Fermilab / tudomány / érdeklődő elmék | az anyag, a tér és az idő tudománya / miből áll a világ?

az anyag, a tér és az idő tudománya

Főoldal / miből áll a világ? / hogyan lehet megtalálni a legkisebb részecskéket
mire számíthat a jövőben / miért támogatja a tudomány / Standard Modell felfedezéseit

miből készül a világ?

az építőelemek

12 építőelemet azonosítottak, amelyek az anyag alapvető alkotóelemei., A mindennapi világunk mindössze három építőelemből áll: az up quarkból, a down quarkból és az elektronból. Ez a részecske készlet minden, ami szükséges ahhoz, hogy protonok és neutronok legyenek, és atomokat és molekulákat képezzenek. Az elektron neutrínó, amelyet más részecskék bomlásakor figyeltek meg, kiegészíti az első négy építőelemet.

az anyag építőelemei: hat kvark és hat lepton.,

valamilyen oknál fogva a természet úgy döntött, hogy a kvarkok és leptonok első generációját lemásolja, hogy összesen hat kvarkot és hat leptont állítson elő, növekvő tömeggel. Mint minden kvark, a hatodik kvark, amelyet top-nak neveznek, sokkal kisebb, mint egy proton (valójában senki sem tudja, milyen kis kvarkok vannak), de a teteje olyan nehéz, mint egy arany atom!

bár okkal feltételezhető, hogy nincs több kvarkok és leptonok halmaza, a teoretikusok úgy gondolják, hogy lehetnek más típusú építőelemek is, amelyek részben az asztrofizikai megfigyelések által felvetett sötét anyagot jelentik., Ez a rosszul értelmezett anyag gravitációs erőket fejt ki és manipulálja a galaxisokat. Föld alapú gyorsító kísérletekre lesz szükség a szövet azonosításához.

a természet építőkövei (videó, 6 perc.)

az erők

A tudósok négy elemi típusú erőt különböztetnek meg a részecskék között: erős, gyenge, elektromágneses és gravitációs erőt.

• az erős erő felelős azért, hogy a kvarkok” összeragadjanak ” protonok, neutronok és kapcsolódó részecskék képződéséhez.,
• az elektromágneses erő az atommagokhoz (protonok és neutronok halmazaihoz) köti az elektronokat, hogy atomokat képezzenek.
• a gyenge erő megkönnyíti a nehéz részecskék kisebb testvérekké történő bomlását.
• a gravitációs erő hatalmas tárgyak között hat. Bár mikroszkopikus szinten nem játszik szerepet, ez a domináns erő a mindennapi életünkben és az egész univerzumban.

a részecskék erőket továbbítanak egymás között a boszonoknak nevezett erőhordozó részecskék cseréjével., Ezek az erőközvetítők diszkrét mennyiségű energiát hordoznak, úgynevezett kvantát, egyik részecskéből a másikba. A boson csere miatti energiaátadást úgy gondolhatnánk, mint egy kosárlabda átadását két játékos között.

minden erőnek saját jellegzetes bozonja van:

• a gluon közvetíti az erős erőt; “ragadja” a kvarkokat.
• a foton hordozza az elektromágneses erőt; fényt is közvetít.
• A W és Z bozonok képviselik a gyenge erőt; különböző típusú bomlásokat vezetnek be.,

A fizikusok arra számítanak, hogy a gravitációs erő egy bozonrészecskéhez is társulhat. A gravitonnak nevezett hipotetikus bozont rendkívül nehéz megfigyelni, mivel szubatomi szinten a gravitációs erő sok nagyságrenddel gyengébb, mint a másik három elemi erő.

a részecske felfedezések táblázata: ki, mikor, hol?

antianyag

bár ez egy vágott sci-fi, antianyag olyan valóságos, mint az anyag. Minden részecske esetében a fizikusok felfedezték a megfelelő antirészecskét, amely szinte ugyanúgy néz ki és viselkedik., Az antirészecskék azonban a megfelelő részecskék ellentétes tulajdonságaival rendelkeznek. Az antiproton például negatív elektromos töltéssel rendelkezik, míg a proton pozitív töltésű.

kevesebb mint 10 évvel ezelőtt a CERN (1995) és a Fermilab (1996) fizikusai hozták létre az első anti-atomokat. Ha többet szeretne megtudni a “tükörvilág” tulajdonságairól, gondosan hozzáadtak egy pozitront (egy elektron antirészecskéjét) egy antiprotonhoz. Az eredmény: antihidrogén.

az antianyag tárolása nehéz feladat., Amint egy antirészecske és egy részecske találkozik, megsemmisülnek, eltűnnek egy energiavillanásban. Elektromágneses erőterek alkalmazásával a fizikusok korlátozott ideig képesek tárolni az antianyagot a vákuumtartályokban.

a Standard modell

a Standard modell magyarázza az erőhordozók és az építőelemek közötti összetett kölcsönhatást.,

A fizikusok az elemi építőelemek (kvarkok és leptonok) és az erőhordozók (bozonok) közötti kölcsönhatásokat leíró elméleti keretet a Standard modellnek nevezik. A gravitáció még nem része ennek a keretnek, és a 21.századi részecskefizika központi kérdése a gravitáció kvantumformálásának keresése, amely bekerülhet a Standard modellbe.

bár még mindig modellnek nevezik, a Standard modell egy alapvető és jól bevált fizikai elmélet., A fizikusok arra használják, hogy megmagyarázzák és kiszámítsák a részecskék kölcsönhatásait és kvantumjelenségeit. A nagy pontosságú kísérletek többször ellenőrizték a standard modell által előrejelzett finom hatásokat.

a Standard modell eddigi legnagyobb sikere az elektromágneses és a gyenge erők ún. elektroweak erővé történő egyesítése. A Theconsolidation egy olyan mérföldkő, amely összehasonlítható az elektromos és a mágneses erők egyesítésével J. C. Maxwell egyetlen elektromágneses elméletévé a 19. században., A fizikusok úgy gondolják, hogy minden erőt egy nagy egységes elmélettel lehet leírni.

a Standard modell egyik alapvető összetevője azonban továbbra is elkerüli a kísérleti ellenőrzést: a Higgs mezőt. Kölcsönhatásba lép más részecskékkel, hogy tömeget adjon nekik. A Higgs-Mező új erőhordozót hoz létre, amelyet Higgs-bozonnak neveznek, amelyet nem figyeltek meg. Ha nem találja meg, megkérdőjelezi a Standard modellt. A Fermilab kísérletezői remélik, hogy bizonyítékot találnak a Higgs-bozonra, és további felfedezéseket tesznek a következő néhány évben.,

diavetítés a természet építőkövein

mindent a neutrínókról, az elektronokról és a fényről.

Hogyan találjuk meg a legkisebb részecskéket

Fermilab elemi részecskékkel kapcsolatos kutatása