Елементарні частинки - це найменші відомі будівельні блоки Всесвіту. Вважається, що вони не мають внутрішньої структури, це означає, що дослідники думають про них як про нульові розміри, які не займають місця. Електрони - це, мабуть, найвідоміші елементарні частинки, але Стандартна модель фізики, яка описує взаємодію частинок і майже всі сили, розпізнає 10 загальних елементарних частинок.
Електрони та споріднені частинки
Електрони - це негативно заряджені компоненти атомів. Хоча вони вважаються нульовими розмірними точковими частинками, електрони оточені хмарою інших віртуальних частинок, що постійно підморгують і існують, які, по суті, діють як частина самого електрона. Деякі теорії передбачають, що електрон має трохи позитивний і злегка негативний полюс, що означає, що ця хмара віртуальних частинок повинна бути трохи асиметричною.
Якби це було так, електрони могли поводитися інакше, ніж їхні протиматеріальні подвійні, позитрони, потенційно пояснюючи багато загадок про матерію та антиматерію. Але фізики неодноразово вимірювали форму електрона і вважали, що він ідеально округлий, наскільки їм відомо, залишаючи їх без відповідей на антиматеріальні головоломки.
Електрон має двох важчих родичів, які називаються мюонами і тау. Мюони можуть бути створені, коли високоенергетичні космічні промені з космосу потрапляють на вершину земної атмосфери, породжуючи зливи екзотичних частинок. Таус навіть рідше і складніше у виробництві, оскільки вони в 3400 разів важчі за електрони. Нейтрино, електрони, мюони та таус становлять категорію основних частинок, званих лептонами.
Кварки та їх химерність
Кварки, що складають протони та нейтрони, - це ще один тип фундаментальних частинок. Разом з лептонами кварки складають речі, які ми вважаємо матеріями.
Колись вчені вважали, що атоми - це найменші можливі об’єкти; слово походить від грецького «atomos», що означає «неподільний». На рубежі 20 століття атомні ядра складалися з протонів та нейтронів. Потім протягом 1950-х і 60-х років прискорювачі частинок виявляли безліч екзотичних субатомних частинок, таких як піони та каони.
У 1964 році фізики Мюррей Гелл-Манн та Джордж Цвайг незалежно запропонували модель, яка могла б пояснити внутрішню роботу протонів, нейтронів та решти зоопарку частинок, згідно з історичним звітом Національної лабораторії прискорень SLAC у Каліфорнії. Всередині протонів і нейтронів розташовані крихітні частинки, які називаються кварками, які входять до шести можливих типів або ароматів: вгору, вниз, дивно, чарівність, знизу і зверху.
Протони складаються з двох вище кварків і низхідних кварків, тоді як нейтрони складаються з двох падінь і вгору. Кварки вгору і вниз - найлегші сорти. Оскільки більш масивні частинки, як правило, розпадаються на менш масивні, кварки вгору та вниз також є найпоширенішими у Всесвіті; отже, протони та нейтрони складають більшу частину відомої нам речовини.
До 1977 року фізики виділили п'ять з шести кварків у лабораторії - вгору, вниз, дивно, чарівність і знизу, - але лише в 1995 році дослідники Національної лабораторії прискорень Фермілаб в Іллінойсі знайшли остаточний кварк - верхній кварк. Його пошук був таким же інтенсивним, як і пізніший полювання на бозона Хіггса. Верхній кварк був настільки важкий у виробництві, оскільки він приблизно в 100 трильйонів разів важчий, ніж у кварках, а значить, для прискорення частинок потрібно було набагато більше енергії.
Основні частинки природи
Тоді є чотири основні сили природи: електромагнетизм, гравітація, сильні та слабкі ядерні сили. Кожен з них має пов'язану з ним фундаментальну частинку.
Фотони є найбільш відомими; вони несуть електромагнітну силу. Глюони несуть сильну ядерну силу і мешкають з кварками всередині протонів і нейтронів. Слабку силу, яка опосередковує певні ядерні реакції, несуть дві основні частинки, бозони W і Z. Нейтрино, яке відчуває лише слабку силу і тяжкість, взаємодіє з цими бозонами, і тому фізики змогли вперше надати докази їх існування за допомогою нейтрино, повідомляє CERN.
Гравітація тут стороння людина. Він не включений до стандартної моделі, хоча фізики підозрюють, що у нього може бути пов'язана фундаментальна частинка, яку можна було б назвати гравітон. Якщо існують гравітони, можливо, їх можна було б створити на Великому адронному колайдері (LHC) у Женеві, Швейцарія, але вони швидко зникнуть у зайві розміри, залишивши позаду порожню зону, де вони були б, повідомляє CERN. Поки що LHC не бачив жодних ознак гравітонів чи додаткових розмірів.
Невловимий бозон Хіггса
Нарешті, є бозон Хіггса, цар елементарних частинок, який відповідає за надання всім іншим частинкам їх маси. Полювання на Хіггса було головним зусиллям для вчених, які прагнули доповнити свій каталог Стандартної моделі. Коли Гіггса нарешті було помічено, у 2012 році фізики зраділи, але результати також залишили їх у важкому місці.
Хіггс виглядає так само, як і передбачалося, але вчені сподівалися на більше. Стандартна модель, як відомо, є неповною; Наприклад, йому не вистачає опису сили тяжіння, і дослідники думали, що пошук Хіггса допоможе вказати на інші теорії, які можуть витіснити Стандартну модель. Але поки що вони виявилися порожніми в цьому пошуку.
Додатковий ресурси:
