frågande sinnen

vetenskapen om materia, utrymme och tid

huvudsida / vad är världen gjord av? / hur man hittar de minsta partiklarna
vad man kan förvänta sig i framtiden / varför stödja vetenskap / standardmodell upptäckter

vad är världen gjord av?

byggstenarna

fysiker har identifierat 12 byggstenar som är de grundläggande beståndsdelarna i materia., Vår vardag är gjord av bara tre av dessa byggstenar: up kvark, down kvark och elektronen. Denna uppsättning partiklar är allt som behövs för att göra protoner och neutroner och för att bilda atomer och molekyler. Elektronneutrino, observerad i sönderfallet av andra partiklar, kompletterar den första uppsättningen av fyra byggstenar.

byggstenarna av materia: sex kvarkar och sex leptoner.,

av någon anledning har naturen valt att replikera denna första generationav kvarkar och leptoner för att producera totalt sex kvarkar och sex leptoner, med ökande massa. Liksom alla kvarkar är den sjätte Kvarken, som heter top, mycket mindre än en proton (i själva verket vet ingen hur små kvarkar är), men toppen är lika tung som en guldatom!

även om det finns skäl att tro att det inte finns några fler uppsättningar kvarkar och leptoner, spekulerar teoretikerna om att det kan finnas andra typer av byggstenar, som delvis kan redogöra för den mörka materian underförstådd av astrofysiska observationer., Denna dåligt förstådda Materia utövar gravitationskrafter och manipulerar galaxer. Det kommer att ta jordbaserade accelerator experiment för att identifiera dess tyg.

byggstenarna i naturen (video, 6 min.)

krafterna

forskare skiljer fyra elementära typer av krafter som verkar bland partiklar: stark, svag, elektromagnetisk och gravitationskraft.

• den starka kraften är ansvarig för kvarkar ”klibbar” tillsammans för att bilda protoner, neutroner och relaterade partiklar.,
• den elektromagnetiska kraften binder elektroner till atomkärnor (kluster av protoner och neutroner) för att bilda atomer.
• den svaga kraften underlättar sönderfallet av tunga partiklar i mindre syskon.
• gravitationskraften verkar mellan massiva objekt. Även om det inte spelar någon roll på mikroskopisk nivå är det den dominerande kraften i vårt vardag och i hela universum.

partiklar sänder krafter mellan varandra genom att utbyta kraftbärande partiklar som kallas bosons., Dessa kraftmediatorer bär diskreta mängder energi, kallad quanta, från en partikel till en annan. Du kan tänka på energiöverföringen på grund av boson exchange som något som att passera en basket mellan två spelare.

varje kraft har sina egna karakteristiska bosoner:

• gluonen förmedlar den starka kraften; den ”klistrar” kvarkar tillsammans.
• fotonen bär den elektromagnetiska kraften; den sänder också ljus.
• W och Z bosons representerar den svaga kraften; de introducerar olika typer av sönderfall.,

fysiker förväntar sig att gravitationskraften också kan vara associerad med en bosonpartikel. Namnet graviton, denna hypotetiska boson är extremt svårt att observera eftersom gravitationskraften på subatomär nivå är många storleksordningar svagare än de andra tre elementära krafterna.

tabell över partikel upptäckter: vem, när, var?

antimateria

även om det är en stapelvara i science fiction, är antimateria lika verklig som materia. För varje partikel har fysiker upptäckt en motsvarande antipartikel, som ser ut och beter sig på nästan samma sätt., Antipartiklar har dock motsatta egenskaper hos deras motsvarande partiklar. En antiproton har till exempel en negativ elektrisk laddning medan en proton är positivt laddad.

för mindre än 10 år sedan skapade fysiker vid CERN (1995) och Fermilab (1996) de första antiatomerna. För att lära sig mer om egenskaperna hos ”spegelvärlden”, lade de noggrant en positron (en elektrons antipartikel) till en antiproton. Resultatet: antiväte.

lagring av antimateria är en svår uppgift., Så snart en antipartikel och en partikel möts, förintar de och försvinner i en blixt av energi. Med hjälp av elektromagnetiska kraftfält kan fysiker lagra antimateria inuti vakuumkärl under en begränsad tid.

standardmodellen

standardmodellen förklarar det komplexa samspelet mellan kraftbärare och byggstenar.,

fysiker kallar den teoretiska ramen som beskriver samspelet mellan elementära byggstenar (kvarkar och leptoner) och kraftbärarna (bosons) standardmodellen. Gravity är ännu inte en del av denna ram, och en central fråga om 21st century partikelfysik är sökandet efter en kvantformulering av gravitation som kan ingå i Standardmodellen.

Även om det fortfarande kallas en modell är standardmodellen en grundläggande och vältestad fysikteori., Fysiker använder den för att förklara och beräkna en mängd olika partikelinteraktioner och kvantfenomen. Hög precision experiment har upprepade gånger verifierat subtila effekter förutspådda av standardmodellen.

hittills är den största framgången för standardmodellen enandet avelektromagnetiska och de svaga krafterna i den så kallade elektroweakkraften. Theconsolidation är en milstolpe jämförbar med enandet av de elektriska och magnetiska krafterna till en enda elektromagnetisk teori av J. C. Maxwell på 1800-talet., Fysiker tror att det är möjligt att beskriva alla krafter med en stor enhetlig teori.

en viktig ingrediens i Standardmodellen, men undgår fortfarande experimentell verifiering: Higgs-fältet. Det interagerar med andra partiklar för att ge dem massa. Higgs-fältet ger upphov till en ny kraftbärare, kallad Higgs boson, som inte har observerats. Underlåtenhet att hitta det skulle ifrågasätta standardmodellen. Experimenter på Fermilab hoppas hitta bevis för Higgs boson och göra ytterligare upptäckter under de närmaste åren.,

bildspel på byggstenarna i naturen

allt om neutriner, elektroner och ljus.

hur man hittar de minsta partiklarna

Fermilabs forskning om elementära partiklar