Ez gyakran azt állította, hogy az Ókori Görögök voltak az első azonosítani tárgyakat, hogy nem a méret, de tudja, hogy létrejöjjön a világ körülöttünk a kölcsönhatások. És mivel egyre apróbb részletekben képesek vagyunk megfigyelni a világot a növekvő erő mikroszkópjain keresztül, természetes, hogy azon tűnődünk, miből készülnek ezek a tárgyak.
hisszük, hogy találtunk néhány ilyen tárgyat: szubatomi részecskéket vagy alapvető részecskéket, amelyeknek nincs mérete, nem lehet szubsztruktúra. Most arra törekszünk, hogy megmagyarázzuk ezeknek a részecskéknek a tulajdonságait, és azon dolgozunk, hogy megmutassuk, hogyan lehet ezeket felhasználni az univerzum tartalmának magyarázatára.
kétféle alapvető részecskék: számít részecskék, amelyek összekapcsolják, hogy készítsen rólunk a világnak, s erő szemcsék – amelyek közül az egyik, a foton felelős az elektromágneses sugárzás. Ezeket a részecskefizika standard modelljébe sorolják, amely elméletben Az anyag alapvető építőkövei kölcsönhatásba lépnek, az alapvető erők irányítják. Az anyagrészecskék fermionok, míg az erő részecskék bozonok.
anyagrészecskék: kvarkok és leptonok
az anyagrészecskék két csoportra oszthatók: kvarkok és leptonok – ezek közül hat van, mindegyiknek megfelelő partnere van.
a leptonok három párra vannak osztva. Mindegyik párnak van egy elemi részecskéje töltéssel és egy töltésmentes részecske – egy, amely sokkal könnyebb és rendkívül nehéz észlelni. E párok közül a legkönnyebb az elektron és az elektron-neutrínó.
a feltöltött elektron felelős az elektromos áramokért. Az elektron-neutrino néven ismert, feltérképezetlen partnerét a nap bőségesen termeli, és ezek olyan gyengén kölcsönhatásba lépnek a környezetükkel, hogy akadálytalanul áthaladnak a Földön. Egymillióan haladnak át testük minden négyzetcentiméterén másodpercenként, éjjel-nappal.
az elektron-neutrínókat elképzelhetetlen mennyiségben állítják elő szupernóva-robbanások során, és ezek a részecskék diszpergálják az univerzumba a nukleáris égés által termelt elemeket. Ezek az elemek közé tartozik a szén, amelyből készülünk, az oxigén, amit belélegzünk, és szinte minden más a földön. Ezért annak ellenére, hogy a neutrínók vonakodnak kölcsönhatásba lépni más alapvető részecskékkel, létezésünk szempontjából létfontosságúak. A másik két neutrínópár (úgynevezett muon és muon neutrino, Tau és tau neutrino) Az elektron csak nehezebb változatai.
mivel a normál anyag nem tartalmazza ezeket a részecskéket, úgy tűnhet, hogy szükségtelen komplikáció. Az ősrobbanást követő univerzum első egy-tíz másodpercében azonban döntő szerepet játszottak annak az univerzumnak a felépítésében, amelyben élünk – Lepton korszak néven ismert.
a hat kvark három párra oszlik, szeszélyes nevekkel: “fel” a “Le”, “charm” a “furcsa”, “felső” a “alsó” (korábban az úgynevezett “igazság”, “szépség”, bár sajnálatos módon megváltozott). A Fel-Le kvarkok összeállnak, hogy létrehozzák a protonokat és neutronokat, amelyek minden atom középpontjában állnak. Ismét csak a legkönnyebb pár kvarkok találhatók a normál anyagban, úgy tűnik, hogy a báj/furcsa és a felső/alsó párok nem játszanak szerepet az univerzumban, ahogy most létezik, de, mint a nehezebb leptonok, szerepet játszottak az univerzum korai pillanataiban, és segítettek létrehozni azt, amely alkalmas a létezésünkre.
erő részecskék
a standard modellben hat erőrészecske található, amelyek az anyagrészecskék közötti kölcsönhatásokat hozzák létre. Négy alapvető erőre oszthatók: gravitációs, elektromágneses, erős és gyenge erők.
a foton egy fényrészecske, amely felelős az elektromos és mágneses mezőkért, amelyet a fotonok egyik feltöltött tárgyról a másikra történő cseréje hoz létre.
A gluon termel az erő felelős a gazdaság kvarkok együtt alkotják protonok, illetve neutronok, valamint a gazdaság azok a protonok, illetve neutronok együtt alkotják nehezebb magok.
három részecske, a “W plusz”, A “W mínusz” és a “Z nulla” – köztes vektor bozonok – felelős a radioaktív bomlás folyamatáért és a napfényben zajló folyamatokért, amelyek fényét okozzák. A hatodik erő részecske, a graviton, úgy gondolják, hogy felelős a gravitációért, de még nem figyeltek meg.
anti-matter: the science fiction reality
az anti-matter létezéséről is tudunk. Ez egy olyan koncepció, amelyet a sci-fi írók nagyon szeretnek, de valójában létezik. Antianyag-részecskéket gyakran figyeltek meg. Például a pozitront (az elektron anti-részecskéjét) az orvostudományban használják belső szerveink pozitron emissziós tomográfia (PET) segítségével történő feltérképezésére. Híresen, amikor egy részecske találkozik anti-részecskéjével, mindketten megsemmisítik egymást, és energiarobbanás keletkezik. Ennek észlelésére PET-szkennert használnak.
