کوچکترین ماده در جهان جالب ترین ذرات کوچک در طبیعت

در مورد ذرات کوچکتر از اتم چه می دانیم؟ و کوچکترین ذره جهان چیست؟

جهان پیرامون ما...کدام یک از ما زیبایی مسحور کننده آن را تحسین نکرده است؟ آسمان شب بی انتها آن، پر از میلیاردها ستاره مرموز چشمک زن و گرمای نور ملایم خورشید آن است. مزارع و جنگل های زمرد، رودخانه های طوفانی و پهنه های دریایی بی کران. قله‌های درخشان کوه‌های باشکوه و چمن‌زارهای آلپی دلپذیر. شبنم صبح و تریل بلبل در سحر. گل رز معطر و زمزمه آرام نهر. غروب سوزان و خش خش ملایم یک بیشه توس...

آیا می توان به چیزی زیباتر از دنیای اطرافمان فکر کرد؟! قدرتمندتر و تاثیرگذارتر؟ و در عین حال شکننده تر و لطیف تر؟ همه اینها دنیایی است که در آن نفس می کشیم، عشق می ورزیم، شادی می کنیم، شادی می کنیم، رنج می کشیم و عزاداری می کنیم... همه اینها دنیای ماست. جهانی که در آن زندگی می کنیم، آن را احساس می کنیم، آن را می بینیم و حداقل به نحوی آن را درک می کنیم.

با این حال، بسیار متنوع تر و پیچیده تر از آن چیزی است که در نگاه اول به نظر می رسد. می دانیم که علفزارهای دلپذیر بدون شورش خارق العاده یک رقص گرد بی پایان از تیغه های سبز منعطف علف، درختان سرسبز در لباس زمرد - بدون تعداد زیادی برگ روی شاخه ها، و سواحل طلایی - بدون دانه های درخشان ظاهر نمی شدند. شن و ماسه ای که زیر پای برهنه زیر پرتوهای آفتاب ملایم تابستان خرد می شود. بزرگ همیشه از کوچک تشکیل شده است. کوچک - از حتی کوچکتر. و این دنباله، احتمالا، محدودیتی ندارد.

بنابراین، تیغه های چمن و دانه های شن به نوبه خود از مولکول هایی تشکیل شده اند که از اتم ها تشکیل می شوند. همانطور که می دانید اتم ها از ذرات بنیادی - الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها - تشکیل شده اند. اما آنها، همانطور که اعتقاد بر این است، مرجع نهایی نیستند. علم مدرن ادعا می کند که برای مثال پروتون ها و نوترون ها از خوشه های انرژی فرضی - کوارک ها تشکیل شده اند. این فرض وجود دارد که یک ذره حتی کوچکتر وجود دارد - پریون، که هنوز نامرئی، ناشناخته، اما فرضی است.

دنیای مولکول ها، اتم ها، الکترون ها، پروتون ها، نوترون ها، فوتون ها و غیره. تماس گرفت دنیای خرد. او اساس است جهان کلان- جهان انسان و بزرگی های متناسب با آن در سیاره ما و دنیای مگا- دنیای ستارگان، کهکشان ها، کیهان و کیهان. همه این دنیاها به هم پیوسته اند و یکی بدون دیگری وجود ندارند.

ما قبلاً در گزارش اولین سفر خود با دنیای مگا آشنا شده ایم. "نفس کائنات. اول سفر"و ما در حال حاضر ایده ای در مورد کهکشان های دوردست و جهان داریم. در آن سفر خطرناک، جهان ماده تاریک و انرژی تاریک را کشف کردیم، اعماق سیاهچاله ها را کاوش کردیم، به قله های اختروش های درخشان رسیدیم و به طور معجزه آسایی از بیگ بنگ و نه کمتر از بیگ کرانچ اجتناب کردیم. جهان هستی با تمام زیبایی و عظمتش در برابر ما ظاهر شد. در طول سفرمان، متوجه شدیم که ستارگان و کهکشان ها به خودی خود ظاهر نشده اند، بلکه در طی میلیاردها سال، از ذرات و اتم ها شکل گرفته اند.

این ذرات و اتم ها هستند که کل دنیای اطراف ما را تشکیل می دهند. این آنها هستند که در ترکیب های بی شمار و متنوع خود می توانند به صورت یک گل رز هلندی زیبا و یا به شکل انبوه سنگ های تبتی در برابر ما ظاهر شوند. هر چیزی که می بینیم از این نمایندگان مرموز اسرارآمیز تشکیل شده است دنیای خردچرا مرموز و چرا مرموز؟ زیرا متأسفانه بشریت هنوز در مورد این جهان و نمایندگان آن اطلاعات بسیار کمی دارد.

تصور علم مدرن جهان خرد بدون ذکر الکترون، پروتون یا نوترون غیرممکن است. در هر ماده مرجع در مورد فیزیک یا شیمی، جرم آنها را تا رقم نهم اعشار، بار الکتریکی، طول عمر و غیره پیدا خواهیم کرد. به عنوان مثال، مطابق با این کتاب های مرجع، یک الکترون دارای جرم 9.10938291 (40) x 10 -31 کیلوگرم، بار الکتریکی - منهای 1.602176565 (35) x 10 -19 C، طول عمر - بی نهایت یا حداقل 4.6 x است. 10 26 ساله (ویکی پدیا).

دقت تعیین پارامترهای الکترون چشمگیر است و افتخار به دستاوردهای علمی تمدن قلب ما را پر می کند! درست است، در همان زمان شک و تردیدهایی به وجود می آید که با تمام میل نمی توان آنها را کاملاً از بین برد. به اعتقاد من تعیین جرم یک الکترون برابر با یک میلیارد - میلیارد - میلیاردم کیلوگرم و حتی وزن کردن آن تا رقم نهم اعشار اصلاً کار ساده ای نیست و همچنین اندازه گیری طول عمر یک الکترون در 4,600,000,000,000,000,000,000,000.000. 000 سال

علاوه بر این، هیچ کس هرگز این الکترون را ندیده است. مدرن‌ترین میکروسکوپ‌ها دیدن تنها یک ابر الکترونی در اطراف هسته اتم را ممکن می‌سازند، که همانطور که دانشمندان معتقدند، یک الکترون با سرعت زیادی در درون آن حرکت می‌کند (شکل 1). ما هنوز به طور قطعی نه اندازه الکترون، نه شکل آن و نه سرعت چرخش آن را نمی دانیم. در واقع، ما در مورد الکترون و همچنین در مورد پروتون و نوترون اطلاعات بسیار کمی داریم. ما فقط می توانیم حدس بزنیم و حدس بزنیم. متاسفانه، برای امروز آن را در حالی که تمام امکانات ما است.

برنج. 1. عکسی از ابرهای الکترونی که توسط فیزیکدانان موسسه فیزیک و فناوری خارکف در سپتامبر 2009 گرفته شده است.

اما الکترون یا پروتون کوچکترین ذرات بنیادی هستند که اتم هر ماده ای را می سازند. و اگر ابزار فنی ما برای مطالعه جهان خرد هنوز به ما اجازه دیدن ذرات و اتم ها را نمی دهد، شاید بتوانیم با چیزی شروع کنیم. در باره بیشتر و بیشتر شناخته شده است؟ مثلا از یک مولکول! از اتم تشکیل شده است. یک مولکول یک شی بزرگتر و قابل درک تر است که احتمالاً عمیق تر مورد مطالعه قرار گرفته است.

متاسفانه باید دوباره ناامیدت کنم. مولکول ها فقط بر روی کاغذ به شکل فرمول های انتزاعی و نقاشی های ساختار فرضی خود برای ما قابل درک هستند. ما هنوز نمی توانیم تصویر واضحی از یک مولکول با پیوندهای برجسته بین اتم ها بدست آوریم.

در آگوست 2009، با استفاده از فناوری میکروسکوپ نیروی اتمی، محققان اروپایی برای اولین بار موفق به دریافت تصویری از ساختار یک مولکول نسبتاً بزرگ پنتاسن شدند (C 22 H 14). مدرن ترین فن آوری این امکان را به وجود آورده است که تنها پنج حلقه را که ساختار این هیدروکربن را تعیین می کنند و همچنین لکه هایی از اتم های کربن و هیدروژن را مشاهده کنیم (شکل 2). و این تنها کاری است که فعلا می توانیم انجام دهیم...

برنج. 2. نمایش ساختاری مولکول پنتاسن (بالا)

و عکس او (در زیر)

از یک سو، عکس‌های به‌دست‌آمده به ما اجازه می‌دهند ادعا کنیم که مسیر انتخاب شده توسط شیمیدان‌ها، توصیف ترکیب و ساختار مولکول‌ها، دیگر مورد تردید نیست، اما از سوی دیگر، ما فقط می‌توانیم حدس بزنیم که

پس از همه، ترکیب اتم ها در یک مولکول و ذرات بنیادی - در یک اتم چگونه اتفاق می افتد؟ چرا این پیوندهای اتمی و مولکولی پایدار هستند؟ چگونه شکل گرفته اند، چه نیروهایی از آنها حمایت می کنند؟ یک الکترون، پروتون یا نوترون چگونه به نظر می رسد؟ ساختار آنها چیست؟ هسته اتم چیست؟ پروتون و نوترون چگونه در یک فضا وجود دارند و چرا الکترون را از آن پس می‌زنند؟

سوالات زیادی از این دست وجود دارد. هم جواب می دهد. درست است، بسیاری از پاسخ ها فقط بر اساس فرضیاتی هستند که باعث ایجاد سؤالات جدید می شوند.

اولین تلاش من برای نفوذ به اسرار دنیای خرد با ارائه بسیار سطحی دانش مدرن در مورد ساختار اجسام خرد، در مورد اصول عملکرد آنها، در مورد سیستم های اتصالات و روابط آنها، مواجه شد. معلوم شد که بشریت هنوز به وضوح درک نمی کند که هسته یک اتم و ذرات تشکیل دهنده آن - الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها - چگونه مرتب شده اند. ما فقط ایده های کلی در مورد آنچه واقعاً در فرآیند شکافت هسته اتم اتفاق می افتد داریم، چه اتفاقاتی می تواند در طول دوره طولانی این فرآیند رخ دهد.

مطالعه واکنش‌های هسته‌ای محدود به مشاهده فرآیندها و تعیین روابط علت و معلولی خاص بود که به صورت تجربی به دست آمده بود. محققان یاد گرفته اند که فقط تعیین کنند رفتار - اخلاقذرات خاص تحت تأثیر یک یا آن همین! بدون درک ساختار آنها، بدون آشکار ساختن مکانیسم های تعامل! فقط رفتار! بر اساس این رفتار، وابستگی برخی پارامترها مشخص شد و برای اهمیت بیشتر، این داده‌های تجربی در فرمول‌های ریاضی چند سطحی قرار گرفتند. تمام تئوری همین است!

