často se tvrdí, že starověcí Řekové byli první, kdo identifikovali objekty, které nemají žádnou velikost, a přesto jsou schopni vybudovat svět kolem nás prostřednictvím svých interakcí. A jak jsme schopni pozorovat svět v drobnější a drobnější detail přes mikroskopy zvýšení energie, je přirozené se ptát, co tyto objekty jsou.

věříme, že Jsme našli některé z těchto objektů: subatomární částice, nebo základní částice, která má ne velikost může mít spodku. Nyní se snažíme vysvětlit vlastnosti těchto částic a pracujeme na tom, abychom ukázali, jak je lze použít k vysvětlení obsahu vesmíru.

Existují dva druhy základních částic: částice hmoty, z nichž některé se vzájemně kombinují a vytvářejí svět kolem nás, a silou částice – z nichž jeden foton, je zodpovědný pro elektromagnetické záření. Ty jsou zařazeny do standardního modelu částicové fyziky, který teoretizuje, jak interagují základní stavební kameny hmoty, řízené základními silami. Částice hmoty jsou fermiony, zatímco částice síly jsou bosony.

částice hmoty: kvarky a leptony

částice hmoty jsou rozděleny do dvou skupin: kvarky a leptony-je jich šest, každá s odpovídajícím partnerem.

leptony jsou rozděleny do tří párů. Každá dvojice má elementární částice s nábojem a bez náboje – jeden, který je mnohem lehčí a extrémně obtížné odhalit. Nejlehčí z těchto párů je elektron a elektron-neutrino.

nabitý elektron je zodpovědný za elektrické proudy. Jeho neutrální partner, známý jako elektron-neutrino, se vyrábí hojně na slunci a tyto interagují tak slabě se svým okolím, které projdou nerušeně přes Zemi. Milion z nich prochází každým čtverečním centimetrem vašeho těla každou sekundu, ve dne i v noci.

elektronové neutriny jsou produkovány v nepředstavitelných počtech během výbuchů supernovy a právě tyto částice rozptýlí prvky produkované jaderným spalováním do vesmíru. Mezi tyto prvky patří uhlík, ze kterého jsme vyrobeni, kyslík, který dýcháme, a téměř všechno ostatní na zemi. Proto i přes neochotu neutrin interagovat s jinými základními částicemi jsou pro naši existenci životně důležité. Další dva neutrinové páry (nazývané muon a muon neutrino, tau a tau neutrino) se zdají být jen těžšími verzemi elektronu.

protože normální hmota tyto částice neobsahuje, může se zdát, že jsou zbytečnou komplikací. Nicméně v průběhu prvního až deset sekund vesmíru po Velkém Třesku, měli hrát rozhodující roli při vytváření struktury vesmíru, ve kterém žijeme – známý jako Lepton Epochy.

šest kvarků je také rozděleno do tří párů s náladovými názvy: „nahoru „s“ dolů“,“ kouzlo „s“ podivným „a“ nahoře „s“ zdola „(dříve nazývané“ pravda „a“ krása“, i když se bohužel změnily). Kvarky nahoru a dolů se drží pohromadě a tvoří protony a neutrony, které leží v srdci každého atomu. Opět pouze nejlehčí dvojice kvarků se nacházejí v normální záležitost, kouzlo/strange a horní/dolní dvojici zdá se, že hrát žádnou roli ve vesmíru, jak to teď existuje, ale, stejně jako těžší lepton, hrál roli v prvních okamžicích vesmíru a pomohla vytvořit jeden, který je přístupný na naší existenci.

silové částice

ve standardním modelu je šest silových částic, které vytvářejí interakce mezi částicemi hmoty. Jsou rozděleny do čtyř základních sil: gravitační, elektromagnetické, silné a slabé síly.

foton je částice světla a je zodpovědná za elektrická a magnetická pole vytvořená výměnou fotonů z jednoho nabitého objektu na druhý.

gluonové produkuje síly odpovědné za držení kvarky dohromady tvoří protony a neutrony, a pro držení těchto protonů a neutronů dohromady tvoří těžší jádra.

Tři částice jménem „W+“, „“ W „mínus“ a „Z nuly“ – označované jako intermediate vektorové bosony – jsou zodpovědné za proces radioaktivního rozpadu a pro procesy na slunci, které způsobují to, aby zářit. Předpokládá se, že šestá silová částice, graviton, je zodpovědná za gravitaci, ale dosud nebyla pozorována.