Minden számít, a részecskék felett van egy társa részecske, amely az azonos tömegű, de ellentétes elektromos töltés, így tudjuk, dupla száma számít részecskék (hat kvarkok hat leptonok) érkezik a végleges száma 24.
Az anyag kvarkok száma +1, az antianyag kvarkok értéke -1. Ha összeadjuk az anyag kvarkok számát plusz az antianyag kvarkok számát, akkor megkapjuk a kvarkok nettó számát az univerzumban, ez soha nem változik. Ha van elég energiánk, akkor bármilyen anyag kvarkot létrehozhatunk, amíg egy antianyag kvarkot hozunk létre egyszerre. Az univerzum korai pillanataiban ezeket a részecskéket folyamatosan hozták létre – most csak a kozmikus sugarak ütközésében jönnek létre bolygók és csillagok légkörével.
A híres Higgs-bozon
van egy végső részecske, amely befejezi a részecskék gördülő hívását az eddig leírt részecskefizika standard modelljében. Ez a Higgs, amelyet Peter Higgs 50 évvel ezelőtt jósolt meg, és amelynek 2012-es felfedezése a CERN-ben Higgs és Francois Englert Nobel-díjához vezetett.
a Higgs-bozon páratlan részecske: a standard modellrészecskék közül a második legnehezebb, és ellenáll egy egyszerű magyarázatnak. Gyakran azt mondják, hogy a tömeg eredete, ami igaz, de félrevezető. A kvarkok tömegét adja, a kvarkok alkotják a protonokat és neutronokat, de a protonok és neutronok tömegének csak 2% – át biztosítják a kvarkok, a többi pedig a gluonok energiájából származik.
Ezen a ponton számoltuk el a standard modell által megkövetelt összes részecskét: hat erőrészecskét, 24 anyagrészecskét és egy Higgs – részecskét-összesen 31 alapvető részecskét. Annak ellenére, amit tudunk róluk, tulajdonságaikat nem mértük elég jól ahhoz, hogy véglegesen elmondhassuk, hogy ezek a részecskék szükségesek ahhoz, hogy felépítsük a körülöttünk lévő univerzumot, és természetesen nincs minden válaszunk. A Nagy Hadronütköztető következő futása lehetővé teszi számunkra, hogy finomítsuk ezeknek a tulajdonságoknak a méréseit – de van valami más.
az elmélet még mindig rossz
a gyönyörű elméletet, a standard modellt két évtized alatt tesztelték és tesztelték újra; és még nem végeztünk olyan mérést, amely ellentmondana előrejelzéseinknek. De tudjuk, hogy a standard modellnek rossznak kell lennie. Amikor két alapvető részecskét ütközünk össze, számos eredmény lehetséges. Elméletünk lehetővé teszi számunkra, hogy kiszámítsuk annak a valószínűségét, hogy bármilyen konkrét eredmény előfordulhat, de olyan energiákon, amelyeken túl eddig elértük, azt jósolja, hogy ezeknek az eredményeknek egy része 100% – nál nagyobb valószínűséggel fordul elő-egyértelműen ostobaság.
az Elméleti fizikusok töltött sok erőfeszítést, próbál építeni egy elmélet, amely ad értelmes válaszokat egyáltalán energiák, miközben ugyanaz a válaszom, mint a standard modell minden körülményt, amely a standard modellt tesztelték.
a leggyakoribb módosítás azt jelenti, hogy nagyon nehéz felfedezetlen részecskék vannak. Az a tény, hogy nehéz eszközök, sok energiára lesz szükség azok előállításához. Ezeknek az extra részecskéknek a tulajdonságait úgy lehet megválasztani, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a kapott elmélet minden energiában értelmes választ ad-e, de nincs hatással a mérésekre, amelyek annyira egyetértenek a standard modellel.
ezeknek a felfedezetlen és még nem látott részecskéknek a száma attól függ, hogy melyik elméletben hiszel. Ezeknek az elméleteknek a legnépszerűbb osztályát szuperszimmetrikus elméleteknek nevezik, és azt sugallják, hogy az összes részecskének, amelyet láttunk, sokkal nehezebb párja van. Ha azonban túl nehézek, problémák merülnek fel az energiákban, amelyeket előállíthatunk, mielőtt ezeket a részecskéket megtalálnánk. De az LHC következő futásában elért energiák elég magasak ahhoz, hogy az új részecskék hiánya minden szuperszimmetrikus elméletre csapást jelent.