Самая маленькая элементарная частица


Ответ на непрекращающийся вопрос: какая самая маленькая частица во Вселенной   эволюционировал вместе с человечеством.

Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг нас. Затем был обнаружен атом, и он считался неделимым, пока он не был расщеплен, чтобы выявить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже не оказались самыми маленькими частицами во Вселенной, так как ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.

Пока ученые не смогли увидеть никаких доказательств того, что внутри кварков что-то есть и достигнут самый фундаментальный слой материи или самая маленькая частица во Вселенной.

И даже если кварки и электроны неделимы ученые не знают, являются ли они наименьшими битами материи в существовании или если Вселенная содержит объекты, которые являются еще более мелкими.

Самые мельчайшие частицы Вселенной

Они бывают разных вкусов и размеров, некоторые имеют удивительную связь, другие по существу испаряют друг друга, многие из них имеют фантастические названия: кварки состоящие из барионов и мезонов, нейтроны и протоны, нуклоны, гипероны, мезоны, барионы, нуклоны, фотоны и т.д.


Бозон Хиггса

Бозон Хиггса, настолько важная для науки частица, что ее называют “частицей Бога”. Считается, что она определяет массу всем другим. Элемент был впервые теоретизирован в 1964 году, когда ученые задавались вопросом, почему некоторые частицы более массивны, чем другие. Бозон Хиггса

Бозон Хиггса связан с так называемым полем Хиггса который, как полагают, заполняют Вселенную. Два элемента (квант поля Хиггса и бозон Хиггса), ответственны за то, чтобы дать другим массу. Названа в честь шотландского ученого Питера Хиггса.   С помощью  адронного коллайдера 14 марта 2013 г. официально объявлено о подтверждении существования Бозона Хиггса.

Многие ученые утверждают, что механизм Хиггса разрешил недостающую часть головоломки, чтобы завершить существующую “стандартную модель” физики, которая описывает известные частицы.

Кварки

кварки Кварки (в переводе бредовые) строительные блоки протонов и нейтронов. Они никогда не одиноки, существуя только в группах. По-видимому, сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием, поэтому чем дальше, тем труднее их будет разнять. Поэтому свободные кварки никогда не существуют в природе.


Кварки фундаментальные частицы являются бесструктурными, точечными размером примерно 10−16 см.

Например, протоны и нейтроны состоят из трех кварков, причем протоны содержат два одинаковых кварка, в то время как нейтроны имеют два разных.

Суперсимметричность

Известно, что фундаментальные «кирпичики» материи фермионы  это кварки и лептоны, а хранители силы бозоны это фотоны, глюоны. Теория суперсимметрии говорит о том, что фермионы и бозоны могут превращаться друг в друга.

Предсказываемая теория утверждает, что для каждой известной нам частицы есть родственная, которую мы еще не обнаружили. Например, для электрона это селекрон, кварка – скварк, фотона –фотино, хиггса — хиггсино.

Почему мы не наблюдаем этой суперсимметрии во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее, чем их обычные родственные частицы и чем тяжелее, тем короче их срок службы. По сути, они начинают разрушаться, как только возникают. Создание суперсимметрии требует весьма большого количества энергии, которая только существовала вскоре после большого взрыва и возможно может быть создана в больших ускорителях как большой адронный коллайдер.


Что касается того, почему симметрия возникла, физики предполагают, что симметрия, возможно, была нарушена в каком-то скрытом секторе Вселенной, который мы не можем видеть или касаться, но можем чувствовать только гравитационно.

Нейтрино

Нейтрино легкие субатомные частицы, которые свистят везде с близкой скоростью света. На самом деле, триллионы нейтрино текут через ваше тело в любой момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей.

Некоторые нейтрино происходят от солнца, в то время как другие от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли и астрономическими источниками, такими как взрывающиеся звезды на Млечном пути и другие далекие галактики.

Антивещество

антиматерия Считается, что все нормальные частицы имеют антивещества с одинаковой массой, но противоположным зарядом. Когда материя и антивещество встречаются, они уничтожают друг друга. Например, частица антиматерии протона является антипротоном, в то время как партнер антиматерии электрона называется позитроном. Антивещество относится к самым дорогим веществам в мире которые смогли определить люди.

Гравитоны

В области квантовой механики все фундаментальные силы передаются частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами, которые несут электромагнитную силу. Точно также гравитон является теоретической частицей, которая несет в себе силу гравитации. Ученым еще предстоит обнаружить гравитоны, которые сложно найти, потому что они так слабо взаимодействуют с веществом.


Нити энергии

В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, действуют как одиночные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Поскольку нельзя приблизиться бесконечно близко к точке, так как действующие силы, могут стать бесконечно большими.

Идея под названием теория суперструн может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы, вместо того, чтобы быть точечными, на самом деле являются маленькими нитями энергии. Тоесть все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и мембран энергии. самая маленькая частица во ВселеннойНичто не может быть бесконечно близко к нити, потому что одна часть всегда будет немного ближе, чем другая. Эта “лазейка”, похоже, решает некоторые из проблем бесконечности, делая идею привлекательной для физиков. Тем не менее, у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.

Другой способ решения точечной проблемы – сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из дискретных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной структурой. В этом случае две частицы не смогут бесконечно приближаться друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером зерна пространства.


Точка черной дыры

Еще одним претендентом на звание самая маленькая частица во Вселенной   является сингулярность (единственная точка) в центре черной дыры. Черные дыры образуются, когда вещество конденсируется в достаточно маленьком пространстве, которое захватывает гравитация, заставляя вещество втянуть вовнутрь, в конечном итоге конденсируясь в единую точку бесконечной плотности. По крайней мере по действующим законам физики.

Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными. Они считают, что эта бесконечность является результатом внутреннего конфликта между двумя действующими теориями – общей теорией относительностью и квантовой механикой. Они предполагают, что когда теория квантовой гравитации может быть сформулирована, истинная природа черных дыр будет раскрыта.

Планковская длина

Нити энергии и даже самая маленькая частица во Вселенной   может оказаться размером с “длину планка”.

Планковская длина – «естественная единица» измерения длины, которая была предложена немецким физиком Максом Планком.

Длина Планка слишком мала для любого инструмента, чтобы измерить, но помимо этого, считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеримой длины. Согласно принципу неопределенности, ни один инструмент никогда не должен быть в состоянии измерить что-либо меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная вероятностная и неопределенная.


Эта шкала также считается разграничительной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.

Планковская длина соответствует расстоянию, где гравитационное поле настолько сильно, что оно может начать делать черные дыры из энергии поля.

Очевидно сейчас, самая маленькая частица во Вселенной   примерно размером с длину планка: 1,6·10−35 метров

Источник: v-nayke.ru

Вирусы и нейролины — это не самые мелкие существа в природе. Мир состоит из впечатляюще маленьких элементарных частиц.

Элементарная физика: самые мелкие частицы в природе

1. Хиггсовский бозон — частица столь важная, что в научном мире она была названа «частицей Бога»: полагают, что эта частица даёт массу всем другим частицам. Бозон Хиггса — квант, который впервые был теоретизирован в 1964 году, когда учёные задались вопросом, почему некоторые частицы массивнее других. Чтобы открыть эту частицу, построили Большой Адронный Коллайдер.


огие учёные надеются найти недостающую часть головоломки, объясняющую «стандартную модель» физики. Но чёртова частица всё ещё не обнаружена. БХ связан с так называемым полем Хиггса, решётками заполняющими вселенную. Посредством частиц БХ тела «договариваются» с пространством о своём месте в этом пространстве. Именно бозонами Хиггса обмениваются тела, и полагают, что хиггсовский бозон ответственен за массу частицы и за её расположение в пространстве.

2. Кварки — удивительные строительные блоки для протонов и нейтронов. Кварки никогда не бывают одиночками, они всегда существуют только группами. Сила, которая связывает кварки вместе, увеличивается с расстоянием: чем дальше кто-то пытается вырвать одинокий кварк, тем сильнее он сопротивляется. Поэтому свободных кварков нет в природе. Эти фундаментальные частицы имеют шесть («ароматов») вариантов: например, протоны сделаны из трёх «верхних» кварков и одного «нижнего», в то время как нейтроны имеют два нижних и один верхний. Верхние и нижние кварки имеют самые низкие массы и являются наиболее распространёнными, а более тяжёлые кварки быстро распадаются на более лёгкие кварки. Однако более тяжёлые кварки могут возникать при столкновениях с высокой энергией, например в сильных атомных сжимателях. Сильные взаимодействия (обмен глюоном) могут менять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но меняют аромат. Разлететься могут лишь «бесцветные» комбинации кварков — адроны. Кварки асимптотически свободны при высоких энергиях.


