העולם והמדע לעולם אינם עומדים במקום. לאחרונה, בספרי לימוד בפיזיקה, הם כתבו בביטחון שהאלקטרון הוא החלקיק הקטן ביותר. ואז המזונים הפכו לחלקיקים הקטנים ביותר, ואז לבוזונים. ועכשיו המדע גילה דבר חדש החלקיק הקטן ביותר ביקוםהוא חור שחור של פלאנק. נכון, זה פתוח עד כה רק בתיאוריה. חלקיק זה שייך לקטגוריית החורים השחורים מכיוון שרדיוס הכבידה שלו גדול מאורך הגל או שווה לו. מכל החורים השחורים הקיימים, הפלנקיאן הוא הקטן ביותר.
אורך החיים הקצר מדי של חלקיקים אלה אינו יכול לאפשר את הזיהוי המעשי שלהם. לפחות בינתיים. והם נוצרים, כפי שנהוג להאמין, כתוצאה מתגובות גרעיניות. אבל לא רק משך החיים של החורים השחורים של פלאנק הוא שמונע את גילוים. כעת, למרבה הצער, הדבר אינו אפשרי מבחינה טכנית. על מנת לסנתז חורים שחורים של פלאנק, יש צורך במאיץ אנרגיה של יותר מאלף אלקטרונים וולט.
וִידֵאוֹ:
למרות קיומו כה היפותטי של החלקיק הקטן ביותר ביקום, גילויו המעשי בעתיד אפשרי בהחלט. אחרי הכל, לא כל כך מזמן, גם את הבוזון האגדי של היגס לא ניתן היה לזהות. זה היה כדי לזהות אותו נוצר מתקן שרק התושב העצל ביותר על פני כדור הארץ לא שמע עליו - מאיץ ההדרונים הגדול. אמון המדענים בהצלחתם של מחקרים אלו סייע להשיג תוצאה מרעישה. בוזון היגס הוא כיום החלקיק הקטן ביותר מבין אלה שקיומם הוכח באופן מעשי. גילויו חשוב מאוד למדע, הוא אפשר לכל החלקיקים לרכוש מסה. ואם לחלקיקים לא הייתה מסה, היקום לא יכול היה להתקיים. לא יכול היה להיווצר בו חומר אחד.
למרות קיומו המעשי המוכח של חלקיק זה, בוזון היגס, עדיין לא הומצאו יישומים מעשיים עבורו. עד כה, זה רק ידע תיאורטי. אבל הכל אפשרי בעתיד. לא לכל התגליות בתחום הפיזיקה היה יישום מעשי מיד. אף אחד לא יודע מה יקרה בעוד מאה שנים. אחרי הכל, כפי שהוזכר קודם, העולם והמדע לעולם אינם עומדים במקום.
התשובה לשאלה הבלתי נגמרת: מי מהם התפתח עם האנושות.
אנשים חשבו פעם שגרגרי חול הם אבני הבניין של מה שאנו רואים סביבנו. אז התגלה האטום והוא נחשב בלתי ניתן לחלוקה עד שפוצל כדי לחשוף את הפרוטונים, הנייטרונים והאלקטרונים שבתוכו. הם גם לא התבררו כחלקיקים הקטנים ביותר ביקום, שכן מדענים גילו שהפרוטונים והנייטרונים מורכבים משלושה קווארקים כל אחד.
עד כה, מדענים לא הצליחו לראות שום עדות לכך שיש משהו בתוך הקווארקים ושהגיעה לשכבת החומר היסודית ביותר או לחלקיק הקטן ביותר ביקום.
וגם אם קווארקים ואלקטרונים אינם ניתנים לחלוקה, המדענים אינם יודעים אם הם פיסות החומר הקטנות ביותר שקיימות או אם היקום מכיל עצמים קטנים עוד יותר.
החלקיקים הקטנים ביותר ביקום
הם באים בטעמים ובגדלים שונים, לחלקם יש קשר מדהים, אחרים בעצם מאדים אחד את השני, לרבים מהם יש שמות פנטסטיים: קווארקים של בריונים ומזונים, נויטרונים ופרוטונים, נוקלונים, היפרונים, מיזונים, בריונים, נוקלונים, פוטונים וכו'. ד.
