar ½ giro, necesitarás un objeto que conserve su apariencia cuando se gira 180 grados. Puede ser el mismo lápiz, solo que afilado simétricamente por ambos lados. Un giro de 2 requerirá que se mantenga la forma cuando se gire 720 grados, y un giro de 3/2 requerirá 540.

Esta característica es muy importante para la física de partículas.

Modelo estándar de partículas e interacciones.

Teniendo un impresionante conjunto de microobjetos que componen el mundo que nos rodea, los científicos decidieron estructurarlos, y así se formó la conocida estructura teórica llamada “Modelo Estándar”. Describe tres interacciones y 61 partículas utilizando 17 fundamentales, algunas de las cuales predijo mucho antes del descubrimiento.

Las tres interacciones son:

• Electromagnético. Ocurre entre partículas cargadas eléctricamente. En un caso sencillo, conocido en la escuela, los objetos con carga opuesta se atraen y los objetos con carga similar se repelen. Esto sucede a través del llamado portador de interacción electromagnética: el fotón.
• Fuerte, también conocida como interacción nuclear. Como su nombre indica, su acción se extiende a objetos del orden del núcleo atómico; es responsable de la atracción de protones, neutrones y otras partículas formadas también por quarks. La interacción fuerte la llevan a cabo los gluones.
• Débil. Eficaz a distancias mil menores que el tamaño del núcleo. En esta interacción participan leptones y quarks, así como sus antipartículas. Además, en el caso de una interacción débil, pueden transformarse entre sí. Los portadores son los bosones W+, W− y Z0.

Entonces el Modelo Estándar se formó de la siguiente manera. Incluye seis quarks, a partir de los cuales se componen todos los hadrones (partículas sujetas a interacción fuerte):

• Superior(u);
• Encantado (c);
• verdadero(t);
• Inferior (d);
• Extraños;
• Adorable (b).

Está claro que los físicos tienen muchos epítetos. Las otras 6 partículas son leptones. Se trata de partículas fundamentales con espín ½ que no participan en la interacción fuerte.

• Electrón;
• neutrino electrónico;
• Muón;
• neutrino muónico;
• leptón tau;
• Neutrino tau.

Y el tercer grupo del Modelo Estándar son los bosones de calibre, que tienen un espín igual a 1 y se representan como portadores de interacciones:

• Gluón – fuerte;
• Fotón – electromagnético;
• Bosón Z - débil;
• El bosón W es débil.

Estos también incluyen la partícula spin-0 recientemente descubierta, que, en pocas palabras, imparte masa inerte a todos los demás objetos subnucleares.

Como resultado, según el Modelo Estándar, nuestro mundo se ve así: toda la materia consta de 6 quarks, que forman hadrones, y 6 leptones; Todas estas partículas pueden participar en tres interacciones, cuyos portadores son los bosones de calibre.

Desventajas del modelo estándar

Sin embargo, incluso antes del descubrimiento del bosón de Higgs, la última partícula predicha por el Modelo Estándar, los científicos habían ido más allá de sus límites. Un ejemplo sorprendente de esto es el llamado. "interacción gravitacional", que está a la par de otras hoy en día. Presumiblemente, su portador es una partícula con espín 2, que no tiene masa y que los físicos aún no han podido detectar: ​​el "gravitón".

Además, el modelo estándar describe 61 partículas, y hoy en día la humanidad ya conoce más de 350 partículas. Esto significa que el trabajo de los físicos teóricos no ha terminado.

Clasificación de partículas

Para facilitarles la vida, los físicos han agrupado todas las partículas según sus características estructurales y otras características. La clasificación se basa en los siguientes criterios:

• Toda la vida.
  1. Estable. Estos incluyen protones y antiprotones, electrones y positrones, fotones y gravitones. La existencia de partículas estables no está limitada por el tiempo, siempre que se encuentren en estado libre, es decir no interactúes con nada.
  2. Inestable. Todas las demás partículas, después de un tiempo, se desintegran en sus componentes, por lo que se las llama inestables. Por ejemplo, un muón vive sólo 2,2 microsegundos y un protón, 2,9 · 10 * 29 años, después de lo cual puede descomponerse en un positrón y un pión neutro.
• Peso.
  1. Partículas elementales sin masa, de las que sólo hay tres: fotón, gluón y gravitón.
  2. Las partículas masivas son el resto.
• Valor de giro.
  1. Giro completo, incl. cero, tienen partículas llamadas bosones.
  2. Las partículas con espín semientero son fermiones.
• Participación en interacciones.
  1. Los hadrones (partículas estructurales) son objetos subnucleares que participan en los cuatro tipos de interacciones. Ya se mencionó anteriormente que están compuestos de quarks. Los hadrones se dividen en dos subtipos: mesones (espín entero, bosones) y bariones (espín medio entero, fermiones).
  2. Fundamental (partículas sin estructura). Estos incluyen leptones, quarks y bosones de calibre (leer antes - "Modelo estándar...").

Una vez familiarizado con la clasificación de todas las partículas, podrá, por ejemplo, determinar con precisión algunas de ellas. Entonces el neutrón es un fermión, un hadrón, o más bien un barión, y un nucleón, es decir, tiene un espín semientero, está formado por quarks y participa en 4 interacciones. Nucleón es un nombre común para protones y neutrones.

• Es interesante que los oponentes al atomismo de Demócrito, quien predijo la existencia de los átomos, afirmaron que cualquier sustancia en el mundo se divide indefinidamente. Hasta cierto punto, pueden tener razón, ya que los científicos ya han logrado dividir el átomo en un núcleo y un electrón, el núcleo en un protón y un neutrón, y estos, a su vez, en quarks.
• Demócrito asumió que los átomos tienen una forma geométrica clara y, por lo tanto, los átomos "afilados" del fuego arden, los átomos rugosos de los sólidos se mantienen firmemente unidos por sus protuberancias y los átomos lisos del agua se deslizan durante la interacción, de lo contrario fluyen.
• Joseph Thomson compiló su propio modelo del átomo, que veía como un cuerpo cargado positivamente en el que los electrones parecían estar "pegados". Su modelo se llamó "modelo de pudín de ciruelas".
• Los quarks recibieron su nombre gracias al físico estadounidense Murray Gell-Mann. El científico quería utilizar una palabra similar al sonido del graznido de un pato (kwork). Pero en la novela Finnegans Wake de James Joyce encontró la palabra “quark” en la línea “¡Tres quarks para el Sr. Mark!”, cuyo significado no está definido con precisión y es posible que Joyce la usara simplemente para rimar. Murray decidió llamar a las partículas con esta palabra, ya que en ese momento solo se conocían tres quarks.
• Aunque los fotones, partículas de luz, no tienen masa, cerca de un agujero negro parecen cambiar su trayectoria al ser atraídos hacia él por fuerzas gravitacionales. De hecho, un cuerpo supermasivo dobla el espacio-tiempo, por lo que cualquier partícula, incluidas las que no tienen masa, cambia su trayectoria hacia el agujero negro (ver).
• El Gran Colisionador de Hadrones es “hadrónico” precisamente porque colisiona dos haces dirigidos de hadrones, partículas con dimensiones del orden de un núcleo atómico que participan en todas las interacciones.

A la pregunta ¿Cuál es la partícula más pequeña del universo? ¿Quark, neutrino, bosón de Higgs o agujero negro de Planck? dado por el autor caucásico la mejor respuesta es Las partículas fundamentales son todas de tamaño cero (el radio es cero). Por peso. Hay partículas con masa igual a cero (fotón, gluón, gravitón). De los masivos, los neutrinos tienen la masa más pequeña (menos de 0,28 eV/s^2, más precisamente aún no medida). La frecuencia y el tiempo no son características de las partículas. Puedes hablar de los momentos de la vida, pero esta es una conversación diferente.

Respuesta de Puntada[gurú]
Mosk zerobubus.