3. Фотонины, селероны, нейтралины. Это всего лишь несколько типов суперсимметричных частиц, особая марка частиц. «Суперсимметричные частицы» были предсказаны теорией суперсимметрии. Теория утверждает, что у каждой частицы, о которой мы знаем, есть спаринг-частица, которую мы ещё не обнаружили. Например, суперпартнёр электрону — селектор, партнёром кварка является скварка, а партнёром фотона является фотоно. Почему мы не наблюдаем этих партнёров во Вселенной сейчас? Учёные считают, что они намного тяжелее, чем их обычные сёстры-частицы, и чем тяжелее частица, тем короче её жизнь. По сути, они начинают разрушаться в момент своего создания. Создание sparticles требует экстремального количества энергии, примерно такого, какой существовал вскоре после Большого взрыва и, возможно, будет создан на больших ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер (LHC).
Физики предполагают, что симметрия может быть нарушена в каком-то скрытом секторе вселенной, которого мы не можем видеть или касаться, а можем только ощущать гравитационно.

4. Нейтрино — они представляют собой лёгкие, субатомные частицы, которые свистят на ближней световой скорости. Фактически триллионы нейтрино текут через наше тело в каждый момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей. Некоторые нейтрино приходят от Солнца, в то время как другие исходят из космических лучей, взаимодействующих с земной атмосферой и от астрономических источников, таких как взрывающиеся звёзды на Млечном Пути и других далеких галактиках. Партнёр и анти- Нейтрино называется геонейтрино и, как и другие взаимодействия с антиматерией, когда они встречаются, то уничтожают друг друга.


5. Гравитоны. В области квантовой механики все фундаментальные силы переносятся частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами. Подобным же образом гравитон — это элементарная частица, которая несёт силу тяжести. Учёным ещё предстоит обнаружить гравитоны. Их сложно найти, потому что они слабо взаимодействуют с веществом. Гравитон — гипотетически безмассовая частица — квант гравитационного поля, который всегда движется со скоростью света.

Элементарная физика: самые мелкие частицы в природе

6. Антивещество. Считается, что все нормальные частицы имеют частицы антивещества с одинаковой массой, но противоположными зарядами. Когда встречаются материя и антиматерия, они аннигилируют друг друга. Патентная частица антивещества протона, например, называется антипротоном, а партнёр антивещества электрона называется позитроном.

Источник: www.molodostivivat.ru

Что такое кварк?


Кварк — наименьшая частица мироздания. Именно из кварков состоят все электроны, нейтроны и протоны атомов, каждый из которых был образован 13,7 миллиардов лет назад сразу после Большого Взрыва. Спустя несколько минут после рождения Вселенной, наше мироздание смогло остынуть настолько, что смогли образоваться первые элементарные частицы — кварки и электроны. Кварки соединились друг с другом, образовав ядро атомов. Спустя примерно 400 000 лет Вселенная смогла остынуть настолько, что произошло замедление в движении электронов, позволив атомным ядрам их захватить. Именно таким образом все видимое и невидимое нам пространство смогло обзавестись первыми атомами гелия и водорода, которые, между прочим, все еще остаются самыми распространенными веществами во Вселенной.

Возможно, вам будет интересно: Робот с машинным зрением способен быстро обезвреживать атомные реакторы

Как выглядят атомные частицы?

Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.

Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.

Как уже говорилось выше, абсолютно все элементарные частицы состоят из кварков. которые представляют из себя основу мироздания. Интересный факт: Название “кварк” было взято в одном из романов известного в XX веке писателя-модерниста Джеймса Джойса, который необычным словом решил обозначить звук, воспроизводимый утками.

Сами же кварки подразделяются на 6 так называемых “ароматов”, каждый из которых обладает своими собственными характеристиками или “цветом”. Кроме того, каждый из 6 типов кварков обладает и собственным весьма оригинальным именем. Так, помимо нижнего и верхнего видов кварков, существуют также странный, очарованный, прелестный и истинный кварки.

Конечно же, “странность” или “прелестность” кварков сильно отличаются от привычных нам понятий. Точно так же, как и понятие цвета кварков на самом деле имеет в виду далеко не их оттенок, но способ взаимодействия кварков и других микрочастиц — глюонов. Что ж, фантазия ученых иногда умеет удивлять.

Если вам нравится данная статья, предлагаю вам посетить наш канал на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира науки и техники.

В любом случае, кварки представляют из себя по-настоящему уникальные частицы, от которых во всех смыслах зависит существование нашей Вселенной в том виде, в котором мы ее знаем. Быть может, тайна возникновения Большого взрыва и наше постижение основных законов Вселенной действительно зависят от одной крошечной песчинки, которая в тысячи и тысячи раз меньше атома.

Источник: Hi-News.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.