בוזון היגס הוא חלקיק כל כך חשוב למדע שהוא מכונה "חלקיק אלוהים". הוא האמין שזה קובע את המסה של כל האחרים. היסוד נוצר לראשונה בשנת 1964 כאשר מדענים תהו מדוע חלקיקים מסוימים מסיביים יותר מאחרים.
בוזון היגס קשור למה שנקרא שדה היגס אשר מאמינים שהוא ממלא את היקום. שני יסודות (קוואנטום שדה היגס ובוזון היגס) אחראים לתת לאחרים מסה. נקרא על שם המדען הסקוטי פיטר היגס. ב-14 במרץ 2013 הוכרז רשמית על אישור קיומו של בוזון היגס.
מדענים רבים טוענים שמנגנון היגס פתר את החלק החסר בפאזל כדי להשלים את "המודל הסטנדרטי" הקיים של הפיזיקה המתאר חלקיקים ידועים.
בוזון היגס קבע ביסודו את המסה של כל מה שקיים ביקום.
קווארקים (מתורגמים כמטורפים) הם אבני הבניין של פרוטונים וניוטרונים. הם אף פעם לא לבד, קיימים רק בקבוצות. ככל הנראה, הכוח המחבר בין קווארקים גדל עם המרחק, כך שככל שמתרחקים, כך יהיה קשה יותר להפריד ביניהם. לכן, קווארקים חופשיים לעולם אינם קיימים בטבע.
חלקיקי קווארקים בסיסייםחסרי מבנה, מנוקדים בגודל של כ 10-16 ס"מ .
לדוגמה, פרוטונים וניוטרונים מורכבים משלושה קווארקים, כאשר לפרוטונים יש שני קווארקים זהים בעוד שלנייטרונים יש שני קווארקים שונים.
סופר סימטריה
ידוע שה"לבנים" היסודיות של החומר - פרמיונים - הם קווארקים ולפטונים, ושומרי כוח הבוזונים הם פוטונים, גלוונים. תורת העל-סימטריה אומרת שפרמיונים ובוזונים יכולים להפוך זה לזה.
תיאוריית הניבוי אומרת שעל כל חלקיק המוכר לנו, ישנו חלקיק אחות שעדיין לא גילינו. לדוגמה, עבור אלקטרון זה סלקרון, קווארק הוא סקווארק, פוטון הוא פוטינו, היגס הוא היגסינו.
למה שלא נבחין בסופרסימטריה הזו ביקום עכשיו? מדענים מאמינים שהם הרבה יותר כבדים מבני הדודים הרגילים שלהם, וככל שהם כבדים יותר, כך תוחלת החיים שלהם קצרה יותר. למעשה, הם מתחילים להישבר ברגע שהם מתעוררים. יצירת העל-סימטריה דורשת די הרבה אנרגיה, שהתקיימה רק זמן קצר לאחר המפץ הגדול ואולי יכלה להיווצר במאיצים גדולים כמו מאיץ ההדרון הגדול.
באשר למה נוצרה הסימטריה, פיסיקאים משערים שייתכן שהסימטריה נשברה באיזה מגזר נסתר של היקום שאיננו יכולים לראות או לגעת בו, אלא יכולים להרגיש רק בכוח הכבידה.
ניוטרינו
ניוטרינו הם חלקיקים תת-אטומיים קלים ששורקים לכל מקום במהירות האור הקרובה. למעשה, טריליונים של ניטרינו זורמים בגופכם בכל רגע נתון, למרות שהם מקיימים אינטראקציה עם חומר רגיל רק לעתים רחוקות.
חלקם מגיעים מהשמש, בעוד שאחרים מגיעים מקרניים קוסמיות באינטראקציה עם האטמוספירה של כדור הארץ ומקורות אסטרונומיים כמו כוכבים מתפוצצים בשביל החלב וגלקסיות רחוקות אחרות.
אנטי חומר
מאמינים שלכל החלקיקים הרגילים יש אנטי-חומר עם אותה מסה אך מטען הפוך. כשחומר ונפגש, הם הורסים זה את זה. לדוגמה, חלקיק האנטי-חומר של פרוטון הוא אנטי-פרוטון, בעוד שהשותף האנטי-חומר של אלקטרון נקרא פוזיטרון. אנטי-חומר מתייחס אליו בני אדם הצליחו לזהות.