Respuesta de Mijaíl Levin[gurú]
De hecho, prácticamente no existe el concepto de "tamaño" en el microcosmos. Bueno, para un núcleo todavía podemos hablar de algún tipo de análogo de tamaño, por ejemplo, a través de la probabilidad de que los electrones de un haz entren en él, pero para los más pequeños, no.

Respuesta de bautízate[gurú]
el “tamaño” de una partícula elemental es una característica de una partícula que refleja la distribución espacial de su masa o carga eléctrica; Suelen hablar de los llamados. Radio cuadrático medio de la distribución de carga eléctrica (que caracteriza simultáneamente la distribución de masa).
Los bosones de calibre y los leptones, dentro de la precisión de las mediciones realizadas, no exhiben "dimensiones" finitas. Esto significa que sus "tamaños"< 10^-16 см
A diferencia de las partículas verdaderamente elementales, los “tamaños” de los hadrones son finitos. Su radio cuadrático medio característico está determinado por el radio de confinamiento (o confinamiento de los quarks) y es del orden de magnitud igual a 10^-13 cm. Además, por supuesto, varía de un hadrón a otro.

Respuesta de Kirill Odding[gurú]
Uno de los grandes físicos dijo (¿quizás no Niels Bohr?) “Si logras explicar la mecánica cuántica en términos visuales, ve y recibe tu Premio Nobel”.

Respuesta de SerShkod Polikanov Sergey[gurú]
¿Cuál es la partícula elemental más pequeña del universo?
Partículas elementales que crean un efecto gravitacional.
¿Incluso menos?
Partículas elementales que ponen en movimiento las que crean el efecto gravitacional.
pero ellos mismos están involucrados en esto.
Hay partículas elementales aún más pequeñas.
Sus parámetros ni siquiera entran en los cálculos porque se desconocen las estructuras y sus parámetros físicos.

Respuesta de Misha Nikitin[activo]
CUARC

Respuesta de Matipati Kipirofinovich[activo]
AGUJERO NEGRO DE PLANCK

Respuesta de hermano qwerty[novato]
Los quarks son las partículas más pequeñas del mundo. Para el universo no existe el concepto de tamaño; Si inventas una máquina para hacer a una persona más pequeña, entonces será posible encogerla infinitamente más, más y más... Sí, el Quark es la “Partícula” más pequeña. Pero hay algo más pequeño que una partícula. Espacio. No. Tiene. Tamaño.

Respuesta de Antón Kurochka[activo]
Protón Neutrón 1*10^-15 1 femtómetro
Quark-U Quark-D Electrón 1*10^-18 1 attómetro
Quark-S 4*10^-19 400 zeptómetros
Quark-C 1*10^-19 100 zeptómetros
Quark-B 3*10^-20 30 zeptómetros
Neutrinos de alta energía 1,5*10^-20 15 zeptómetros
Preon 1*10^-21 1 zeptómetro
Quark-T 1*10^-22 100 yoctómetros
MeV Neutrino 2*10^-23 20 yoctómetros
Neutrino 1*10^-24 1 yoctómetro - (¡¡¡tamaño tan pequeño!!!) -
Partícula Plonk 1.6*10^-35 0.000 000 000 016 yoctómetro
Espuma cuántica Cuerda cuántica 1*10^-35 0.000 000 000 01 yoctómetro
Esta es una tabla de tamaños de partículas. Y aquí se puede ver que la partícula más pequeña es la partícula de Planck, pero como es demasiado pequeña, el neutrino es la partícula más pequeña. Pero en el universo sólo la longitud de Planck es menor.

Los neutrinos, una partícula increíblemente pequeña en el universo, han fascinado a los científicos durante casi un siglo. Se han concedido más premios Nobel por investigaciones sobre neutrinos que por trabajos sobre cualquier otra partícula, y se están construyendo enormes instalaciones para estudiarlas con el presupuesto de los Estados pequeños. Alexander Nozik, investigador principal del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Rusia, profesor del MIPT y participante en el experimento "Troitsk nu-mass" para buscar la masa del neutrino, explica cómo estudiarlo, pero la mayoría Más importante aún, cómo atraparlo en primer lugar.