متأسفانه، این کافی بود تا شجاعانه برای ساخت نیروگاه های هسته ای، شتاب دهنده های مختلف، برخورد دهنده ها و ساخت بمب های هسته ای اقدام کنیم. با دریافت دانش اولیه در مورد فرآیندهای هسته ای، بشر بلافاصله در یک مسابقه بی سابقه برای در اختیار داشتن انرژی قدرتمند موضوع آن شرکت کرد.

با جهش و مرزها، تعداد کشورهای دارای قابلیت های هسته ای در خدمت افزایش یافته است. موشک‌های هسته‌ای در تعداد زیاد به طرز تهدیدآمیزی نسبت به همسایگان غیردوستانه نگاه می‌کردند. نیروگاه های هسته ای شروع به ظهور کردند و به طور مداوم انرژی الکتریکی ارزان تولید می کردند. بودجه هنگفتی صرف توسعه هسته ای طرح های جدید و بیشتر شد. علم، در تلاش برای نگاه کردن به درون هسته اتم، به شدت شتاب دهنده های ذرات فوق مدرن را برپا کرد.

با این حال، ماده به ساختار اتم و هسته آن نرسید. شیفتگی جستجوی بیشتر و بیشتر ذرات جدید و تعقیب جایزه نوبل، مطالعه عمیق ساختار هسته اتم و ذرات تشکیل دهنده آن را در پس زمینه قرار داد.

اما دانش سطحی در مورد فرآیندهای هسته ای بلافاصله در طول کار راکتورهای هسته ای منفی نشان داد و باعث ظهور واکنش های زنجیره ای هسته ای خود به خود در تعدادی از موقعیت ها شد.

این فهرست تاریخ ها و مکان هایی را برای وقوع واکنش های هسته ای خود به خود ارائه می دهد:

1945/08/21. ایالات متحده آمریکا، آزمایشگاه ملی لس آلاموس.

21 مه 1946. ایالات متحده آمریکا، آزمایشگاه ملی لس آلاموس.

1953/03/15. اتحاد جماهیر شوروی، چلیابینسک-65، انجمن تولید مایاک.

1953/04/21. اتحاد جماهیر شوروی، چلیابینسک-65، انجمن تولید مایاک.

1958/06/16. ایالات متحده آمریکا، اوک ریج، کارخانه رادیوشیمیایی Y-12.

1958/10/15. یوگسلاوی، موسسه B. Kidrich.

30 دسامبر 1958 ایالات متحده آمریکا، آزمایشگاه ملی لس آلاموس.

01/03/1963. اتحاد جماهیر شوروی، تومسک-7، ترکیب شیمیایی سیبری.

1964/07/23. ایالات متحده آمریکا، Woodryver، کارخانه رادیو شیمیایی.

30 دسامبر 1965 بلژیک، مول.

03/05/1968. اتحاد جماهیر شوروی، چلیابینسک-70، VNIITF.

10 دسامبر 1968 اتحاد جماهیر شوروی، چلیابینسک-65، انجمن تولید مایاک.

26 مه 1971 اتحاد جماهیر شوروی، مسکو، موسسه انرژی اتمی.

13 دسامبر 1978. اتحاد جماهیر شوروی، تومسک-7، ترکیب شیمیایی سیبری.

1983/09/23. آرژانتین، راکتور RA-2.

15 مه 1997 روسیه، نووسیبیرسک، کارخانه کنسانتره شیمیایی.

1997/06/17. روسیه، ساروف، VNIIEF.

1999/09/30 ژاپن، توکایمورا، کارخانه تولید سوخت هسته ای.

به این فهرست باید تصادفات متعدد با حامل های هوایی و زیرآبی سلاح های هسته ای، حوادث در شرکت های چرخه سوخت هسته ای، حوادث اضطراری در نیروگاه های هسته ای، حوادث اضطراری در حین آزمایش بمب های هسته ای و گرما هسته ای را اضافه کرد. تراژدی چرنوبیل و فوکوشیما برای همیشه در خاطر ما خواهد ماند. در پشت این فجایع و حوادث اضطراری هزاران کشته وجود دارد. و باعث می شود خیلی جدی فکر کنید.

فقط فکر نیروگاه های هسته ای که می توانند فوراً کل جهان را به یک منطقه رادیواکتیو پیوسته تبدیل کنند، وحشتناک است. متأسفانه، این نگرانی ها به خوبی پایه ریزی شده است. اول از همه، این واقعیت است که سازندگان راکتورهای هسته ای در کار خود از دانش بنیادی استفاده نکرد، بلکه بیانیه ای از وابستگی های ریاضی خاص و رفتار ذرات، که بر اساس آن یک ساختار هسته ای خطرناک ساخته شد، استفاده کرد.. برای دانشمندان، تاکنون واکنش‌های هسته‌ای نوعی «جعبه سیاه» است که مشروط به انجام برخی اقدامات و الزامات عمل می‌کند.

با این حال، اگر اتفاقی در این "جعبه" شروع شود و این "چیزی" با دستورالعمل ها توصیف نشود و از محدوده دانش به دست آمده فراتر رود، ما جدا از قهرمانی و کار غیر فکری خودمان نمی توانیم با چیزی مخالفت کنیم. به عنصر هسته ای که منفجر شده است. توده های مردم مجبورند به سادگی منتظر خطر قریب الوقوع باشند، برای عواقب وحشتناک و غیرقابل درک آماده شوند و به نظر آنها به یک فاصله ایمن حرکت کنند. متخصصان هسته ای در بیشتر موارد فقط شانه های خود را بالا می اندازند، دعا می کنند و منتظر کمک قدرت های بالاتر هستند.

دانشمندان هسته‌ای ژاپنی که به مدرن‌ترین فناوری‌ها مجهز هستند، هنوز نمی‌توانند نیروگاه هسته‌ای فوکوشیما را که مدت‌هاست برق گرفته است، مهار کنند. آنها فقط می توانند بیان کنند که در 18 اکتبر 2013، سطح تشعشع در آب های زیرزمینی بیش از 2500 برابر از حد معمول فراتر رفت. یک روز بعد، سطح مواد رادیواکتیو در آب تقریباً 12000 برابر افزایش یافت! چرا؟! متخصصان ژاپنی هنوز نمی توانند به این سوال پاسخ دهند یا این فرآیندها را متوقف کنند.

خطر ایجاد بمب اتمی به نوعی توجیه شده بود. وضعیت متشنج نظامی-سیاسی در کره زمین مستلزم اقدامات بی سابقه دفاعی و حمله از سوی کشورهای مخالف بود. محققان اتمی با تسلیم شدن در برابر این موقعیت، خطراتی را به جان خریدند و به جزئیات ساختار و عملکرد ذرات بنیادی و هسته‌های اتمی پرداختند.

با این حال، در زمان صلح، ساخت نیروگاه های هسته ای و برخورد دهنده ها از همه نوع باید آغاز می شد فقط به شرط، چی علم ساختار هسته اتم و الکترون و نوترون و پروتون و روابط آنها را کاملاً کشف کرده است.علاوه بر این، واکنش های هسته ای در نیروگاه های هسته ای باید به شدت کنترل شود. اما شما واقعاً و به طور مؤثر فقط می توانید آنچه را که به طور کامل می دانید مدیریت کنید. به خصوص اگر به قدرتمندترین نوع انرژی امروزی مربوط باشد که مهار آن اصلاً آسان نیست. البته این اتفاق نمی افتد. نه تنها در زمان ساخت نیروگاه های هسته ای.

در حال حاضر، 6 برخورد دهنده مختلف در روسیه، چین، ایالات متحده آمریکا و اروپا در حال کار هستند - شتاب دهنده های قدرتمند جریان های ذرات پیش رو که آنها را به سرعت زیادی شتاب می دهد و انرژی جنبشی بالایی به ذرات می دهد تا سپس آنها را به یکدیگر فشار دهد. هدف از این برخورد بررسی محصولات برخورد ذرات است به این امید که در فرآیند فروپاشی آنها بتوان چیز جدیدی و هنوز ناشناخته را مشاهده کرد.

واضح است که محققان بسیار علاقه مند هستند که ببینند از این همه نتیجه چه خواهد شد. سرعت برخورد ذرات و سطح بودجه برای تحقیقات علمی در حال افزایش است، اما دانش در مورد ساختار آنچه که برخورد می کند برای بسیاری از سال ها ثابت مانده است. هنوز هیچ پیش‌بینی ثابتی در مورد نتایج مطالعات برنامه‌ریزی‌شده وجود ندارد و نمی‌تواند وجود داشته باشد. نه تصادفی ما به خوبی می دانیم که پیش بینی علمی تنها به شرط دانش دقیق و تأیید شده حداقل از جزئیات فرآیند پیش بینی شده امکان پذیر است. علم مدرن هنوز چنین دانشی در مورد ذرات بنیادی ندارد. در این مورد، می توان فرض کرد که اصل اصلی روش های تحقیق موجود این موضع است: "بیایید سعی کنیم آن را انجام دهیم - ببینیم چه می شود." متاسفانه

بنابراین، کاملاً طبیعی است که امروزه مسائل مربوط به خطر آزمایش های در حال انجام بیشتر و بیشتر مورد بحث قرار می گیرد. حتی در مورد احتمال ظاهر شدن سیاهچاله های میکروسکوپی در جریان آزمایش ها نیست که در حال رشد می تواند سیاره ما را ببلعد. من حداقل در سطح فعلی و مرحله رشد فکری خود واقعاً به چنین امکانی اعتقاد ندارم.

اما خطر جدی تر و واقعی تر وجود دارد. به عنوان مثال، در برخورد دهنده بزرگ هادرون، جریان های پروتون یا یون های سرب در پیکربندی های مختلف با هم برخورد می کنند. به نظر می رسد، چه نوع تهدیدی می تواند از یک ذره میکروسکوپی، و حتی در زیر زمین، در یک تونل، محصور در محافظ فلزی و بتنی قدرتمند باشد؟ یک ذره با وزن 1.672 621 777 (74) در 10-27 کیلوگرم و یک تونل جامد چند تنی با ضخامت بیش از 26 کیلومتر در خاک سنگین، به وضوح دسته های غیر قابل مقایسه هستند.