גרביטונים
בתחום מכניקת הקוונטים, כל הכוחות הבסיסיים מועברים על ידי חלקיקים. לדוגמה, האור מורכב מחלקיקים חסרי מסה הנקראים פוטונים הנושאים כוח אלקטרומגנטי. באופן דומה, הגרביטון הוא חלקיק תיאורטי הנושא את כוח הכבידה. מדענים עדיין לא גילו גרביטונים, שקשה למצוא אותם מכיוון שהם מקיימים אינטראקציה כה חלשה עם החומר.
חוטים של אנרגיה
בניסויים, חלקיקים זעירים כמו קווארקים ואלקטרונים פועלים כנקודות בודדות של חומר ללא התפלגות מרחבית. אבל אובייקטים נקודתיים מסבכים את חוקי הפיזיקה. מכיוון שאי אפשר להתקרב עד אינסוף לנקודה, שכן הכוחות הפועלים יכולים להיות גדולים לאין ערוך.
רעיון שנקרא תורת מיתרי העל יכול לפתור בעיה זו. התיאוריה קובעת שכל החלקיקים, במקום להיות נקודתיים, הם למעשה חוטי אנרגיה קטנים. כלומר, כל האובייקטים של עולמנו מורכבים מחוטים רוטטים וממברנות אנרגיה. 
שום דבר לא יכול להיות קרוב לאינסוף לחוט מכיוון שחלק אחד תמיד יהיה מעט יותר קרוב מהשני. נראה ש"הפרצה" הזו פותרת כמה מבעיות האינסוף, מה שהופך את הרעיון לאטרקטיבי לפיזיקאים. עם זאת, למדענים עדיין אין ראיות ניסיוניות לכך שתורת המיתרים נכונה.
דרך נוספת לטפל בבעיה הנקודתית היא לומר שהחלל עצמו אינו רציף וחלק, אלא למעשה מורכב מפיקסלים או גרגירים נפרדים, המכונה לפעמים המבנה המרחבי-זמני. במקרה זה, שני חלקיקים אינם יכולים להתקרב זה לזה ללא הגבלת זמן, מכיוון שהם תמיד חייבים להיות מופרדים על ידי גודל הגרגר המינימלי של החלל.
נקודת חור שחור
מתחרה נוספת על התואר של החלקיק הקטן ביותר ביקום היא ייחוד (נקודה בודדת) במרכזו של חור שחור. חורים שחורים נוצרים כאשר החומר מתעבה בחלל קטן מספיק שכוח הכבידה תופס אותו, מה שגורם לחומר להימשך פנימה, ולבסוף להתעבות לנקודה אחת של צפיפות אינסופית. לפחות לפי חוקי הפיזיקה הנוכחיים.
אבל רוב המומחים לא מחשיבים חורים שחורים כצפופים באמת לאין שיעור. הם מאמינים שהאינסוף הזה הוא תוצאה של התנגשות פנימית בין שתי תיאוריות עדכניות – תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים. הם מציעים שכאשר ניתן יהיה לנסח את תורת הכבידה הקוונטית, יתגלה הטבע האמיתי של חורים שחורים.
אורך פלאנק
חוטי אנרגיה ואפילו החלקיק הקטן ביותר ביקום יכולים להיות בגודל של "אורך קרש".
אורך המוט הוא 1.6 על 10 -35 מטר (לפני המספר 16 34 אפסים ונקודה עשרונית) - קנה מידה קטן באופן בלתי מובן המזוהה עם היבטים שונים של הפיזיקה.
אורך פלאנק הוא "היחידה הטבעית" למדידת אורך, שהוצעה על ידי הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק.
אורך פלאנק קטן מדי עבור כל מכשיר למדוד, אך מעבר לכך, מאמינים שהוא מייצג את הגבול התיאורטי של האורך הקצר ביותר שניתן למדידה. על פי עקרון אי הוודאות, אף מכשיר לא אמור להיות מסוגל למדוד פחות מזה, כי בטווח הזה היקום הוא הסתברותי ואינו ודאי.