Anti-hmota: sci-fi realita

víme také o existenci anti-hmoty. Toto je koncept, který spisovatelé sci-fi velmi milují, ale ve skutečnosti existuje. Částice antihmoty byly často pozorovány. Například pozitron (antičástice elektronu) se používá v medicíně k mapování našich vnitřních orgánů pomocí pozitronové emisní tomografie (PET). Skvěle, když se částice setká s antičásticemi, oba se navzájem zničí a vznikne výbuch energie. K detekci se používá pet skener.

Každá částice hmoty má výše partnera částice, která má stejnou hmotnost, ale opačný elektrický náboj, takže se můžeme zdvojnásobit počet částic hmoty (šest kvarků a šest leptony), aby se dospělo na konečný počet 24.

dáváme kvarkům hmoty číslo +1 a kvarkům proti hmotě hodnotu -1. Když sečteme počet kvarků hmoty plus počet kvarků antihmoty, dostaneme čistý počet kvarků ve vesmíru, to se nikdy nezmění. Pokud máme dostatek energie, můžeme vytvořit některý z kvarků hmoty, pokud současně vytvoříme kvark proti hmotě. V raných okamžicích vesmíru byly tyto částice vytvářeny nepřetržitě – nyní jsou vytvářeny pouze při srážkách kosmických paprsků s atmosférou planet a hvězd.

slavný Higgsův boson

existuje konečná částice, která dokončuje válcování částic v dosud popsaném standardním modelu částicové fyziky. Je to Higgs, předpověděl Peter Higgs před 50 lety a jehož objev v CERNu v roce 2012 vedl k Nobelově ceně pro Higgse a Francoise Englerta.

Higgsův boson je lichá částice: je to druhá nejtěžší ze standardních modelových částic a odolává jednoduchému vysvětlení. Často se říká, že je původem hmoty, což je pravda, ale zavádějící. To dává hmoty, kvarky, kvarky vytvářejí protony a neutrony, ale pouze 2% z hmotnosti protonů a neutronů je poskytována kvarky, a zbytek je z energie v gluony.

V tomto bodě jsme se podílely všechny částice podle standardního modelu: šest platnost částice, 24 částice hmoty a jedna Higgsova částice – celkem 31 základních částic. Navzdory tomu, co víme o nich, jejich vlastnosti nebyly měřeny dost dobře na to, aby nás definitivně říci, že tyto částice jsou vše, co je potřeba k vybudování vesmír, který vidíme kolem nás, a my určitě nemáme všechny odpovědi. Další běh Large Hadron Collider nám umožní upřesnit naše měření některých z těchto vlastností-ale je tu něco jiného.

Ale teorie je to stále špatně

krásná teorie, standardní model, byl testován a znovu testovány více než dvě desítky let a více; a to jsme ještě provedli měření, které je v rozporu s naší předpovědí. Víme však, že standardní model musí být špatný. Když jsme se srazí dvě základní částice dohromady řada výsledků jsou možné. Naše teorie nám umožňuje vypočítat pravděpodobnost, že konkrétní výsledek se může objevit, ale na energii, za které jsme doposud dosáhli předpovídá, že některé z těchto výsledků se vyskytují s pravděpodobností větší než 100% – jasně nesmysl.

Teoretičtí fyzikové strávil mnoho úsilí ve snaze vytvořit teorii, která dává rozumné odpovědi na všechny energie, zatímco dává stejnou odpověď jako standardní model v každé situaci, ve které standardní model byl testován.

nejběžnější modifikace znamená, že existují velmi těžké neobjevené částice. Skutečnost, že jsou těžké znamená hodně energie bude zapotřebí k jejich výrobě. Vlastnostmi těchto extra částice mohou být vybrány, aby se ujistili, že se výsledná teorie dává rozumné odpovědi na všechny energie, ale nemají žádný vliv na měření, které se shodují tak dobře se standardním modelem.

počet těchto neobjevených a dosud neviditelných částic závisí na tom, které teorii se rozhodnete věřit. Nejoblíbenější třída těchto teorií se nazývá supersymetrické teorie a naznačují, že všechny částice, které jsme viděli, mají mnohem těžší protějšek. Pokud jsou však příliš těžké, vzniknou problémy při energiích, které můžeme produkovat dříve, než se tyto částice najdou. Energie, které budou dosaženy v příštím běhu LHC, jsou však dostatečně vysoké, že absence nových částic bude ranou pro všechny supersymetrické teorie.