با این حال، تهدید وجود دارد. هنگام انجام آزمایشات، به احتمال زیاد، آزادسازی غیرقابل کنترل مقدار زیادی انرژی وجود دارد، که نه تنها در نتیجه تجزیه نیروهای داخل هسته ای، بلکه انرژی واقع در داخل پروتون ها یا یون های سرب نیز ظاهر می شود. انفجار هسته ای یک موشک بالستیک مدرن، بر اساس آزاد شدن انرژی درون هسته ای یک اتم، در مقایسه با قوی ترین انرژی که می تواند در هنگام نابودی ذرات بنیادی آزاد شود، وحشتناک تر از یک کراکر سال نو به نظر نمی رسد. می‌توانیم ناگهان اجازه دهیم جن افسانه‌ای از بطری بیرون بیاید. اما نه آن خوش اخلاق و دلسوز که فقط اطاعت می کند و اطاعت می کند، بلکه یک هیولای غیرقابل کنترل، قدرتمند و بی رحم است که هیچ رحم و رحمتی نمی شناسد. و افسانه نخواهد بود، اما کاملا واقعی خواهد بود.

اما بدترین چیز این است که مانند یک بمب هسته‌ای، یک واکنش زنجیره‌ای می‌تواند در برخورددهنده شروع شود و بخش‌های بیشتری از انرژی آزاد شود و تمام ذرات بنیادی دیگر نابود شوند. در عین حال ، اصلاً مهم نیست که آنها از چه چیزی تشکیل می شوند - سازه های فلزی تونل ، دیوارهای بتنی یا سنگ. انرژی در همه جا آزاد می شود و هر چیزی را که نه تنها با تمدن ما، بلکه با کل سیاره مرتبط است، از هم خواهد پاشید. در یک لحظه، تنها تکه‌های بی‌شکل رقت‌انگیز می‌توانند از زیبایی شیرین آبی ما باقی بمانند، که در پهنه‌های بزرگ و وسیع کیهان پرواز می‌کنند.

این، البته، یک سناریوی وحشتناک، اما کاملا واقعی است، و بسیاری از اروپاییان امروز این را به خوبی درک می کنند و فعالانه با آزمایش های خطرناک غیرقابل پیش بینی، که خواهان امنیت سیاره و تمدن هستند، مخالفت می کنند. هر بار این سخنرانی ها بیشتر و بیشتر سازماندهی می شود و نگرانی داخلی از وضعیت موجود را بیشتر می کند.

من مخالف آزمایش نیستم، زیرا به خوبی درک می کنم که راه رسیدن به دانش جدید همیشه خاردار و دشوار است. بدون آزمایش، غلبه بر آن تقریبا غیرممکن است. با این حال، من عمیقاً متقاعد شده ام که هر آزمایش تنها در صورتی باید انجام شود که برای مردم و دنیای اطراف بی خطر باشد. امروز ما چنین امنیتی نداریم. نه، زیرا هیچ دانشی در مورد آن ذرات که ما در حال حاضر با آنها آزمایش می کنیم وجود ندارد.

وضعیت بسیار نگران‌کننده‌تر از آن چیزی بود که قبلاً تصور می‌کردم. من که به شدت نگران بودم، با سر و صدا وارد دنیای دانش در مورد دنیای خرد شدم. اعتراف می‌کنم که این برای من لذت چندانی نداشت، زیرا در نظریه‌های توسعه‌یافته دنیای خرد، یافتن یک رابطه واضح بین پدیده‌های طبیعی و نتایجی که برخی از دانشمندان بر اساس آن‌ها مبتنی بر آنها هستند، با استفاده از موقعیت‌های نظری فیزیک کوانتومی، مکانیک کوانتومی دشوار بود. و نظریه ذرات بنیادی به عنوان یک دستگاه تحقیق.

تعجب من را تصور کنید زمانی که ناگهان متوجه شدم دانش در مورد جهان صغیر بیشتر بر فرضیاتی استوار است که توجیهات منطقی روشنی ندارند. نظریه پردازان با داشتن مدل های ریاضی اشباع شده با برخی قراردادها به شکل ثابت پلانک با ثابت بیش از سی صفر پس از نقطه اعشار، ممنوعیت ها و فرضیه های مختلف را با جزئیات کافی و دقیق توصیف می کنند. آآیا موقعیت های عملی که به این سؤال پاسخ می دهند: "اگر ... چه اتفاقی می افتد؟". با این حال، سؤال اصلی: "چرا این اتفاق می افتد؟"، متأسفانه بی پاسخ ماند.

به نظرم می رسید که شناخت جهان بی کران و کهکشان های بسیار دور آن، که در فاصله ای فوق العاده وسیع گسترده شده اند، امری بسیار دشوارتر از یافتن مسیر معرفت به سوی چیزی است که در واقع «زیر پای ما نهفته است». بر اساس پایه تحصیلات متوسطه و عالی خود، صادقانه معتقد بودم که تمدن ما دیگر نه در مورد ساختار اتم و هسته آن، نه در مورد ذرات بنیادی و ساختار آنها و نه در مورد نیروهایی که الکترون را در مدار نگه می دارد سؤالی ندارد. و ارتباط پایدار پروتون ها و نوترون ها را در هسته اتم حفظ کند.

تا این مرحله، من مجبور به مطالعه اصول اولیه فیزیک کوانتومی نبودم، اما مطمئن بودم و ساده لوحانه تصور می‌کردم که این فیزیک جدید واقعاً ما را از تاریکی درک نادرست جهان خرد بیرون خواهد برد.

اما، با ناراحتی عمیق من، اشتباه کردم. فیزیک کوانتومی مدرن، فیزیک هسته اتم و ذرات بنیادی، و در واقع کل فیزیک کیهان خرد، به نظر من، فقط در وضعیت اسفناکی نیستند. آنها برای مدت طولانی در بن بست فکری گیر کرده اند که نمی تواند به آنها اجازه رشد و پیشرفت دهد و در مسیر شناخت اتم و ذرات بنیادی حرکت کنند.

محققان جهان صغیر که به شدت به دلیل استواری ثابت آرای نظریه پردازان بزرگ قرن 19 و 20 محدود شده اند، بیش از صد سال است که جرأت بازگشت به ریشه های خود را ندارند و راه دشوار تحقیق در اعماق را از نو آغاز می کنند. از دنیای اطراف ما دیدگاه انتقادی من به وضعیت کنونی پیرامون مطالعه جهان خرد، تنها دیدگاه نیست. بسیاری از محققین و نظریه پردازان مترقی بارها دیدگاه خود را در مورد مسائلی که در مسیر شناخت مبانی نظریه هسته اتم و ذرات بنیادی، فیزیک کوانتومی و مکانیک کوانتومی به وجود می آید، بیان کرده اند.

تجزیه و تحلیل فیزیک کوانتومی نظری مدرن به ما امکان می دهد تا یک نتیجه کاملاً قطعی بگیریم که جوهر نظریه در نمایش ریاضی مقادیر معینی از ذرات و اتم ها بر اساس شاخص های برخی از آمارهای مکانیکی نهفته است. نکته اصلی در این تئوری، مطالعه ذرات بنیادی، ساختار آنها، ارتباطات و تعاملات آنها در طول تجلی پدیده های طبیعی خاص نیست، بلکه مدل های ریاضی احتمالی ساده شده بر اساس وابستگی های به دست آمده در طول آزمایش است.

متأسفانه، در اینجا و همچنین در توسعه نظریه نسبیت، وابستگی های ریاضی مشتق شده در وهله اول قرار گرفتند که ماهیت پدیده ها، ارتباط آنها و علل وقوع آنها را تحت الشعاع قرار داد.

مطالعه ساختار ذرات بنیادی به فرض وجود سه کوارک فرضی در پروتون‌ها و نوترون‌ها محدود شد، که انواع آن‌ها با توسعه این فرض نظری از دو، سپس سه، چهار، شش، دوازده تغییر یافت. علم به سادگی با نتایج آزمایش‌ها سازگار شد و مجبور به اختراع عناصر جدیدی شد که وجود آنها هنوز اثبات نشده است. در اینجا می‌توانیم درباره پریون‌ها و گراویتون‌هایی که هنوز پیدا نشده‌اند بشنویم. می توان مطمئن بود که تعداد ذرات فرضی همچنان به رشد خود ادامه خواهد داد، زیرا علم ریزجهان عمیق تر و عمیق تر به بن بست می رود.

عدم درک فرآیندهای فیزیکی رخ داده در درون ذرات بنیادی و هسته اتم‌ها، مکانیسم برهمکنش سیستم‌ها و عناصر عالم صغیر، عناصر فرضی - حامل‌های برهم‌کنش - مانند بوزون‌های گیج و بردار، گلوئون‌ها، فوتون‌های مجازی را به‌وجود آورد. عرصه علم مدرن این آنها بودند که در صدر فهرست نهادهای مسئول فرآیندهای تعامل برخی از ذرات با سایرین قرار گرفتند. و مهم نیست که حتی علائم غیرمستقیم آنها پیدا نشده باشد. مهم است که آنها به نحوی مسئول این واقعیت باشند که هسته اتم از هم نمی پاشد، ماه به زمین نمی افتد، الکترون ها هنوز در مدار خود در حال چرخش هستند و میدان مغناطیسی سیاره همچنان ادامه دارد. ما را از نفوذ کیهانی محافظت می کند.

از همه اینها غم انگیز شد، زیرا هرچه بیشتر در نظریه جهان صغیر کاوش می کردم، درک من از توسعه بن بست مهم ترین مؤلفه نظریه ساختار جهان بیشتر می شد. جایگاه علم امروزی عالم صغیر تصادفی نیست، بلکه طبیعی است. واقعیت این است که پایه های فیزیک کوانتومی توسط برندگان جایزه نوبل، ماکس پلانک، آلبرت انیشتین، نیلز بور، اروین شرودینگر، ولفگانگ پائولی و پل دیراک در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم گذاشته شد. فیزیکدانان در آن زمان تنها نتایج برخی آزمایشات اولیه را با هدف مطالعه اتم ها و ذرات بنیادی داشتند. با این حال، باید اعتراف کرد که این مطالعات بر روی تجهیزات ناقص مربوط به آن زمان نیز انجام شد و پایگاه داده آزمایشی تازه در حال پر شدن بود.

بنابراین، جای تعجب نیست که فیزیک کلاسیک همیشه نمی تواند به سؤالات متعددی که در جریان مطالعه جهان خرد مطرح می شود پاسخ دهد. از این رو، در آغاز قرن بیستم در دنیای علمی، صحبت از بحران فیزیک و نیاز به تغییرات انقلابی در سیستم تحقیقات دنیای خرد آغاز شد. این شرط قطعاً دانشمندان نظری مترقی را به جستجوی راه‌های جدید و روش‌های جدید شناخت جهان خرد سوق داد.

مشکل، باید قدردانی کنیم، در مفاد منسوخ فیزیک کلاسیک نبود، بلکه در یک پایگاه فنی توسعه نیافته بود، که در آن زمان، که کاملاً قابل درک است، نمی توانست نتایج تحقیقات لازم را ارائه دهد و خوراکی برای تحولات نظری عمیق تر بدهد. جای خالی باید پر می شد. و پر شد. یک نظریه جدید - فیزیک کوانتومی، اساساً بر اساس مفاهیم احتمالی ریاضی. هیچ اشکالی نداشت، جز اینکه با این کار، فلسفه را فراموش کردند و از دنیای واقعی جدا شدند.

ایده های کلاسیک در مورد اتم، الکترون، پروتون، نوترون و غیره. مدل‌های احتمالی آنها جایگزین شدند که با سطح معینی از پیشرفت علم مطابقت داشت و حتی حل مسائل مهندسی کاربردی بسیار پیچیده را ممکن می‌کرد. فقدان پایه فنی لازم و برخی موفقیت‌ها در بازنمایی نظری و تجربی عناصر و منظومه‌های عالم صغیر، شرایطی را برای سرد شدن معین دنیای علم به سمت مطالعه عمیق ساختار ذرات بنیادی، اتم‌ها و هسته‌های آنها ایجاد کرده است. . به ویژه از آنجایی که به نظر می رسید بحران در فیزیک عالم کوچک خاموش شده است، انقلابی رخ داده است. جامعه علمی مشتاقانه برای مطالعه فیزیک کوانتومی هجوم بردند، بدون اینکه زحمت درک اصول اولیه ذرات بنیادی و بنیادی را به خود اختصاص دهند.

طبیعتاً چنین وضعیتی در علم مدرن دنیای خرد نمی تواند من را هیجان زده کند و من بلافاصله شروع به آماده شدن برای یک سفر جدید، برای یک سفر جدید کردم. سفر به عالم صغیر. ما قبلاً یک سفر مشابه را انجام داده ایم. این اولین سفر به دنیای کهکشان ها، ستاره ها و کوازارها، به دنیای ماده تاریک و انرژی تاریک، به دنیایی بود که جهان ما در آن متولد شده و زندگی کاملی دارد. در گزارش خود "نفس کائنات. اول سفر» ما سعی کردیم ساختار کیهان و فرآیندهایی که در آن اتفاق می افتد را درک کنیم.

با درک اینکه سفر دوم نیز آسان نخواهد بود و به میلیاردها تریلیون بار نیاز دارد تا مقیاس فضایی را که در آن باید جهان اطراف خود را مطالعه کنم، نیاز دارد، شروع به آماده شدن برای نفوذ نه تنها به ساختار یک اتم کردم. یا مولکول، بلکه در اعماق الکترون و پروتون، نوترون و فوتون، و در حجم میلیون ها بار کوچکتر از حجم این ذرات. این امر مستلزم آموزش خاص، دانش جدید و تجهیزات پیشرفته بود.

سفر پیش رو از همان ابتدای خلقت جهان ما آغاز شد و این آغاز خطرناک ترین و با غیرقابل پیش بینی ترین نتیجه بود. اما این بستگی به اکتشاف ما داشت که آیا راهی برای خروج از وضعیت کنونی در علم دنیای خرد پیدا کنیم یا بر روی پل طناب لرزان انرژی هسته‌ای مدرن که هر ثانیه زندگی و موجودیت تمدن را در جهان به معرض نمایش می‌گذارد تعادل خود را حفظ کنیم. سیاره به خطر مرگبار

مسئله این است که برای شناخت نتایج اولیه تحقیقات خود، لازم بود به سیاهچاله کیهان برسیم و با غفلت از حس حفظ خود، به جهنم شعله ور تونل جهانی بشتابیم. فقط در آنجا، تحت شرایط دمای فوق العاده بالا و فشار فوق العاده، با دقت در جریان های سریع چرخان ذرات مادی، ما می توانیم ببینیم که چگونه نابودی ذرات و پادذرات انجام می شود و چگونه جد بزرگ و توانا همه چیز - اتر، برای درک تمام فرآیندهای در حال انجام، از جمله تشکیل ذرات، اتم ها و مولکول ها، دوباره متولد می شود.

باور کنید، جسارت های زیادی روی زمین وجود ندارند که بتوانند در این مورد تصمیم بگیرند. علاوه بر این، نتیجه توسط کسی تضمین نمی شود و هیچ کس حاضر نیست مسئولیت نتیجه موفقیت آمیز این سفر را بپذیرد. در طول وجود تمدن، هیچ کس حتی از سیاهچاله کهکشان بازدید نکرده است، اما اینجا - کائنات!همه چیز در اینجا در مقیاس بزرگ، بزرگ و کیهانی است. اینجا شوخی نیست در اینجا، در یک لحظه، آنها می توانند بدن انسان را به یک لخته میکروسکوپی انرژی داغ داغ تبدیل کنند یا آن را در گستره های سرد بی پایان فضا پراکنده کنند، بدون اینکه حق بازسازی و اتحاد مجدد داشته باشند. این جهان هستی است! عظیم و باشکوه، سرد و داغ، بی حد و حصر و مرموز…

بنابراین، با دعوت از همه برای پیوستن به اکسپدیشن ما، باید به شما هشدار دهم که اگر کسی شک دارد، برای امتناع دیر نیست. هر دلیلی پذیرفته میشود ما از بزرگی خطر کاملا آگاه هستیم، اما آماده ایم که شجاعانه به هر قیمتی با آن مقابله کنیم! ما برای شیرجه زدن به اعماق کیهان آماده می شویم.

واضح است که برای محافظت از خود و زنده ماندن، فرو رفتن در یک تونل جهانی داغ پر از انفجارهای قدرتمند و واکنش های هسته ای، کار آسانی نیست و تجهیزات ما باید مطابق با شرایطی باشد که باید در آن کار کنیم. بنابراین، تهیه بهترین تجهیزات و فکر دقیق در مورد تجهیزات برای همه شرکت کنندگان در این سفر خطرناک ضروری است.

اول از همه، در سفر دوم، زمانی که ما در حال کار بر روی گزارشی از اکسپدیشن خود بودیم، آنچه را که به ما امکان داد از طریق وسعت کیهان عبور کنیم، خواهیم داشت. "نفس کائنات. اول سفرالبته این قوانین جهان. بدون درخواست آنها، اولین سفر ما به سختی می توانست با موفقیت به پایان برسد. این قوانین بود که امکان یافتن مسیر درست را در میان انبوه پدیده های غیرقابل درک و نتیجه گیری های مشکوک محققان در توضیح آنها فراهم کرد.

اگر یادت باشه، قانون تعادل اضداد،از پیش تعیین اینکه در جهان هر تجلی واقعیت، هر سیستمی جوهره مخالف خود را دارد و با آن در تعادل است یا می کوشد تا حضور در دنیای اطراف را درک و بپذیریم، علاوه بر انرژی معمولی، انرژی تاریک را نیز بپذیریم. و همچنین علاوه بر ماده معمولی، ماده تاریک. قانون تعادل اضداد این امکان را فراهم می کند که فرض کنیم جهان نه تنها از اتر تشکیل شده است، بلکه اتر نیز از دو نوع آن تشکیل شده است - مثبت و منفی.

قانون ارتباط متقابل جهانیکه دلالت بر یک ارتباط پایدار و مکرر بین تمام اشیاء، فرآیندها و سیستم‌ها در کیهان دارد، صرف نظر از مقیاس آنها، و قانون سلسله مراتببا نظم دادن به سطوح هر سیستمی در جهان از پایین ترین به بالاترین، امکان ساختن منطقی "نردبان موجودات" از اتر، ذرات، اتم ها، مواد، ستارگان و کهکشان ها به جهان وجود داشت. و سپس، راه‌هایی برای تبدیل تعداد فوق‌العاده عظیمی از کهکشان‌ها، ستاره‌ها، سیارات و دیگر اجرام مادی، ابتدا به ذرات، و سپس به جریان‌های اتر داغ پیدا کنید.

ما تأیید این دیدگاه ها را در عمل یافتیم. قانون توسعه، که حرکت تکاملی را در تمام حوزه های جهان اطراف ما تعیین می کند. از طریق تجزیه و تحلیل عملکرد این قوانین، به توصیفی از شکل و درک ساختار کیهان رسیدیم، تکامل کهکشان ها را آموختیم، مکانیسم های تشکیل ذرات و اتم ها، ستارگان و سیارات را دیدیم. برای ما کاملاً روشن شد که چگونه بزرگ از کوچک و کوچک از بزرگ تشکیل می شود.

فقط درک قانون تداوم حرکتکه ضرورت عینی فرآیند حرکت ثابت در فضا را برای همه اجرام و سیستم‌ها بدون استثنا تفسیر می‌کند، به ما امکان داد تا به چرخش هسته کیهان و کهکشان‌ها در اطراف تونل جهانی برسیم.

قوانین ساختار جهان به نوعی نقشه سفر ما بود که به ما کمک می کرد در مسیر حرکت کنیم و بر سخت ترین بخش ها و موانع آن در مسیر شناخت جهان غلبه کنیم. بنابراین، قوانین ساختار جهان نیز مهمترین ویژگی تجهیزات ما در این سفر به اعماق کیهان خواهد بود.

دومین شرط مهم برای موفقیت در نفوذ به اعماق کیهان البته این خواهد بود. نتایج تجربیدانشمندان، که بیش از صد سال آن را نگه داشتند، و کل ذخیره دانش و اطلاعات در مورد پدیده ها دنیای خردانباشته شده توسط علم مدرن در سفر اول متقاعد شدیم که بسیاری از پدیده های طبیعی را می توان به روش های مختلف تفسیر کرد و نتایج کاملاً متضادی گرفت.

نتیجه گیری های نادرست که توسط فرمول های ریاضی دست و پا گیر پشتیبانی می شود، به عنوان یک قاعده، علم را به بن بست می کشاند و توسعه لازم را فراهم نمی کند. آنها پایه و اساس تفکر اشتباه بیشتر را می گذارند، که به نوبه خود مفاد نظری نظریه های اشتباه توسعه یافته را تشکیل می دهد. این در مورد فرمول نیست. فرمول ها می توانند کاملاً صحیح باشند. اما تصمیمات محققان در مورد چگونگی و مسیر حرکت رو به جلو ممکن است کاملاً صحیح نباشد.