סולם זה נחשב גם לקו המפריד בין תורת היחסות הכללית למכניקת הקוונטים.
אורך פלאנק מתאים למרחק שבו שדה הכבידה כה חזק שהוא יכול להתחיל ליצור חורים שחורים מהאנרגיה של השדה.
ככל הנראה כעת, החלקיק הקטן ביותר ביקום הוא בערך בגודל של אורך קרש: 1.6 10 -35 מטרים
מספסל הלימודים נודע כי לחלקיק הקטן ביותר ביקום, האלקטרון, יש מטען שלילי ומסה קטנה מאוד השווה ל-9.109 על 10 - 31 ק"ג, והרדיוס הקלאסי של האלקטרון הוא 2.82 על 10 -15 מ'. .
עם זאת, פיזיקאים כבר עובדים עם החלקיקים הקטנים ביותר ביקום, גודל פלאנק, שהוא בערך 1.6 x 10 -35 מטרים.
מהו החלקיק הקטן ביותר הידוע? הם נחשבים היום לחלקיקים הקטנים ביותר ביקום. החלקיק הקטן ביותר ביקום הוא החור השחור של פלאנק (Planck Black Hole), שקיים עד כה רק בתיאוריה. החור השחור של פלאנק - הקטן מכל החורים השחורים (בשל הדיסקרטיות של ספקטרום המסה) - הוא מעין עצם גבול. אבל ביקום התגלה גם החלקיק הקטן ביותר שלו, שנחקר כעת בקפידה.
הנקודה הגבוהה ביותר ברוסיה נמצאת בקווקז. ואז המזונים הפכו לחלקיקים הקטנים ביותר, ואז לבוזונים. חלקיק זה שייך לקטגוריית החורים השחורים מכיוון שרדיוס הכבידה שלו גדול מאורך הגל או שווה לו. מכל החורים השחורים הקיימים, הפלנקיאן הוא הקטן ביותר.
והם נוצרים, כפי שנהוג להאמין, כתוצאה מתגובות גרעיניות. למרות קיומו כה היפותטי של החלקיק הקטן ביותר ביקום, גילויו המעשי בעתיד אפשרי בהחלט. זה היה כדי לזהות אותו נוצר מתקן שרק התושב העצל ביותר על פני כדור הארץ לא שמע עליו - מאיץ ההדרונים הגדול. בוזון היגס הוא כיום החלקיק הקטן ביותר מבין אלה שקיומם הוכח באופן מעשי.
ואם לחלקיקים לא הייתה מסה, היקום לא יכול היה להתקיים. לא יכול היה להיווצר בו חומר אחד. למרות קיומו המעשי המוכח של חלקיק זה, בוזון היגס, עדיין לא הומצאו יישומים מעשיים עבורו. העולם שלנו ענק ומשהו מעניין, משהו יוצא דופן ומרתק קורה בו כל יום. הישאר איתנו ולמד כל יום על העובדות המעניינות ביותר מרחבי העולם, על אנשים או דברים יוצאי דופן, על יצירות הטבע או האדם.
חלקיק אלמנטרי הוא חלקיק ללא מבנה פנימי, כלומר שאינו מכיל חלקיקים אחרים [כ. אחד]. חלקיקים יסודיים הם אובייקטים בסיסיים של תורת השדות הקוונטיים. ניתן לסווג אותם לפי ספין: לפרמיונים יש ספין של חצי שלם, בעוד לבוזונים יש ספין שלם. המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים היסודיים הוא תיאוריה המתארת את התכונות והאינטראקציות של חלקיקים יסודיים.
הם מסווגים לפי השתתפותם באינטראקציה החזקה. הדרונים מוגדרים כחלקיקי תרכובת בעלי אינטראקציה חזקה. ראה גם פרטון (חלקיק). אלה כוללים את pion, kaon, J/ψ meson וסוגים רבים אחרים של mesons. תגובות גרעיניות והתפרקות רדיואקטיבית יכולות להפוך גרעין אחד למשנהו.
אטום מורכב מגרעין קטן, כבד, בעל מטען חיובי, מוקף בענן גדול יחסית וקל של אלקטרונים. ישנם גם אטומים אקזוטיים קצרי מועד שבהם תפקיד הגרעין (חלקיק בעל מטען חיובי) ממלא פוזיטרון (פוזיטרון) או מיאון חיובי (מווניום).
למרבה הצער, עדיין לא ניתן היה איכשהו לרשום אותם, והם קיימים רק בתיאוריה. ולמרות שהוצעו היום ניסויים לאיתור חורים שחורים, האפשרות ליישום שלהם נתקלת בבעיה משמעותית. להיפך, דברים קטנים יכולים להיעלם מעיניהם, אם כי זה לא הופך אותם לפחות חשובים. כדור הרגואה (Sphaerodactylus ariasae) הוא הזוחל הקטן ביותר בעולם. אורכו 16-18 מ"מ בלבד, ומשקלו 0.2 גרם.
הדברים הכי קטנים בעולם
נגיף ה-DNA החד-גדילי הקטן ביותר הוא הסירקוווירוס החזירי. במהלך המאה האחרונה, המדע עשה צעד עצום לקראת הבנת מרחבי היקום וחומרי הבנייה המיקרוסקופיים שלו.
פעם, האטום נחשב לחלקיק הקטן ביותר. אז גילו מדענים את הפרוטון, הנייטרון והאלקטרון. כעת אנו יודעים שעל ידי דחיפת חלקיקים יחד (כמו במאיץ ההדרונים הגדול, למשל), ניתן לפרק אותם לחלקיקים נוספים, כמו קווארקים, לפטון ואפילו אנטי-חומר. הבעיה היא רק בקביעה מה פחות. אז לחלקיקים מסוימים אין מסה, לחלק יש מסה שלילית. הפתרון לשאלה זו זהה לחלוקה באפס, כלומר בלתי אפשרי.
אתה חושב שיש בזה משהו?, כלומר: החלקיק הקטן ביותר הוא באסון היגס.
ולמרות שלמחרוזות כאלה אין פרמטרים פיזיים, הנטייה האנושית להצדיק הכל מובילה אותנו למסקנה שאלו הם העצמים הקטנים ביותר ביקום. אסטרונומיה וטלסקופים ← שאלה ותשובה של אסטרונום ואסטרופיזיקאי ← האם אתה חושב שיש בזה משהו?, כלומר...
הנגיף הכי קטן
העובדה היא שלסינתזה של חלקיקים כאלה יש צורך להשיג אנרגיה של 1026 וולט אלקטרונים במאיץ, וזה בלתי אפשרי מבחינה טכנית. המסה של חלקיקים כאלה היא בערך 0.00001 גרם, והרדיוס הוא 1/1034 מטר. אורך הגל של חור שחור כזה דומה לגודל רדיוס הכבידה שלו.
איפה כדור הארץ ביקום? מה היה ביקום לפני המפץ הגדול? מה קרה לפני היווצרות היקום? בן כמה היקום? כפי שהתברר, זו לא הייתה התחמושת היחידה באוסף של נער בן 13". המבנה של חלקיקים כאלה הוא מינימלי באופן קריטי - אין להם כמעט מסה, ואין להם מטען אטומי כלל, מכיוון שהגרעין קטן מדי. יש מספרים שהם כל כך להפליא, גדולים להפליא, שנדרש לכל היקום אפילו לרשום אותם.
החפצים הקטנים ביותר הנראים לעין בלתי מזוינת
גוגל נולדה ב-1920 כדרך לגרום לילדים להתעניין במספרים גדולים. זה מספר, לפי מילטון, שיש לו קודם 1 ואחר כך כמה אפסים שאתה יכול לכתוב לפני שאתה מתעייף. אם מדברים על המספר המשמעותי הגדול ביותר, יש טענה סבירה שזה באמת אומר שצריך למצוא את המספר הגדול ביותר עם ערך שבאמת קיים בעולם.
לפיכך, מסת השמש בטונות תהיה פחותה מאשר בקילוגרמים. המספר הגדול ביותר עם כל יישום בעולם האמיתי - או, במקרה הזה, יישום בעולם האמיתי - הוא כנראה אחת ההערכות האחרונות של מספר היקומים ברב-יקום. המספר הזה כל כך גדול שהמוח האנושי ממש לא יוכל לתפוס את כל היקומים השונים האלה, מכיוון שהמוח מסוגל לתצורות גסות בלבד.
