Элементарные частицы - самые маленькие известные строительные блоки вселенной. Считается, что они не имеют внутренней структуры, а это означает, что исследователи считают их точками нулевого измерения, которые не занимают места. Электроны, вероятно, являются наиболее знакомыми элементарными частицами, но Стандартная модель физики, которая описывает взаимодействия частиц и почти всех сил, распознает всего 10 элементарных частиц.
Электроны и связанные частицы
Электроны являются отрицательно заряженными компонентами атомов. В то время как они считаются точечными частицами нулевого измерения, электроны окружены облаком других виртуальных частиц, постоянно мерцающих в существовании и исчезающих, которые, по сути, действуют как часть самого электрона. Некоторые теории предсказывают, что электрон имеет слегка положительный полюс и слегка отрицательный полюс, а это означает, что это облако виртуальных частиц должно быть немного асимметричным.
Если бы это было так, электроны могли бы вести себя иначе, чем их двойники антивещества, позитроны, потенциально объясняя многие загадки о веществе и антивеществе. Но физики неоднократно измеряли форму электрона и находили, что он идеально округлен, насколько им известно, оставляя их без ответов для загадок антиматерии.
Электрон имеет двух более тяжелых кузенов, называемых мюон и тау. Мюоны могут быть созданы, когда высокоэнергетические космические лучи из космоса попадают на вершину атмосферы Земли, создавая поток экзотических частиц. Таус еще реже и его сложнее производить, так как он более чем в 3400 раз тяжелее электронов. Нейтрино, электроны, мюоны и таусы составляют категорию фундаментальных частиц, называемых лептонами.
Кварки и их причуды
Кварки, которые составляют протоны и нейтроны, являются еще одним типом фундаментальной частицы. Вместе с лептонами кварки составляют то, что мы считаем материей.
Когда-то ученые полагали, что атомы были наименьшими возможными объектами; Слово происходит от греческого «атомос», что означает «неделимый». Примерно на рубеже 20-го века атомные ядра состояли из протонов и нейтронов. Затем, в течение 1950-х и 60-х годов ускорители частиц продолжали обнаруживать совокупность экзотических субатомных частиц, таких как пионы и каоны.
В 1964 году физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили модель, которая могла бы объяснить внутреннюю работу протонов, нейтронов и остальной части зоопарка частиц, согласно историческому отчету Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии. Внутри протонов и нейтронов находятся крошечные частицы, называемые кварками, которые бывают шести возможных типов или вкусов: вверх, вниз, странный, шарм, снизу и сверху.
Протоны состоят из двух восходящих и нижних кварков, а нейтроны состоят из двух восходящих и восходящих. Вверх и вниз кварки - самые легкие варианты. Поскольку более массивные частицы имеют тенденцию распадаться на менее массивные, кварки вверх и вниз также наиболее распространены во вселенной; следовательно, протоны и нейтроны составляют большую часть вещества, которое мы знаем.
К 1977 году физики выделили пять из шести кварков в лаборатории - вверх, вниз, странно, шарм и дно - но только в 1995 году исследователи в Национальной ускорительной лаборатории Фермилаба в Иллинойсе обнаружили последний кварк, верхний кварк. Поиск его был таким же интенсивным, как и последующая охота на бозон Хиггса. Верхний кварк было так трудно изготовить, потому что он примерно в 100 триллионов раз тяжелее, чем верхний кварк, а это значит, что для его ускорения требуется гораздо больше энергии.
Фундаментальные частицы природы
Затем существуют четыре фундаментальные силы природы: электромагнетизм, гравитация и сильные и слабые ядерные силы. У каждого из них есть связанная фундаментальная частица.
Фотоны являются самыми известными; они несут электромагнитную силу. Глюоны несут сильную ядерную силу и живут с кварками внутри протонов и нейтронов. Слабая сила, которая опосредует определенные ядерные реакции, несут две фундаментальные частицы, W и Z бозоны. Нейтрино, которые чувствуют только слабую силу и гравитацию, взаимодействуют с этими бозонами, и поэтому физики смогли сначала предоставить доказательства своего существования, используя нейтрино, согласно ЦЕРН.
Гравитация здесь аутсайдер. Он не включен в Стандартную модель, хотя физики подозревают, что он может иметь связанную фундаментальную частицу, которая будет называться гравитоном. Если бы существовали гравитоны, их можно было бы создать на Большом адронном коллайдере (LHC) в Женеве, Швейцария, но они быстро исчезли бы в дополнительных измерениях, оставляя позади пустую зону, где они были бы, согласно ЦЕРН. До сих пор LHC не видел никаких признаков гравитонов или дополнительных измерений.
Неуловимый бозон Хиггса
Наконец, есть бозон Хиггса, король элементарных частиц, который отвечает за то, чтобы дать всем другим частицам их массу. Охота на Хиггса была главной попыткой ученых, стремящихся завершить каталог стандартной модели. Когда Хиггса наконец-то заметили, в 2012 году физики порадовались, но результаты также оставили их в затруднительном положении.
Хиггс выглядит почти так же, как и предполагалось, но ученые надеялись на большее. Стандартная модель, как известно, является неполной; например, в нем отсутствует описание гравитации, и исследователи думали, что обнаружение Хиггса поможет указать на другие теории, которые могли бы заменить Стандартную модель. Но до сих пор они оказались пустыми в этом поиске.
дополнительный Ресурсы:
