Det hevdes ofte at De Gamle Grekerne var de første til å identifisere objekter som ikke har noen størrelse, men likevel er i stand til å bygge opp verden rundt oss gjennom deres samspill. Og da vi er i stand til å observere verden i tinier og tinier detalj gjennom mikroskoper av økende kraft, er det naturlig å lure på hva disse objektene er laget av. Vi tror vi har funnet noen av disse objektene: subatomære partikler, eller fundamentale partikler, som ikke har noen størrelse, kan ikke ha noen understruktur. Vi søker nå å forklare egenskapene til disse partiklene og arbeider for å vise hvordan disse kan brukes til å forklare innholdet i universet. det er to typer fundamentale partikler: materiepartikler, hvorav noen kombinerer for å produsere verden om oss, og kraftpartikler-hvorav den ene, fotonen, er ansvarlig for elektromagnetisk stråling. Disse er klassifisert i standardmodellen for partikkelfysikk, som teoretiserer hvordan de grunnleggende byggesteinene i materie interagerer, styrt av fundamentale krefter. Materiepartikler er fermioner, mens kraftpartikler er bosoner.
Materiepartikler: kvarker og leptoner
Materiepartikler er delt inn i to grupper: kvarker og leptoner – det er seks av disse, hver med en tilsvarende partner.
Leptoner er delt inn i tre par. Hvert par har en elementær partikkel med en ladning og en uten ladning – en som er mye lettere og ekstremt vanskelig å oppdage. Den letteste av disse parene er elektron og elektron-nøytrino.
den ladede elektronen er ansvarlig for elektriske strømmer. Dens uladede partner, kjent som elektronnutrino, produseres stort sett i solen, og disse samhandler så svakt med omgivelsene at De passerer uhindret gjennom Jorden. En million av dem passerer gjennom hver kvadratcentimeter av kroppen din hvert sekund, dag og natt. Elektron-nøytriner produseres i ufattelige tall under supernovaeksplosjoner, og det er disse partiklene som sprer elementer produsert ved atombrenning inn i universet. Disse elementene inkluderer karbon som vi er laget, oksygen vi puster, og nesten alt annet på jorden. Derfor, til tross for nøytrinos motvilje mot å samhandle med andre grunnleggende partikler, er de avgjørende for vår eksistens. De to andre nøytrinoparene (kalt myon og myon neutrino, tau og tau neutrino) ser ut til å være bare tyngre versjoner av elektronen.
siden normal materie ikke inneholder disse partiklene kan det virke som de er en unødvendig komplikasjon. Men i løpet av de første ett til ti sekundene av universet etter Big Bang, hadde de en avgjørende rolle å spille i å etablere strukturen til universet vi lever i-kjent som Lepton-Epoken.
de seks kvarkene er også delt inn i tre par med lunefull navn: «opp» med «ned», «sjarm» med «merkelig» og «topp» med » bunn «(tidligere kalt «sannhet » og» skjønnhet», men dessverre endret). Opp og ned kvarker holde sammen for å danne protoner og nøytroner som ligger i hjertet av hvert atom. Igjen bare de letteste par kvarker er funnet i normal materie, sjarm / merkelig og topp/bunn parene synes å spille noen rolle i universet som det nå eksisterer, men, som de tyngre leptoner, spilte en rolle i de tidlige øyeblikkene i universet og bidro til å skape en som er mottagelig for vår eksistens.
Kraftpartikler
det er seks kraftpartikler i standardmodellen, som skaper samspillet mellom materiepartikler. De er delt inn i fire grunnleggende krefter: gravitasjons -, elektromagnetiske, sterke og svake krefter.en foton er en partikkel av lys og er ansvarlig for elektriske og magnetiske felt, skapt av utveksling av fotoner fra ett ladet objekt til et annet. gluonet produserer kraften som er ansvarlig for å holde kvarker sammen for å danne protoner og nøytroner, og for å holde disse protonene og nøytronene sammen for å danne tyngre kjerner. Tre partikler kalt «W pluss»,» w minus » Og «Z null» – referert til som mellomliggende vektor bosoner – er ansvarlige for prosessen med radioaktivt henfall og for prosessene i solen som får det til å skinne. En sjette kraftpartikkel, graviton, antas å være ansvarlig for gravitasjon, men har ennå ikke blitt observert.