این وضعیت را می توان با میل به رسیدن از پاریس به فرودگاه شارل دوگل در دو جاده مقایسه کرد. اولی کوتاه ترین است که نمی توان بیش از نیم ساعت فقط با ماشین سپری کرد و دومی دقیقاً برعکس است، در سراسر جهان با ماشین، کشتی، تجهیزات ویژه، قایق، سورتمه سگ از طریق فرانسه، اقیانوس اطلس، آمریکای جنوبی، قطب جنوب، اقیانوس آرام، قطب شمال و در نهایت از طریق شمال شرق فرانسه به طور مستقیم به فرودگاه. هر دو راه ما را از یک نقطه به یک مکان هدایت می کنند. اما تا کی و با چه تلاشی؟ بله، و دقیق بودن و رسیدن به مقصد در یک مسیر طولانی و دشوار بسیار مشکل ساز است. بنابراین، نه تنها روند حرکت، بلکه انتخاب مسیر صحیح نیز مهم است.

در سفرمان، درست مانند سفر اول، سعی خواهیم کرد نگاهی متفاوت به نتیجه‌گیری‌هایی در مورد کیهان کوچک داشته باشیم که قبلاً توسط کل دنیای علمی ساخته و پذیرفته شده است. اول از همه، در رابطه با دانش به دست آمده در نتیجه مطالعه ذرات بنیادی، واکنش های هسته ای و فعل و انفعالات موجود. کاملاً ممکن است که در نتیجه غوطه ور شدن ما در اعماق کیهان، الکترون نه به عنوان یک ذره بدون ساختار، بلکه به عنوان یک جسم پیچیده تر از عالم کوچک در برابر ما ظاهر شود و هسته اتم ساختار متنوع خود را آشکار کند. زندگی غیرمعمول و فعال خود را داشته باشد.

فراموش نکنیم که منطق را با خودمان ببریم. این به ما این امکان را داد تا راه خود را در سخت ترین مکان های آخرین سفرمان پیدا کنیم. منطق هانوعی قطب نما بود که جهت مسیر درست را در سفر در وسعت کیهان نشان می داد. واضح است که حتی اکنون نیز نمی توانیم بدون آن کار کنیم.

با این حال، واضح است که یک منطق کافی نخواهد بود. در این سفر، ما نمی توانیم بدون شهود انجام دهیم. بینشبه ما امکان می دهد چیزی را پیدا کنیم که هنوز حتی نمی توانیم حدس بزنیم و هیچ کس قبل از ما به دنبال چیزی نبوده است. این شهود است که دستیار فوق‌العاده ماست که صدای او را با دقت گوش خواهیم داد. شهود ما را بدون توجه به باران و سرما، برف و یخبندان، بدون امید استوار و اطلاعات روشن، به حرکت وا می دارد، اما این اوست که به ما اجازه می دهد با وجود تمام قوانین و دستورالعمل هایی که همه بشر به آن عادت کرده است، به هدف خود برسیم. از نیمکت مدرسه

بالاخره بدون تخیل لجام گسیخته به جایی نمی رسیم. خیال پردازی- این ابزار دانشی است که ما به آن نیاز داریم، که به ما امکان می دهد بدون مدرن ترین میکروسکوپ ها آنچه را بسیار کوچکتر از کوچکترین ذرات کشف شده یا فقط توسط محققان فرض شده است ببینیم. تخیل تمام فرآیندهایی را که در یک سیاهچاله و در یک تونل جهانی اتفاق می افتد به ما نشان می دهد، مکانیسم هایی را برای ظهور نیروهای گرانشی در طول تشکیل ذرات و اتم ها فراهم می کند، ما را از طریق گالری های هسته اتم راهنمایی می کند و این امکان را فراهم می کند که پروازی شگفت‌انگیز بر روی یک الکترون در حال چرخش نور به دور یک گروه جامد اما ناشیانه از پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم انجام دهید.

متأسفانه، در این سفر به اعماق کیهان، ما نمی‌توانیم چیز دیگری برداریم - فضای بسیار کمی وجود دارد و ما باید خود را حتی به ضروری‌ترین چیزها محدود کنیم. اما این نمی تواند ما را متوقف کند! ما هدف را درک می کنیم! اعماق کیهان منتظر ماست!

دنیا و علم هیچ گاه ساکن نیستند. اخیراً، در کتاب های درسی فیزیک، آنها با اطمینان نوشتند که الکترون کوچکترین ذره است. سپس مزونها به کوچکترین ذرات تبدیل شدند و سپس بوزونها. و اکنون علم چیز جدیدی را کشف کرده است کوچکترین ذره در کیهانسیاهچاله پلانک است. درست است، تا کنون فقط در تئوری باز است. این ذره در دسته سیاهچاله ها قرار می گیرد زیرا شعاع گرانشی آن بزرگتر یا مساوی طول موج است. از میان تمام سیاهچاله های موجود، پلانکی کوچکترین است.

عمر بسیار کوتاه این ذرات نمی تواند تشخیص عملی آنها را ممکن سازد. حداقل فعلا. و همانطور که معمولاً تصور می شود در نتیجه واکنش های هسته ای تشکیل می شوند. اما این تنها طول عمر سیاهچاله های پلانک نیست که مانع از شناسایی آنها می شود. الان متاسفانه از نظر فنی این امکان وجود ندارد. برای سنتز سیاهچاله های پلانک، به شتاب دهنده انرژی بیش از هزار الکترون ولت نیاز است.

ویدئو:

با وجود چنین وجود فرضی این کوچکترین ذره در کیهان، کشف عملی آن در آینده کاملاً ممکن است. گذشته از این، نه چندان دور، بوزون افسانه ای هیگز نیز قابل شناسایی نبود. برای تشخیص آن بود که یک تاسیسات ایجاد شد که تنها تنبل ترین ساکن روی زمین نام آن را نشنیده بود - برخورد دهنده بزرگ هادرون. اعتماد دانشمندان به موفقیت این مطالعات به دستیابی به یک نتیجه هیجان انگیز کمک کرد. بوزون هیگز در حال حاضر کوچکترین ذره ذره ای است که وجود آن عملاً اثبات شده است. کشف آن برای علم بسیار مهم است، به همه ذرات اجازه داد جرم پیدا کنند. و اگر ذرات جرم نداشتند، جهان نمی توانست وجود داشته باشد. یک ماده واحد در آن تشکیل نمی شد.

با وجود اثبات شده عملی این ذره، بوزون هیگز، هنوز کاربردهای عملی برای آن اختراع نشده است. تا اینجا، این فقط دانش نظری است. اما همه چیز در آینده امکان پذیر است. همه اکتشافات در زمینه فیزیک بلافاصله کاربرد عملی نداشتند. هیچ کس نمی داند صد سال دیگر چه اتفاقی خواهد افتاد. از این گذشته، همانطور که قبلاً ذکر شد، جهان و علم هرگز ساکن نیستند.

در فیزیک، ذرات بنیادی اجسامی فیزیکی در مقیاس هسته یک اتم هستند که نمی توان آنها را به اجزای سازنده تقسیم کرد. با این حال، امروزه دانشمندان هنوز هم توانستند برخی از آنها را تقسیم کنند. ساختار و خواص این کوچکترین اجسام توسط فیزیک ذرات بنیادی مطالعه می شود.

کوچکترین ذرات تشکیل دهنده همه مواد از زمان های قدیم شناخته شده اند. با این حال، بنیانگذاران به اصطلاح "اتمیسم" را فیلسوف یونان باستان لوکیپوس و شاگرد مشهورتر او، دموکریتوس می دانند. فرض بر این است که دومی اصطلاح "اتم" را معرفی کرده است. از یونانی باستان "اتوموس" به "تقسیم ناپذیر" ترجمه شده است که دیدگاه های فیلسوفان باستان را تعریف می کند.

بعدها مشخص شد که اتم هنوز می تواند به دو جسم فیزیکی - هسته و الکترون - تقسیم شود. دومی متعاقباً به اولین ذره بنیادی تبدیل شد، زمانی که در سال 1897 جوزف تامسون انگلیسی آزمایشی با پرتوهای کاتدی انجام داد و نشان داد که آنها جریانی از ذرات یکسان با جرم و بار یکسان هستند.

به موازات کار تامسون، هانری بکرل که به مطالعه تابش اشعه ایکس مشغول است، آزمایشاتی با اورانیوم انجام می دهد و نوع جدیدی از تابش را کشف می کند. در سال 1898، یک زوج فیزیکدان فرانسوی، ماری و پیر کوری، مواد مختلف رادیواکتیو را مطالعه کردند و همان تشعشعات رادیواکتیو را یافتند. بعداً مشخص خواهد شد که از ذرات آلفا (2 پروتون و 2 نوترون) و ذرات بتا (الکترون) تشکیل شده است و بکرل و کوری جایزه نوبل را دریافت خواهند کرد. ماری اسکلودوسکا-کوری در تحقیقات خود با عناصری مانند اورانیوم، رادیوم و پولونیوم هیچ اقدام ایمنی از جمله استفاده نکردن از دستکش را انجام نداد. در نتیجه، در سال 1934 سرطان خون از او سبقت گرفت. به یاد دستاوردهای دانشمند بزرگ، عنصر کشف شده توسط زوج کوری، پولونیوم، به نام وطن مری - پولونیا، از لاتین - لهستان نامگذاری شد.

عکس از پنجمین کنگره سالوی، 1927. سعی کنید تمام دانشمندان این مقاله را در این عکس پیدا کنید.

در آغاز سال 1905، آلبرت انیشتین انتشارات خود را به ناقص بودن نظریه موج نور اختصاص داد، که فرضیه های آن از نتایج آزمایش ها متفاوت بود. که متعاقباً فیزیکدان برجسته را به ایده "کوانتوم نور" - بخشی از نور سوق داد. بعداً در سال 1926 توسط فیزیوشیمیست آمریکایی گیلبرت ان. لوئیس به عنوان "فوتون" که از یونانی "phos" ("نور") ترجمه شده است نامگذاری شد.

در سال 1913، ارنست رادرفورد، فیزیکدان بریتانیایی، بر اساس نتایج آزمایش‌هایی که قبلاً در آن زمان انجام شده بود، خاطرنشان کرد که جرم هسته‌های بسیاری از عناصر شیمیایی چند برابر جرم هسته هیدروژن است. بنابراین، او پیشنهاد کرد که هسته هیدروژن جزئی از هسته عناصر دیگر است. رادرفورد در آزمایش خود یک اتم نیتروژن را با ذرات آلفا تابش کرد که در نتیجه ذره خاصی را که ارنست آن را "پروتون" نامید، از دیگر "protos" یونانی (اول، اصلی) ساطع کرد. بعداً به طور تجربی تأیید شد که پروتون هسته هیدروژن است.

