Što je najmanji čestice koje znamo?

Why Black Holes Could Delete The Universe – The Information Paradox (Lipanj 2019).

Anonim

Kada su se fizičari prvi put sudarali s protonskim elektronima, primijetili su da su elektroni odnijeli tri male tvrde jezgre unutar protona. Jezgre se potom nazivaju kvarkama i utvrđeno je da su čak i manje čestice koje čine proton. Kvarkovi su najmanji čestice koje smo našli u našem znanstvenom nastojanju. Otkriće kvarkova značilo je da protoni i neutroni više nisu temeljni.

Za više temeljitog razumijevanja neka se ukloni komad tvari i otkriti njegove sastojke uklanjanjem svakog sloja jedan po jedan.

Iz pogleda ptičje perspektive, materija izgleda kruto i njegova svojstva lako se mogu mjeriti. No čak i 6-godišnjak može zaključiti da su čvrsti stupovi njegovog pomno izrađenog pješčenjaka zbroj milijardi mikroskopskih pijeska. Sljedeće pitanje je

,

što čini zrno pijeska?

Atom

Iznenađujuće, teorija nije dobro napredovala. Većina tekstova pisanih o elementarnim sastavnicama izgubljena je i preuzeta nakon više stoljeća. Trebalo je gotovo dva tisućljeća da se atomi prepoznaju kao pravi temeljni fizički objekt.

Spekulacije su konačno potvrdili u 1800-tim kada je kemičar John Dalton provela niz genijalnih pokusa na plinovima. Prosječni promjer jednog atoma izmjeren je oko 50 nano-centimetara - milijunti dio zrna pijeska. Atom je tada najmanji čovjek poznat.

Subatomske čestice

Budući da su objekti električki neutralni, Thomson je smislio da negativni naboj elektrona mora biti otkazan malim kvržicom pozitivnog naboja u kojem su ugrađeni elektroni. To je bio ikad poznati model "grožđica u pudingu".

Ta je zamisao s pravom odbačena 1911. godine kada je Rutherford bombardirao tanki komad zlatne folije s alfa zrakom i otkrio da atomi uglavnom prazni, ali sadrže koncentriranu pozitivnu središnju naboj. Nazvao je ovaj centar jezgru atoma i pozvao pozitivno nabijenu česticu kao proton . "Prosječni" promjer protona izmjeren je tri puta manji od elektrona, ali u smislu mase 1837 puta teži!

Također je pretpostavio da se elektroni okreću oko jezgre, analogno modelu sunčevog sustava planeta. Međutim, razmjera udaljenosti između središnjeg entiteta i onih koji su se pridržavali toga u dva modela pokazali su astronomsku nejednakost.

Ali slavlje nije trajalo dugo. Ubrzo su kemičari otkrili izotope - elemente koji se kemijski ne razlikuju, ali se razlikuju po atomskim masama. Činilo se da par izotopa sadrži isti broj protona, ali je ipak pokazivao razliku u ukupnoj masi.

Rutherford je to činio ukazujući na prisutnost nove temeljne čestice, nešto teže od protona, ali električki neutralne. Njegova je spekulacija postala stvarnost kad je James Chadwick 1932. godine otkrio ovu lakonsku česticu - neutron. Ispalo je da neutroni i protoni imaju istu veličinu i masu - otprilike 2000 puta mase elektrona.

Možemo li otkloniti tvari dalje dalje? Mislim nije 0, 00000000000001 centimetara dovoljno mali ?! Dobro

,

.. ne baš.

Quark

(Foto kredit: tražitelj / Youtube)

Akceleratori razbijaju subatomske čestice pri velikim brzinama, što ih uzrokuje da se razbiju u njihove sastavnice. Slično je proučavanju unutarnjih mehanizama televizije bacajući je s vrha zgrade od 20 katova i proučavajući njezine slomljene dijelove.

Kada su fizičari prvi put započeli s sudaranjem elektrona s protonom, primijetili su da su elektroni odnijeli tri male tvrde jezgre unutar protona. Utvrđene su jezgre još manjih čestica koje čine proton. Ove elementarne čestice nazivaju se kvarkama, a otkriće kvarkova značilo je da protoni i neutroni više nisu temeljni. Već smo napisali detaljniji i zakrivljeni članak namijenjen specifično svojstvima i ponašanju kvarkova. Ovdje ga možete pronaći.

Ali možemo li sve dublje kopati?

Elementarne čestice

Pa, za razliku od svojih vršnjaka, elektron ostaje čvrsto da bude uistinu temeljna čestica. Oduprla se daljnjem razbijanju u više elementarnih dijelova. Međutim, ako su elektroni i kvarkovi fundamentalni, a kvarkovi nalaze u protonskim, kako je njegov polumjer tri puta veći od protona ?!

Radijus koji pripisujemo subatomskoj čestici proizlazi iz određenih pretpostavki. Na primjer, kada se pretpostavlja da je maseni potencijal elektrona u potpunosti sadržan, njegov polumjer javlja se veći od protona. Bolji pristup računanju radijusa elektrona prepoznat je kao korištenje omjera proton / elektron masa.

Koristeći ove omjere, radijus elektrona nalazimo oko deset puta manji nego što smo ranije mislili da je to; milijunti dio milijarde centimetara ili 0, 00000000000000001 cm.

Zato sam koristio riječ "prosjek" za opisivanje fizičkih svojstava tih čestica. Radijus je dimenzionalni konstrukt i nema nikakve veze sa stvarnim radijusom.

Slično tome, ni s kvarkama nismo imali sreće. Oni odbijaju biti izolirani, pa čak i ako jesu, ne traju predugo. Neki žive jednako kao milijardu milijardu milijardu sekunde! Odvajanje para zahtijeva toliko energije da završi da se koristi za oblikovanje dva kvarkova koji se vežu na izvornu dva!

Nemojte se zaprepasti količina energije ovdje. Razmislite o ovome

,

doslovno pokušavate razdvojiti samu tvar stvarnosti.

Zašto je naša koncepcija "veličine" pogrešna?

Ipak, znanstvenici su uspjeli provesti neke pomnije studije kako bi približile veličinu kvarkova. Najnovije što sam mogla naći je približno milijardu milijarde centimetara, što je u istoj ligi kao elektron.

U ovom trenutku postaje neophodno shvatiti da Standardni model, krunski dragulj fizike čestica, ne opisuje subatomske čestice u smislu njihove veličine ili mase, već njihove energije. Proton ili neutron nema fiksni oblik ili volumen - njegov volumen je osmišljen iz prostora u kojem su njegovi sastojci ograničeni.

Kvarkovi, elektroni ili bilo koje druge subatomske čestice samo su koncentrirane energije; oni nemaju osobitu narudžbu, dok su temeljne čestice, poput kvarkova i elektrona, smatrane točkastim. Oni nemaju dimenziju i doslovno se smatraju dimenzijom bez dimenzija u prostoru. Razmišljanje o njima kao točke samo je korisno pojednostavljenje jer nema dokaza suprotno.

Model u okviru ovih razmatranja uspješno je uhvatio (sve do sada) sve što je poznato sa zapanjujućom točnošću. Poznato je da je to najtočnija teorija u bilo kojem području. Naravno, ta se pretpostavka, kao i svaka u znanosti, ne boji da će se zgrčiti i otpustiti kad se netko napravi. Znanstvenici se ne brinu o povratku na ploču za crtanje, pod uvjetom da postoje dokazi. U ovom slučaju, otkriće čestice unutar.