El misterio de la energía robada

La historia de la investigación de los neutrinos puede leerse como una fascinante historia de detectives. Esta partícula ha puesto a prueba la capacidad deductiva de los científicos más de una vez: no todos los enigmas se pudieron resolver de inmediato y algunos aún no se han resuelto. Comencemos con la historia del descubrimiento. Las desintegraciones radiactivas de diversos tipos comenzaron a estudiarse a finales del siglo XIX, y no es sorprendente que en la década de 1920 los científicos tuvieran en su arsenal no sólo instrumentos para registrar la desintegración en sí, sino también para medir la energía de las partículas que se escapaban. aunque no es particularmente preciso para los estándares actuales. A medida que aumentó la precisión de los instrumentos, también aumentó la alegría de los científicos y el desconcierto asociado, entre otras cosas, con la desintegración beta, en la que un electrón sale volando de un núcleo radiactivo y el núcleo mismo cambia su carga. Esta desintegración se denomina de dos partículas, ya que produce dos partículas: un nuevo núcleo y un electrón. Cualquier estudiante de secundaria explicará que es posible determinar con precisión la energía y el momento de los fragmentos en tal desintegración utilizando las leyes de conservación y conociendo las masas de estos fragmentos. En otras palabras, la energía de, por ejemplo, un electrón siempre será la misma en cualquier desintegración del núcleo de un determinado elemento. En la práctica, se observó un panorama completamente diferente. La energía de los electrones no sólo no era fija, sino que también se extendía en un espectro continuo hasta cero, lo que desconcertaba a los científicos. Esto sólo puede suceder si alguien roba energía de la desintegración beta. Pero parece que no hay nadie que pueda robarlo.

Con el tiempo, los instrumentos se volvieron cada vez más precisos y pronto desapareció la posibilidad de atribuir tal anomalía a un error del equipo. Así surgió un misterio. En busca de su solución, los científicos han expresado diversas suposiciones, incluso completamente absurdas para los estándares actuales. El propio Niels Bohr, por ejemplo, afirmó seriamente que las leyes de conservación no se aplican en el mundo de las partículas elementales. Wolfgang Pauli salvó la situación en 1930. No pudo asistir a la conferencia de física en Tubinga y, al no poder participar a distancia, envió una carta pidiendo que la leyeran. A continuación se muestran extractos del mismo:

“Estimados damas y caballeros radiactivos. Os pido que escuchéis con atención en el momento más conveniente al mensajero que entregó esta carta. Él te dirá que he encontrado un excelente remedio para la ley de conservación y la estadística correcta. Consiste en la posibilidad de la existencia de partículas eléctricamente neutras... La continuidad del espectro B quedará clara si asumimos que durante la desintegración B, un "neutrón" de este tipo se emite junto con cada electrón, y la suma de la energía del “neutrón” y del electrón es constante...”

Al final de la carta había las siguientes líneas:

“Si no te arriesgas, no ganarás. La gravedad de la situación al considerar el espectro B continuo queda especialmente clara después de las palabras del Prof. Debye, quien me dijo con pesar: “Oh, es mejor no pensar en todo esto... como en nuevos impuestos”. Por tanto, es necesario discutir seriamente cada camino hacia la salvación. Así que, queridos radiactivos, pongan esto a prueba y juzguen”.

Más tarde, el propio Pauli expresó su temor de que, aunque su idea salvó la física del micromundo, la nueva partícula nunca sería descubierta experimentalmente. Dicen que incluso argumentó con sus colegas que si la partícula existiera, no sería posible detectarla durante su vida. Durante los años siguientes, Enrico Fermi desarrolló una teoría de la desintegración beta que involucraba una partícula que llamó neutrino, que concordaba brillantemente con el experimento. Después de esto, nadie tuvo ninguna duda de que la partícula hipotética realmente existía. En 1956, dos años antes de la muerte de Pauli, el equipo de Frederick Reines y Clyde Cowan descubrió experimentalmente neutrinos en la desintegración beta inversa (Reines recibió el Premio Nobel por esto).

El caso de los neutrinos solares desaparecidos

Una vez que quedó claro que los neutrinos, aunque difíciles, aún podían detectarse, los científicos comenzaron a intentar detectar neutrinos de origen extraterrestre. Su fuente más obvia es el Sol. En él se producen constantemente reacciones nucleares y se puede calcular que unos 90 mil millones de neutrinos solares por segundo pasan por cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre.

En aquella época, el método más eficaz para capturar neutrinos solares era el método radioquímico. Su esencia es la siguiente: un neutrino solar llega a la Tierra, interactúa con el núcleo; el resultado es, digamos, un núcleo de 37Ar y un electrón (ésta es exactamente la reacción que se utilizó en el experimento de Raymond Davis, por el que más tarde recibió el Premio Nobel). Después de esto, contando el número de átomos de argón, podemos decir cuántos neutrinos interactuaron en el volumen del detector durante la exposición. En la práctica, por supuesto, no todo es tan sencillo. Debe comprender que necesita contar átomos de argón individuales en un objetivo que pesa cientos de toneladas. La relación de masa es aproximadamente la misma que entre la masa de una hormiga y la masa de la Tierra. Fue entonces cuando se descubrió que dos tercios de los neutrinos solares habían sido robados (el flujo medido fue tres veces menor de lo previsto).

Por supuesto, las sospechas recayeron primero en el propio Sol. Después de todo, sólo podemos juzgar su vida interior por signos indirectos. No se sabe cómo se forman los neutrinos en él, e incluso es posible que todos los modelos del Sol estén equivocados. Se discutieron muchas hipótesis diferentes, pero al final los científicos comenzaron a inclinarse por la idea de que no se trataba del Sol, sino de la naturaleza astuta de los propios neutrinos.

Una pequeña digresión histórica: en el período comprendido entre el descubrimiento experimental de neutrinos y los experimentos para estudiar los neutrinos solares, se produjeron varios descubrimientos más interesantes. Primero, se descubrieron los antineutrinos y se demostró que los neutrinos y los antineutrinos participan en las interacciones de manera diferente. Además, todos los neutrinos en todas las interacciones son siempre zurdos (la proyección del espín sobre la dirección del movimiento es negativa) y todos los antineutrinos son diestros. Esta propiedad no sólo se observa entre todas las partículas elementales sólo en los neutrinos, sino que también indica indirectamente que nuestro Universo, en principio, no es simétrico. En segundo lugar, se descubrió que cada leptón cargado (electrón, muón y leptón tau) tiene su propio tipo o sabor de neutrino. Además, los neutrinos de cada tipo interactúan únicamente con su leptón.

Volvamos a nuestro problema solar. En los años 50 del siglo XX se sugirió que no era necesario conservar el sabor leptónico (un tipo de neutrino). Es decir, si en una reacción nació un neutrino electrónico, en el camino hacia otra reacción el neutrino puede cambiarse de ropa y correr como un muón. Esto podría explicar la falta de neutrinos solares en experimentos radioquímicos que son sensibles sólo a los neutrinos electrónicos. Esta hipótesis fue brillantemente confirmada por las mediciones del flujo de neutrinos solares en los experimentos de centelleo de grandes objetivos acuáticos de SNO y Kamiokande (por los cuales recientemente se otorgó otro Premio Nobel). En estos experimentos ya no se estudia la desintegración beta inversa, sino la reacción de dispersión de neutrinos, que puede ocurrir no sólo con neutrinos electrónicos, sino también con neutrinos muónicos. Cuando, en lugar del flujo de neutrinos electrónicos, comenzaron a medir el flujo total de todos los tipos de neutrinos, los resultados confirmaron perfectamente la transición de los neutrinos de un tipo a otro, o las oscilaciones de los neutrinos.