بدیهی است که پروتون تنها جزء هسته عناصر شیمیایی نیست. این ایده به این دلیل است که دو پروتون در هسته یکدیگر را دفع می کنند و اتم فوراً تجزیه می شود. بنابراین، رادرفورد فرضیه‌ای در مورد حضور ذره‌ای دیگر که جرمی برابر با جرم یک پروتون دارد، اما بدون بار است، مطرح کرد. برخی از آزمایشات دانشمندان بر روی تعامل عناصر رادیواکتیو و سبکتر آنها را به کشف یک تشعشع جدید دیگر سوق داد. در سال 1932، جیمز چادویک تشخیص داد که از همان ذرات خنثی تشکیل شده است که او آن را نوترون نامید.

بنابراین، مشهورترین ذرات کشف شد: فوتون، الکترون، پروتون و نوترون.

علاوه بر این، کشف اجسام زیرهسته ای جدید به یک رویداد فزاینده تبدیل شد و در حال حاضر حدود 350 ذره شناخته شده است که "بنیادی" در نظر گرفته می شوند. آنهایی که هنوز نتوانسته اند شکافته شوند، بدون ساختار در نظر گرفته می شوند و به آنها "بنیاد" می گویند.

اسپین چیست؟

قبل از اقدام به نوآوری های بیشتر در زمینه فیزیک، لازم است ویژگی های همه ذرات مشخص شود. معروف ترین آنها به غیر از جرم و بار الکتریکی شامل اسپین نیز می شود. این مقدار در غیر این صورت به عنوان "تکانه زاویه ای ذاتی" نامیده می شود و به هیچ وجه به جابجایی جسم زیرهسته ای به عنوان یک کل مرتبط نیست. دانشمندان توانسته‌اند ذرات را با اسپین‌های 0، ½، 1، 3/2 و 2 شناسایی کنند. برای تجسم چرخش، هرچند ساده، به عنوان ویژگی یک جسم، مثال زیر را در نظر بگیرید.

بگذارید شیء دارای یک چرخش برابر با 1 باشد. سپس چنین جسمی، وقتی 360 درجه بچرخد، به موقعیت اولیه خود باز خواهد گشت. در هواپیما، این جسم می تواند یک مداد باشد که پس از یک چرخش 360 درجه، در موقعیت اصلی خود قرار می گیرد. در مورد چرخش صفر، با هر چرخش جسم، همیشه یکسان به نظر می رسد، به عنوان مثال، یک توپ یک رنگ.

برای چرخش ½، به آیتمی نیاز دارید که با چرخش 180 درجه ظاهر خود را حفظ کند. این می تواند همان مداد باشد، فقط از هر دو طرف به صورت متقارن زمین شود. یک چرخش 2 نیاز به حفظ شکل از طریق چرخش 720 درجه دارد، در حالی که 3/2 به 540 نیاز دارد.

این ویژگی برای فیزیک ذرات بنیادی اهمیت زیادی دارد.

مدل استاندارد ذرات و فعل و انفعالات

دانشمندان با داشتن مجموعه ای چشمگیر از ریز اشیاء که دنیای اطراف ما را تشکیل می دهند، تصمیم به ساختار آنها گرفتند، بنابراین یک ساختار نظری معروف به نام "مدل استاندارد" شکل گرفت. او سه برهمکنش و 61 ذره را با استفاده از 17 ذره اساسی توصیف می کند که برخی از آنها را مدت ها قبل از کشف خود پیش بینی کرده بود.

این سه تعامل عبارتند از:

• الکترومغناطیسی. بین ذرات باردار الکتریکی رخ می دهد. در یک مورد ساده که از مدرسه شناخته می شود، اجسام با بار مخالف جذب می شوند و اجسامی به همین نام دفع می شوند. این از طریق به اصطلاح حامل برهمکنش الکترومغناطیسی - یک فوتون اتفاق می افتد.
• قوی، در غیر این صورت - تعامل هسته ای. همانطور که از نام آن پیداست، عمل آن به اجسام از مرتبه هسته اتم گسترش می یابد، مسئول جذب پروتون ها، نوترون ها و سایر ذرات، همچنین متشکل از کوارک ها است. نیروی قوی توسط گلوئون ها حمل می شود.
• ضعیف. در فواصل هزاران کمتر از اندازه هسته عمل می کند. این برهمکنش شامل لپتون ها و کوارک ها و همچنین پادذرات آنها می شود. علاوه بر این، در صورت تعامل ضعیف، آنها می توانند به یکدیگر تبدیل شوند. حامل ها بوزون های W+، W− و Z0 هستند.

بنابراین مدل استاندارد به صورت زیر شکل گرفت. این شامل شش کوارک است که همه هادرون ها را تشکیل می دهند (ذراتی که در معرض تعامل قوی هستند):

• بالا (u)؛
• مسحور (ج)؛
• true(t);
• پایین تر (d)؛
• عجیب (ها)؛
• شایان ستایش (ب).

می توان دید که فیزیکدانان القاب ندارند. 6 ذره دیگر لپتون هستند. اینها ذرات بنیادی با اسپین ½ هستند که در برهمکنش قوی شرکت نمی کنند.

• الکترون؛
• نوترینوی الکترونیکی؛
• میون;
• میون نوترینو؛
• تاو لپتون؛
• نوترینو تاو

و سومین گروه از مدل استاندارد، بوزون های گیج هستند که دارای اسپین برابر با 1 هستند و به عنوان حامل برهمکنش ها نشان داده می شوند:

• گلوئون قوی است.
• فوتون - الکترومغناطیسی؛
• بوزون Z ضعیف است.
• بوزون W ضعیف است.

آنها همچنین شامل ذره اخیراً کشف شده با اسپین 0 هستند که به بیان ساده، جرم اینرسی را به تمام اجسام زیرهسته ای دیگر می بخشد.

در نتیجه، طبق مدل استاندارد، جهان ما به این شکل است: همه مواد از 6 کوارک تشکیل شده است که هادرون و 6 لپتون را تشکیل می دهند. همه این ذرات می توانند در سه برهمکنش شرکت کنند که حامل آن ها بوزون های گیج هستند.

معایب مدل استاندارد

با این حال، حتی قبل از کشف بوزون هیگز، آخرین ذره ای که توسط مدل استاندارد پیش بینی شده بود، دانشمندان از آن فراتر رفته بودند. نمونه بارز این به اصطلاح است. "برهم کنش گرانشی" که امروزه با دیگران برابری می کند. احتمالاً حامل آن ذره ای با اسپین 2 است که جرمی ندارد و فیزیکدانان هنوز نتوانسته اند آن را تشخیص دهند - "گراویتون".

علاوه بر این، مدل استاندارد 61 ذره را توصیف می کند و امروزه بیش از 350 ذره برای بشر شناخته شده است. این بدان معناست که کار فیزیکدانان نظری تمام نشده است.

طبقه بندی ذرات

فیزیکدانان برای اینکه زندگی را برای خود آسان تر کنند، همه ذرات را بر اساس ساختار و سایر ویژگی هایشان دسته بندی کرده اند. طبقه بندی بر اساس ویژگی های زیر است:

• طول عمر.
  1. پایدار. از جمله پروتون و پادپروتون، الکترون و پوزیترون، فوتون و همچنین گراویتون هستند. وجود ذرات پایدار محدود به زمان نیست، تا زمانی که در حالت آزاد باشند، یعنی. با هیچ چیز تعامل نکنید
  2. ناپایدار. همه ذرات دیگر پس از مدتی به اجزای سازنده خود تجزیه می شوند، بنابراین آنها را ناپایدار می نامند. به عنوان مثال، یک میون تنها 2.2 میکروثانیه زندگی می کند، و یک پروتون 2.9 10*29 سال عمر می کند، پس از آن می تواند به یک پوزیترون و یک پیون خنثی تجزیه شود.
• وزن.
  1. ذرات بنیادی بدون جرم که تنها سه مورد از آنها وجود دارد: فوتون، گلوئون و گراویتون.
  2. ذرات عظیم همه چیز دیگری هستند.
• مقدار چرخش
  1. چرخش کامل، از جمله صفر، ذراتي به نام بوزون دارند.
  2. ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند.
• مشارکت در تعاملات.
  1. هادرون ها (ذرات ساختاری) اجرام زیرهسته ای هستند که در هر چهار نوع برهمکنش شرکت می کنند. قبلاً ذکر شد که آنها از کوارک ها تشکیل شده اند. هادرون ها به دو زیر گروه تقسیم می شوند: مزون ها (اسپین عدد صحیح، بوزون هستند) و باریون ها (اسپین نیمه صحیح - فرمیون ها).
  2. بنیادی (ذرات بدون ساختار). اینها شامل لپتون‌ها، کوارک‌ها و بوزون‌های گیج هستند (قبل‌تر بخوانید - "مدل استاندارد ..").

پس از آشنایی با طبقه بندی تمام ذرات، می توان به عنوان مثال، برخی از آنها را به طور دقیق تعیین کرد. بنابراین نوترون فرمیون، هادرون یا بهتر است بگوییم باریون و نوکلئون است، یعنی دارای یک اسپین نیمه صحیح است، از کوارک ها تشکیل شده و در 4 برهم کنش شرکت می کند. نوکلئون نام رایج پروتون ها و نوترون ها است.

• جالب اینجاست که مخالفان اتمیسم دموکریتوس که وجود اتم ها را پیش بینی می کرد، اظهار داشتند که هر ماده ای در جهان تا بی نهایت قابل تقسیم است. تا حدی ممکن است درست باشد، زیرا دانشمندان قبلاً موفق شده اند اتم را به یک هسته و یک الکترون، هسته را به یک پروتون و یک نوترون و اینها به نوبه خود به کوارک ها تقسیم کنند.
• دموکریتوس فرض می‌کرد که اتم‌ها شکل هندسی واضحی دارند و بنابراین اتم‌های «تیز» آتش می‌سوزند، اتم‌های خشن جامدات توسط برآمدگی‌هایشان محکم به هم چسبیده‌اند و اتم‌های صاف آب در حین برهمکنش می‌لغزند، در غیر این صورت جریان می‌یابند.
• جوزف تامسون مدل خود را از اتم ساخت که به عنوان جسمی با بار مثبت تصور می‌کرد که الکترون‌ها در آن «گیر کرده‌اند». مدل او «پودینگ با کشمش» (مدل پودینگ آلو) نام داشت.
• کوارک ها نام خود را از فیزیکدان آمریکایی موری گل مان گرفته اند. دانشمند می خواست از کلمه ای مشابه صدای اردک (kwork) استفاده کند. اما در رمان جیمز جویس فینیگان ها ویک در ردیف «سه کوارک برای آقای مارک!» با کلمه «کوارک» مواجه شدم که معنای آن دقیقاً مشخص نیست و ممکن است جویس آن را صرفاً برای قافیه به کار برده باشد. موری تصمیم گرفت ذرات را با این کلمه نامگذاری کند، زیرا در آن زمان فقط سه کوارک شناخته شده بود.
• اگرچه فوتون ها، ذرات نور، بدون جرم هستند، اما در نزدیکی یک سیاهچاله، به نظر می رسد که مسیر حرکت خود را تغییر می دهند و با کمک برهم کنش گرانشی به سمت آن جذب می شوند. در واقع، یک جسم پرجرم فضا-زمان را خم می کند، به همین دلیل هر ذره، از جمله ذرات بدون جرم، مسیر حرکت خود را به سمت سیاهچاله تغییر می دهد (نگاه کنید به).
• برخورد دهنده بزرگ هادرون دقیقاً به این دلیل که با دو پرتو هدایت شده از هادرون برخورد می کند، ذرات با اندازه های مرتبه هسته یک اتم، که در همه برهمکنش ها شرکت می کنند.