Anti-materie: science fiction virkeligheten
vi vet også om eksistensen av anti-materie. Dette er et konsept mye elsket av science fiction forfattere, men det eksisterer virkelig. Antistoffpartikler er ofte observert. For eksempel brukes positronet (antipartikkelen til elektronen) i medisin for å kartlegge våre indre organer ved hjelp av positronemisjonstomografi (PET). Famously når en partikkel møter sin anti-partikkel de begge utslette hverandre og et utbrudd av energi er produsert. EN PET-skanner brukes til å oppdage dette. Hver av materiepartiklene ovenfor har en partnerpartikkel som har samme masse, men motsatt elektrisk ladning, slik at vi kan doble antall materiepartikler (seks kvarker og seks leptoner) for å komme til et endelig antall på 24.
vi gir materie kvarker et antall +1 og anti-materie kvarker en verdi på -1. Hvis vi legger opp antall materie kvarker pluss antall anti-materie kvarker, får vi netto antall kvarker i universet, dette varierer aldri. Hvis vi har nok energi, kan vi lage noen av materie kvarker så lenge vi lager en anti-materie kvark samtidig. I universets tidlige øyeblikk ble disse partiklene skapt kontinuerlig-nå er de bare opprettet i kollisjoner av kosmiske stråler med atmosfæren av planeter og stjerner.
Den berømte Higgs boson
Det er en endelig partikkel som fullfører roll call av partikler i det som er referert til som standardmodellen for partikkelfysikk så langt beskrevet. Det Er Higgs, spådd Av Peter Higgs for 50 år siden, og hvis oppdagelse VED CERN i 2012 førte Til En Nobelpris For Higgs og Francois Englert. Higgs-bosonet Er en merkelig partikkel: Det er den nest tyngste av standardmodellpartiklene, og det motstår en enkel forklaring. Det er ofte sagt å være opprinnelsen til masse, som er sant, men misvisende. Det gir masse til kvarkene, og kvarker utgjør protonene og nøytronene, men bare 2% av massen av protoner og nøytroner leveres av kvarkene, og resten er fra energien i gluonene.på dette punktet har vi redegjort for alle partiklene som kreves av standardmodellen: seks kraftpartikler, 24 materiepartikler og En Higgs – partikkel-totalt 31 grunnleggende partikler. Til tross for hva vi vet om dem, har deres egenskaper ikke blitt målt godt nok til å tillate oss å si definitivt at disse partiklene er alt som trengs for å bygge universet vi ser rundt oss, og vi har absolutt ikke alle svarene. Neste løp Av Large Hadron Collider vil tillate oss å forfine våre målinger av noen av disse egenskapene-men det er noe annet.
likevel er teorien fortsatt feil
den vakre teorien, standardmodellen, har blitt testet og testet over to tiår og mer; og vi har ennå ikke gjort en måling som er i strid med våre spådommer. Men vi vet at standardmodellen må være feil. Når vi kolliderer to grunnleggende partikler sammen en rekke utfall er mulig. Vår teori tillater oss å beregne sannsynligheten for at et bestemt utfall kan oppstå, men ved energier utover hvilke vi hittil har oppnådd, forutsier det at noen av disse utfallene oppstår med en sannsynlighet på større enn 100% – klart tull. Teoretiske fysikere har brukt mye krefter på å forsøke å konstruere en teori som gir fornuftige svar på alle energier, samtidig som de gir det samme svaret som standardmodellen under alle omstendigheter der standardmodellen er testet.
den vanligste modifikasjonen innebærer at det er svært tunge uoppdagede partikler. Det faktum at de er tunge betyr mye energi vil være nødvendig for å produsere dem. Egenskapene til disse ekstra partiklene kan velges for å sikre at den resulterende teorien gir fornuftige svar på alle energier, men de har ingen effekt på målingene som stemmer så godt med standardmodellen. antallet av disse uoppdagede og ennå usynlige partiklene avhenger av hvilken teori du velger å tro. Den mest populære klassen av disse teoriene kalles supersymmetriske teorier, og de innebærer at alle partiklene som vi har sett har en mye tyngre motpart. Men hvis de er for tunge, vil det oppstå problemer ved energier vi kan produsere før disse partiklene blir funnet. Men energiene som vil bli nådd i NESTE løp AV LHC er høye nok til at et fravær av nye partikler vil være et slag for alle supersymmetriske teorier.