Asalto al modelo estándar

El descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos, habiendo resuelto un problema, creó varios otros nuevos. La cuestión es que desde la época de Pauli, los neutrinos se consideraban partículas sin masa como los fotones, y esto convenía a todos. Continuaron los intentos de medir la masa de los neutrinos, pero sin mucho entusiasmo. Las oscilaciones lo cambiaron todo, ya que para su existencia se requiere masa, por pequeña que sea. El descubrimiento de la masa en los neutrinos, por supuesto, deleitó a los experimentadores, pero desconcertó a los teóricos. En primer lugar, los neutrinos masivos no encajan en el modelo estándar de física de partículas que los científicos vienen construyendo desde principios del siglo XX. En segundo lugar, el mismo misterioso carácter zurdo de los neutrinos y diestro de los antineutrinos se explica bien sólo, una vez más, para las partículas sin masa. Si hay masa, los neutrinos zurdos deberían, con cierta probabilidad, convertirse en diestros, es decir, en antipartículas, violando la ley aparentemente inmutable de conservación del número leptónico, o incluso convertirse en algún tipo de neutrinos que no lo hagan. no participar en la interacción. Hoy en día, estas partículas hipotéticas se denominan comúnmente neutrinos estériles.

Detector de neutrinos "Super Kamiokande" © Observatorio Kamioka, ICRR (Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos), Universidad de Tokio

Por supuesto, la búsqueda experimental de la masa del neutrino se reanudó de inmediato. Pero inmediatamente surgió la pregunta: ¿cómo medir la masa de algo que no se puede atrapar? Sólo hay una respuesta: no atrapar neutrinos en absoluto. Hoy en día, se están desarrollando más activamente dos direcciones: la búsqueda directa de masa de neutrinos en la desintegración beta y la observación de la desintegración beta doble sin neutrinos. En el primer caso, la idea es muy sencilla. El núcleo se desintegra con la radiación de electrones y neutrinos. No es posible capturar un neutrino, pero sí es posible capturar y medir un electrón con una precisión muy alta. El espectro electrónico también contiene información sobre la masa del neutrino. Un experimento de este tipo es uno de los más difíciles en física de partículas, pero su ventaja absoluta es que se basa en los principios básicos de conservación de la energía y el momento y su resultado depende poco. Actualmente, el mejor límite de masa de neutrinos es de aproximadamente 2 eV. Esto es 250 mil veces menos que el de un electrón. Es decir, no se encontró la masa en sí, sino que solo estaba limitada por el marco superior.

Con la doble desintegración beta, las cosas son más complicadas. Si asumimos que un neutrino se convierte en un antineutrino durante un giro (este modelo lleva el nombre del físico italiano Ettore Majorana), entonces es posible un proceso cuando dos desintegraciones beta ocurren simultáneamente en el núcleo, pero los neutrinos no salen volando, pero son reducidos. La probabilidad de que se produzca tal proceso está relacionada con la masa del neutrino. Los límites superiores en tales experimentos son mejores (0,2 – 0,4 eV), pero dependen del modelo físico.

El problema de los neutrinos masivos aún no se ha resuelto. La teoría de Higgs no puede explicar masas tan pequeñas. Requiere una complicación significativa o el uso de algunas leyes más astutas según las cuales los neutrinos interactúan con el resto del mundo. A los físicos que participan en la investigación de neutrinos a menudo se les pregunta: “¿Cómo puede la investigación de neutrinos ayudar a la persona promedio? ¿Qué beneficio financiero o de otro tipo se puede derivar de esta partícula? Los físicos se encogen de hombros. Y realmente no lo saben. Hubo un tiempo en que el estudio de los diodos semiconductores era puramente física fundamental, sin ninguna aplicación práctica. La diferencia es que las tecnologías que se están desarrollando para crear experimentos modernos en física de neutrinos ahora se utilizan ampliamente en la industria, por lo que cada centavo invertido en esta área se amortiza con bastante rapidez. Actualmente se están llevando a cabo varios experimentos en todo el mundo, cuya escala es comparable a la escala del Gran Colisionador de Hadrones; Estos experimentos están destinados exclusivamente a estudiar las propiedades de los neutrinos. Se desconoce en cuál de ellos será posible abrir una nueva página en física, pero definitivamente se abrirá.