در پاسخ به این سوال که کوچکترین ذره در جهان چیست؟ کوارک، نوترینو، بوزون هیگز یا سیاهچاله پلانک؟ توسط نویسنده ارائه شده است قفقازیبهترین پاسخ این است که ذرات بنیادی همه اندازه صفر دارند (شعاع صفر است). با وزن. ذرات با جرم صفر (فوتون، گلوئون، گراویتون) وجود دارد. نوترینوها از بین عظیم ترین ها، کوچکترین جرم را دارند (کمتر از 0.28 eV / s ^ 2، به طور دقیق تر، آنها هنوز اندازه گیری نشده اند). فرکانس، زمان - ویژگی ذرات نیست. شما می توانید در مورد زمان های زندگی صحبت کنید، اما این یک گفتگو متفاوت است.

پاسخ از کوک[گورو]
Mosk Zerobubus.

پاسخ از میخائیل لوین[گورو]
در واقع، عملاً هیچ مفهومی از "اندازه" در دنیای خرد وجود ندارد. خوب، برای هسته هنوز هم می توان در مورد آنالوگ با اندازه صحبت کرد، برای مثال، از طریق احتمال ورود الکترون ها از پرتو به آن، اما برای الکترون های کوچکتر نه.

پاسخ از تعمید دادن[گورو]
"اندازه" یک ذره بنیادی - مشخصه یک ذره که منعکس کننده توزیع فضایی جرم یا بار الکتریکی آن است. معمولا آنها در مورد به اصطلاح صحبت می کنند. شعاع ریشه-میانگین مربع توزیع بار الکتریکی (که به طور همزمان توزیع جرم را مشخص می کند)
بوزون‌های گیج و لپتون‌ها، با دقت اندازه‌گیری‌های انجام‌شده، «اندازه‌های» محدودی را نشان نمی‌دهند. این بدان معنی است که "اندازه" آنها< 10^-16 см
بر خلاف ذرات بنیادی واقعی، "ابعاد" هادرون محدود است. شعاع ریشه-میانگین مربع مشخصه آنها با شعاع محصور شدن (یا محصور شدن کوارک ها) تعیین می شود و به ترتیب بزرگی برابر با 10-13 سانتی متر است.البته در این مورد از هادرون به هادرون دیگر متفاوت است.

پاسخ از کریل اودینگ[گورو]
یکی از فیزیکدانان بزرگ گفت (نه نیلز بور برای یک ساعت؟) "اگر توانستید مکانیک کوانتومی را به صورت بصری توضیح دهید، بروید و جایزه نوبل خود را بگیرید."

پاسخ از سرکود سرگئی پولیکانوف[گورو]
کوچکترین ذره بنیادی در جهان چیست؟
ذرات بنیادی یک اثر گرانشی ایجاد می کنند.
حتی کمتر؟
ذرات بنیادی که ذراتی را به حرکت در می آورند که اثر گرانشی ایجاد می کنند
بلکه در آن شرکت می کنند.
حتی ذرات بنیادی کوچکتری نیز وجود دارد.
پارامترهای آنها حتی در محاسبات نمی گنجد، زیرا ساختارها و پارامترهای فیزیکی آنها ناشناخته است.

پاسخ از میشا نیکیتین[فعال]
کوارک

پاسخ از ماتیپاتی کیپیروفینوویچ[فعال]
سیاه چاله پلانکو

پاسخ از برادر qwerty[تازه کار]
کوارک ها کوچکترین ذرات جهان هستند. برای جهان هیچ مفهومی از اندازه وجود ندارد، بی حد و حصر است. اگر ماشینی اختراع کنید که یک نفر را کاهش دهد، آنوقت امکان کاهش بی نهایت کمتر، کمتر، کمتر وجود خواهد داشت... بله، کوارک کوچکترین "ذره" است اما چیزی کوچکتر از یک ذره وجود دارد. فضا. نه. این دارد. اندازه.

پاسخ از آنتون کوروچکا[فعال]
پروتون نوترون 1*10^-15 1 فمتومتر
Quark-U Quark-D Electron 1*10^-18 1 attometer
Quark-S 4*10^-19 400 زپتومتر
کوارک-سی 1*10^-19 100 زپتومتر
کوارک-بی 3*10^-20 30 زپتومتر
نوترینو پر انرژی 1.5*10^-20 15 زپتومتر
پریون 1*10^-21 1 زپتومتر
کوارک-تی 1*10^-22 100 یوکتومتر
MeV نوترینو 2*10^-23 20 یوکتومتر
نوترینو 1*10^-24 1 یوکتومتر -(اندازه بسیار کوچک!!!) -
ذره پلونک 1.6*10^-35 0.000 000 000 016 یوکتومتر
فوم کوانتومی رشته کوانتومی 1*10^-35 0.000 000 000 01 یوکتومتر
این جدول اندازه ذرات است. و در اینجا می توانید ببینید که کوچکترین ذره ذره پلانک است، اما از آنجایی که بسیار کوچک است، نوترینو کوچکترین ذره است. اما برای جهان، تنها طول پلانک کوچکتر است

نوترینو، یک ذره فوق‌العاده کوچک در کیهان، نزدیک به یک قرن است که توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. جوایز نوبل بیشتر برای تحقیق در مورد نوترینو نسبت به کار بر روی ذرات دیگر اعطا شده است و امکانات عظیمی برای مطالعه آن با بودجه ایالت های کوچک ساخته می شود. الکساندر نوزیک، محقق ارشد مؤسسه تحقیقات هسته ای آکادمی علوم روسیه، مدرس مؤسسه فیزیک و فناوری مسکو و شرکت کننده در آزمایش ترویتسک nu-mass برای جستجوی جرم نوترینو، نحوه مطالعه آن را می گوید، اما مهمتر از همه، چگونه می توان آن را گرفت.

رمز و راز انرژی دزدیده شده

تاریخچه مطالعه نوترینوها را می توان به عنوان یک داستان کارآگاهی جذاب خواند. این ذره بیش از یک بار توانایی های قیاسی دانشمندان را آزمایش کرد: همه معماها را نمی توان فوراً حل کرد و برخی از آنها تاکنون حل نشده اند. بیایید با تاریخچه کشف شروع کنیم. واپاشی های رادیواکتیو در انواع مختلف در پایان قرن نوزدهم مورد مطالعه قرار گرفت و جای تعجب نیست که در دهه 1920، دانشمندان ابزارهایی در زرادخانه خود داشتند که نه تنها برای ثبت خود فروپاشی، بلکه برای اندازه گیری انرژی ذرات ساطع شده نیز استفاده می کردند. ، اگرچه با استانداردهای امروزی چندان دقیق نیست. با افزایش دقت ابزارها، شادی دانشمندان افزایش یافت، و گیجی، از جمله، با واپاشی بتا، که در آن یک الکترون از یک هسته رادیواکتیو خارج می‌شود و خود هسته بار خود را تغییر می‌دهد، مرتبط بود. چنین فروپاشی دو ذره نامیده می شود، زیرا دو ذره در آن تشکیل می شود - یک هسته جدید و یک الکترون. هر دانش‌آموز دبیرستانی توضیح می‌دهد که با استفاده از قوانین حفاظت و دانستن جرم این قطعات، می‌توان انرژی و تکانه قطعات را در چنین فروپاشی تعیین کرد. به عبارت دیگر، انرژی مثلاً یک الکترون در هر فروپاشی هسته یک عنصر خاص همیشه یکسان خواهد بود. در عمل، تصویر کاملاً متفاوتی مشاهده شد. انرژی الکترون ها نه تنها ثابت نبود، بلکه در یک طیف پیوسته تا صفر پخش شد که دانشمندان را گیج کرد. این تنها زمانی می تواند اتفاق بیفتد که فردی انرژی را از تجزیه بتا بدزدد. اما انگار کسی نیست که آن را بدزدد.

با گذشت زمان، ابزارها بیشتر و دقیق تر شدند و به زودی فرصت نسبت دادن چنین ناهنجاری به خطای تجهیزات از بین رفت. بنابراین یک راز به وجود آمد. در جستجوی راه حل آن، دانشمندان فرضیات مختلف و حتی کاملاً پوچ را با استانداردهای امروزی بیان کردند. به عنوان مثال، خود نیلز بور اظهار نظر جدی کرد مبنی بر اینکه قوانین حفاظت در دنیای ذرات بنیادی اعمال نمی شود. نجات روز توسط ولفگانگ پائولی در سال 1930. او نتوانست در کنفرانس فیزیک در توبینگن شرکت کند و از آنجا که قادر به شرکت از راه دور نبود، نامه‌ای فرستاد که خواستار خواندن آن شد. در اینجا گزیده هایی از آن آمده است:

خانم ها و آقایان عزیز رادیواکتیو. از شما می‌خواهم در راحت‌ترین لحظه به پیام‌رسانی که این نامه را تحویل داده است، با دقت گوش دهید. او به شما خواهد گفت که من یک ابزار عالی برای قانون بقا و آمار صحیح پیدا کرده ام. در احتمال وجود ذرات خنثی الکتریسیته نهفته است... اگر فرض کنیم که در خلال واپاشی β، چنین "نوترونی" از هر الکترون ساطع می شود، تداوم طیف - آشکار خواهد شد، و مجموع انرژی "نوترون" و الکترون ثابت است ... "

در پایان نامه این سطور آمده بود:

"ریسک نکنید، برنده نشوید. شدت وضعیت هنگام در نظر گرفتن طیف β پیوسته به ویژه پس از سخنان پروفسور برجسته می شود. دبای که با حسرت به من گفت: "اوه، بهتر است همه اینها را ... مالیات جدید ندانم." بنابراین، هر راه رستگاری باید مورد بحث جدی قرار گیرد. پس شما عزیزان رادیواکتیو آن را امتحان کنید و قضاوت کنید.»

