dociekliwe umysły

nauka o materii, przestrzeni i czasie

Strona główna / z czego zbudowany jest świat? / jak znaleźć najmniejsze cząstki
czego spodziewać się w przyszłości | po co wspierać naukę | Standardowe odkrycia modeli

z czego zbudowany jest świat?

bloki budulcowe

fizycy zidentyfikowali 12 bloków budulcowych, które są podstawowymi składnikami materii., Nasz codzienny świat składa się tylko z trzech takich elementów: kwarka górnego, kwarka dolnego i elektronu. Ten zestaw cząstek jest wszystkim, co jest potrzebne do tworzenia protonów i neutronów oraz do tworzenia atomów i cząsteczek. Neutrino elektronowe, obserwowane w rozpadach innych cząstek, uzupełnia pierwszy zestaw czterech bloków budulcowych.

budulec materii: sześć kwarków i sześć leptonów.,

z jakiegoś powodu natura zdecydowała się odtworzyć pierwszą generację kwarków i leptonów, aby wyprodukować łącznie sześć kwarków i sześć leptonów o rosnącej masie. Podobnie jak wszystkie kwarki, szósty kwark, nazwany top, jest znacznie mniejszy niż proton (w rzeczywistości nikt nie wie, jak małe są kwarki), ale szczyt jest tak ciężki jak atom złota!

chociaż istnieją powody, aby sądzić, że nie ma już zestawów kwarków i leptonów, teoretycy spekulują, że mogą istnieć inne rodzaje bloków budulcowych, które mogą częściowo uwzględniać ciemną materię sugerowaną przez obserwacje Astrofizyczne., Ta słabo poznana Materia wywiera siły grawitacyjne i manipuluje galaktykami. Będzie potrzebował ziemskich eksperymentów akceleratora, aby zidentyfikować jego tkankę.

budulec natury (wideo, 6 min.)

siły

naukowcy wyróżniają cztery podstawowe rodzaje sił działających między cząstkami: silne, słabe, elektromagnetyczne i grawitacyjne.

• silna siła jest odpowiedzialna za to, że kwarki „sklejają się” tworząc protony, neutrony i powiązane cząstki.,
• siła elektromagnetyczna wiąże elektrony z jądrami atomowymi (skupiskami protonów i neutronów), tworząc Atomy.
• słaba siła ułatwia rozpad ciężkich cząstek na mniejsze cząstki.
• siła grawitacji działa między masywnymi obiektami. Chociaż nie odgrywa żadnej roli na poziomie mikroskopowym, jest dominującą siłą w naszym codziennym życiu i w całym wszechświecie.

cząstki przenoszą siły między sobą poprzez wymianę cząstek przenoszących siły zwanych bozonami., Te mediatory siły przenoszą dyskretne ilości energii, zwane kwantami, z jednej cząstki do drugiej. Można by pomyśleć o transferze energii z powodu wymiany bozonów jako coś w rodzaju przejścia koszykówki między dwoma graczami.

każda siła ma swoje charakterystyczne bozony:

• gluon pośredniczy w silnej sile, „skleja” kwarki razem.
• Foton przenosi siłę elektromagnetyczną, przepuszcza również światło.
• bozony W i Z reprezentują siłę słabą, wprowadzają różne typy rozpadów.,

fizycy spodziewają się, że siła grawitacji może być również związana z cząstką bozonową. Nazwany grawitonem, ten hipotetyczny Bozon jest niezwykle trudny do zaobserwowania, ponieważ na poziomie subatomowym Siła grawitacyjna jest o wiele rzędów wielkości słabsza niż pozostałe trzy siły elementarne.

tabela odkryć cząstek: kto, kiedy, gdzie?

Antymateria

chociaż jest podstawą science fiction, antymateria jest tak prawdziwa jak materia. Dla każdej cząstki fizycy odkryli odpowiednią antycząstkę, która wygląda i zachowuje się prawie tak samo., Antycząstki mają jednak własności przeciwstawne do odpowiadających im cząstek. Na przykład antyproton ma ujemny ładunek elektryczny, podczas gdy proton jest naładowany dodatnio.

niecałe 10 lat temu fizycy z CERN (1995) i Fermilab (1996) stworzyli pierwsze antyatomy. Aby dowiedzieć się więcej o właściwościach „Świata lustrzanego”, starannie dodali pozyton (antycząstkę elektronu) do antyprotonu. Wynik: antyhydrogen.

Przechowywanie antymaterii to trudne zadanie., Gdy tylko antycząstka i cząstka spotykają się, anihilują, znikając w błysku energii. Wykorzystując elektromagnetyczne pola siłowe, fizycy są w stanie przechowywać antymaterię w naczyniach próżniowych przez ograniczony czas.

Model Standardowy

Model Standardowy wyjaśnia złożone interakcje między nośnikami siły a elementami konstrukcyjnymi.,

fizycy nazywają Model Standardowy ramą teoretyczną opisującą interakcje między elementarnymi składnikami (kwarkami i leptonami) a nośnikami siły (bozonami). Grawitacja nie jest jeszcze częścią tych ram, a głównym zagadnieniem fizyki cząstek XXI wieku jest poszukiwanie kwantowego sformułowania grawitacji, które mogłoby zostać włączone do Modelu Standardowego.

choć nadal nazywany modelem, Model Standardowy jest fundamentalną i dobrze sprawdzoną teorią fizyki., Fizycy używają go do wyjaśnienia i obliczenia ogromnej różnorodności oddziaływań cząstek i zjawisk kwantowych. Eksperymenty o wysokiej precyzji wielokrotnie zweryfikowały subtelne efekty przewidywane przez model standardowy.

do tej pory największym sukcesem Modelu Standardowego jest zjednoczenie sił elektromagnetycznych i słabych w tzw. siłę elektromagnetyczną. Theonsolidation jest kamieniem milowym porównywalnym do unifikacji sił elektrycznych i magnetycznych w jedną teorię elektromagnetyczną J. C. Maxwella w XIX wieku., Fizycy uważają, że możliwe jest opisanie wszystkich sił za pomocą Wielkiej Zjednoczonej teorii.

jeden z podstawowych składników Modelu Standardowego wciąż jednak wymyka się weryfikacji eksperymentalnej: pole Higgsa. Oddziałuje z innymi cząstkami, dając im masę. Pole Higgsa powoduje powstanie nowego nośnika siły, zwanego bozonem Higgsa, który nie został zaobserwowany. Brak jego znalezienia podważyłby Model Standardowy. Eksperymentatorzy z fermilabu mają nadzieję znaleźć dowody na istnienie bozonu Higgsa i dokonać dalszych odkryć w ciągu najbliższych kilku lat.,

pokaz slajdów na budulcu natury

wszystko o neutrinach, elektronach i świetle.

Jak znaleźć najmniejsze cząstki

badania Fermilab nad cząstkami elementarnymi