بعداً، خود پائولی ابراز نگرانی کرد که اگرچه ایده او فیزیک عالم کوچک را نجات می دهد، اما هرگز ذره جدیدی به صورت تجربی کشف نخواهد شد. آنها می گویند که او حتی با همکارانش بحث کرده است که اگر این ذره وجود داشته باشد، تشخیص آن در طول زندگی ممکن نیست. در چند سال بعد، انریکو فرمی تئوری واپاشی بتا را شامل ذره‌ای که او نوترینو نامید، ایجاد کرد که کاملاً با آزمایش موافق بود. پس از آن، هیچ کس شک نداشت که ذره فرضی واقعاً وجود دارد. در سال 1956، دو سال قبل از مرگ پائولی، نوترینو توسط گروه فردریک رینز و کلاید کوان به طور تجربی در واپاشی بتا معکوس کشف شد (رینز برای این کار جایزه نوبل دریافت کرد).

مورد نوترینوهای خورشیدی گم شده

به محض اینکه مشخص شد که نوترینوها اگرچه دشوار هستند، اما هنوز می توان آنها را ثبت کرد، دانشمندان شروع به تلاش برای گرفتن نوترینوهایی با منشاء فرازمینی کردند. واضح ترین منبع آنها خورشید است. واکنش های هسته ای به طور مداوم در آن در حال انجام است و می توان محاسبه کرد که حدود 90 میلیارد نوترینو خورشیدی در هر ثانیه از هر سانتی متر مربع از سطح زمین عبور می کند.

در آن زمان موثرترین روش برای گرفتن نوترینوهای خورشیدی روش رادیوشیمیایی بود. ماهیت آن به شرح زیر است: نوترینوی خورشیدی به زمین می رسد، با هسته تعامل می کند. معلوم می شود، مثلاً، یک هسته 37Ar و یک الکترون (این واکنشی است که در آزمایش ریموند دیویس استفاده شد، که بعداً جایزه نوبل به او اهدا شد). پس از آن، با شمارش تعداد اتم‌های آرگون، می‌توان گفت که در طول زمان قرار گرفتن در معرض، چند نوترینو در حجم آشکارساز برهم کنش داشته‌اند. البته در عمل همه چیز به این سادگی نیست. باید درک کرد که شمارش اتم های آرگون در هدفی با وزن صدها تن ضروری است. نسبت جرم ها تقریباً برابر با جرم مورچه و جرم زمین است. پس از آن بود که کشف شد که ⅔ از نوترینوهای خورشیدی دزدیده شده است (شار اندازه گیری شده سه برابر کمتر از پیش بینی شده بود).

البته در وهله اول شک به خود خورشید افتاد. از این گذشته، ما می توانیم زندگی درونی او را فقط با علائم غیر مستقیم قضاوت کنیم. معلوم نیست نوترینوها چگونه روی آن متولد می شوند و حتی ممکن است تمام مدل های خورشید اشتباه باشند. فرضیه های کاملاً متفاوتی مورد بحث قرار گرفت، اما در پایان، دانشمندان شروع به گرایش به این ایده کردند که این خورشید نیست که مهم است، بلکه ماهیت حیله گر خود نوترینوها است.

یک انحراف تاریخی کوچک: در دوره بین کشف تجربی نوترینوها و آزمایشات در مورد مطالعه نوترینوهای خورشیدی، چندین کشف جالب دیگر رخ داد. ابتدا پادنوترینوها کشف شدند و ثابت شد که نوترینوها و پادنوترینوها به روش های مختلف در برهمکنش ها شرکت می کنند. علاوه بر این، تمام نوترینوها در تمام فعل و انفعالات همیشه چپ‌دست هستند (پیش‌بینی چرخش در جهت حرکت منفی است) و همه پادنوترینوها راست‌دست هستند. این ویژگی نه تنها در بین تمام ذرات بنیادی فقط برای نوترینوها مشاهده می شود، بلکه به طور غیرمستقیم نشان می دهد که جهان ما اصولاً متقارن نیست. ثانیاً، مشخص شد که هر لپتون باردار (الکترون، میون و لپتون تاو) نوع یا طعم خاص خود را از نوترینو دارد. علاوه بر این، نوترینوهای هر نوع فقط با لپتون خود برهم کنش دارند.

بیایید به مشکل خورشیدی خود برگردیم. در دهه 1950، پیشنهاد شد که طعم لپتون (نوعی نوترینو) نباید حفظ شود. یعنی اگر یک نوترینوی الکترونی در یک واکنش متولد شده باشد، در مسیر واکنش دیگر، نوترینو می تواند لباس را عوض کند و به صورت میون اجرا شود. این می تواند فقدان نوترینوهای خورشیدی را در آزمایشات رادیوشیمیایی که فقط به نوترینوهای الکترونی حساس هستند توضیح دهد. این فرضیه با اندازه‌گیری شار نوترینوی خورشیدی در آزمایش‌های سوسوزن با یک هدف آبی بزرگ SNO و Kamiokande (که اخیراً جایزه نوبل دیگری برای آن اعطا شد) به طرز درخشانی تأیید شد. در این آزمایش‌ها، دیگر واپاشی بتا معکوس مورد مطالعه نیست، بلکه واکنش پراکندگی نوترینو است که می‌تواند نه تنها با الکترون، بلکه با نوترینوهای میون نیز رخ دهد. هنگامی که به جای شار الکترونی نوترینوها، شروع به اندازه گیری شار کل انواع نوترینوها کردند، نتایج کاملاً انتقال نوترینوها از یک نوع به نوع دیگر یا نوسانات نوترینو را تأیید کردند.

حمله به مدل استاندارد

کشف نوسانات نوترینو، با حل یک مشکل، چندین مورد جدید ایجاد کرد. نکته اصلی این است که از زمان پائولی، نوترینوها ذرات بدون جرم مانند فوتون در نظر گرفته می شدند و این برای همه مناسب بود. تلاش ها برای اندازه گیری جرم نوترینو ادامه یافت، اما بدون اشتیاق زیاد. نوسانات همه چیز را تغییر داده اند، زیرا برای وجود آنها جرم، هرچند کوچک، ضروری است. البته کشف جرم در نوترینوها، آزمایش‌کنندگان را خوشحال کرد، اما نظریه‌پردازان را متحیر کرد. اولاً، نوترینوهای عظیم در مدل استاندارد فیزیک ذرات که دانشمندان از آغاز قرن بیستم در حال ساخت آن بوده اند، نمی گنجد. ثانیاً، همان چپ دستی مرموز نوترینو و راست دست بودن پادنوترینو فقط برای ذرات بدون جرم به خوبی توضیح داده شده است. در حضور جرم، نوترینوهای چپ دست باید به احتمال زیاد به نوترینوهای راست دست، یعنی به پادذره تبدیل شوند که قانون ظاهراً تزلزل ناپذیر بقای عدد لپتون را نقض می کنند، یا حتی به نوعی نوترینو تبدیل می شوند که این کار را انجام نمی دهند. در تعامل شرکت کنند. امروزه به چنین ذرات فرضی نوترینوهای عقیم می گویند.

آشکارساز نوترینو سوپرکامیوکاند © رصدخانه Kamioka، ICRR (موسسه تحقیقات پرتوهای کیهانی)، دانشگاه توکیو

البته جستجوی تجربی برای جرم نوترینو بلافاصله به طور ناگهانی از سر گرفته شد. اما بلافاصله این سؤال مطرح شد: چگونه جرم چیزی را اندازه گیری کنیم که به هیچ وجه نمی توان آن را گرفت؟ تنها یک پاسخ وجود دارد: اصلاً نوترینو نگیرید. تا به امروز، دو جهت به طور فعال در حال توسعه است - جستجوی مستقیم برای جرم نوترینوها در واپاشی بتا و مشاهده واپاشی دوگانه بتا بدون نوترینو. در مورد اول، ایده بسیار ساده است. هسته با گسیل یک الکترون و یک نوترینو تجزیه می شود. گرفتن نوترینو ممکن نیست، اما می توان الکترون را با دقت بسیار بالایی گرفت و اندازه گرفت. طیف الکترونی نیز حامل اطلاعاتی در مورد جرم نوترینو است. چنین آزمایشی یکی از پیچیده‌ترین آزمایش‌ها در فیزیک ذرات است، اما مزیت بی‌تردید آن این است که مبتنی بر اصول اولیه بقای انرژی و تکانه است و نتیجه آن به کمی بستگی دارد. اکنون بهترین حد برای جرم نوترینو حدود 2 eV است. این 250 هزار بار کمتر از الکترون است. یعنی خود جرم پیدا نشد، بلکه فقط توسط قاب بالایی محدود شد.

با فروپاشی مضاعف بتا، همه چیز پیچیده تر است. اگر فرض کنیم که یک نوترینو در حین چرخش به یک پادنوترینو تبدیل شود (این مدل به نام فیزیکدان ایتالیایی اتوره مایورانا نامگذاری شده است)، در این صورت فرآیندی ممکن است زمانی که دو واپاشی بتا به طور همزمان در هسته اتفاق بیفتد، اما نوترینوها به بیرون پرواز نکنند. اما قرارداد احتمال چنین فرآیندی مربوط به جرم نوترینو است. حد بالایی در چنین آزمایشاتی بهتر است - 0.2 - 0.4 eV - اما به مدل فیزیکی بستگی دارد.

مشکل عظیم نوترینو هنوز حل نشده است. نظریه هیگز نمی تواند چنین توده های کوچکی را توضیح دهد. این امر مستلزم یک پیچیدگی قابل توجه یا دخالت برخی قوانین حیله گرانه است که بر اساس آن نوترینوها با بقیه جهان تعامل دارند. اغلب از فیزیکدانانی که درگیر مطالعه نوترینوها هستند این سوال پرسیده می شود: "مطالعه نوترینوها چگونه می تواند به افراد عادی کمک کند؟ از این ذره چه سود مالی یا دیگری می توان به دست آورد؟ فیزیکدان ها شانه بالا می اندازند. و واقعاً نمی دانند. زمانی مطالعه دیودهای نیمه هادی به فیزیک کاملاً بنیادی تعلق داشت، بدون هیچ کاربرد عملی. تفاوت در این است که فناوری‌هایی که برای ایجاد آزمایش‌های مدرن در فیزیک نوترینو توسعه می‌یابند، در حال حاضر به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند، بنابراین هر پنی سرمایه‌گذاری شده در این زمینه به سرعت جواب می‌دهد. اکنون چندین آزمایش در جهان در حال انجام است که مقیاس آنها با مقیاس برخورد دهنده بزرگ هادرون قابل مقایسه است. هدف این آزمایشات منحصراً مطالعه خواص نوترینوها است. در کدام یک از آنها می توان صفحه جدیدی در فیزیک باز کرد، مشخص نیست، اما مطمئناً باز خواهد شد.