הנה אוסף של הדברים הקטנים ביותר בעולם, החל מצעצועים זעירים, חיות מיניאטוריות ואנשים ועד חלקיק תת-אטומי היפותטי. אטומים הם החלקיקים הקטנים ביותר שאליהם ניתן לחלק את החומר על ידי תגובות כימיות. קומקום התה הקטן בעולם נוצר על ידי הקרמיקאי הנודע Wu Ruishen ומשקלו 1.4 גרם בלבד. בשנת 2004 הפכה רומאיסה רחמן לילד הנולד הקטן ביותר.
בפיזיקה, חלקיקים יסודיים הם עצמים פיזיקליים בקנה מידה של גרעין אטום, שלא ניתן לחלקם לחלקים מרכיבים. עם זאת, כיום, מדענים עדיין הצליחו לפצל חלק מהם. המבנה והמאפיינים של העצמים הקטנים ביותר הללו נחקרים על ידי פיזיקת החלקיקים היסודיים.
החלקיקים הקטנים ביותר המרכיבים את כל החומר היו ידועים עוד מימי קדם. עם זאת, מייסדי ה"אטומיזם" כביכול נחשבים לפילוסוף של יוון העתיקה לאוקיפוס ותלמידו המפורסם יותר, דמוקריטוס. ההנחה היא שהאחרון הציג את המונח "אטום". מהיוונית העתיקה "אטמוס" מתורגם כ"ניתן לחלוקה", המגדיר את השקפותיהם של פילוסופים קדומים.
מאוחר יותר נודע שעדיין ניתן לחלק את האטום לשני עצמים פיזיקליים - הגרעין והאלקטרון. זה האחרון הפך לאחר מכן לחלקיק היסודי הראשון, כאשר בשנת 1897 האנגלי ג'וזף תומסון ערך ניסוי בקרני קתודה ומצא כי מדובר בזרם של חלקיקים זהים בעלי אותה מסה ומטען.
במקביל לעבודתו של תומסון, אנרי בקרל, העוסק בחקר קרינת רנטגן, עורך ניסויים באורניום ומגלה סוג חדש של קרינה. בשנת 1898, זוג פיזיקאים צרפתים, מארי ופייר קירי, חוקרים חומרים רדיואקטיביים שונים, ומצאו את אותה קרינה רדיואקטיבית. בהמשך יתברר שהוא מורכב מחלקיקי אלפא (2 פרוטונים ו-2 נויטרונים) וחלקיקי בטא (אלקטרונים), ובקרל וקורי יקבלו את פרס נובל. בביצוע המחקר שלה עם יסודות כמו אורניום, רדיום ופולוניום, מארי סקלודובסקה-קירי לא נקטה באמצעי בטיחות, כולל אפילו לא להשתמש בכפפות. כתוצאה מכך, בשנת 1934 השתלטה עליה לוקמיה. לזכר הישגיו של המדען הגדול, היסוד שגילו בני הזוג קירי, פולוניום, נקרא על שם מולדתה של מרי - פולוניה, מלטינית - פולין.
תמונה מקונגרס סולביי החמישי, 1927. נסה למצוא את כל המדענים מהמאמר הזה בתמונה זו.
החל משנת 1905, אלברט איינשטיין הקדיש את פרסומיו לחוסר השלמות של תורת הגלים של האור, שהניחותיה חרגו מתוצאות הניסויים. מה שהוביל לאחר מכן את הפיזיקאי המצטיין לרעיון של "קוונטי אור" - מנת אור. מאוחר יותר, בשנת 1926, הוא קיבל את שמו כ"פוטון", בתרגום מיוונית "פוס" ("אור"), על ידי הפיזיקאי האמריקאי גילברט נ. לואיס.
בשנת 1913, ארנסט רתרפורד, פיזיקאי בריטי, בהתבסס על תוצאות ניסויים שכבר בוצעו באותה תקופה, ציין כי המסות של הגרעינים של יסודות כימיים רבים הן כפולות של המסה של גרעין המימן. לכן, הוא הציע שגרעין המימן הוא מרכיב של גרעינים של יסודות אחרים. בניסוי שלו הקרין רתרפורד אטום חנקן עם חלקיקי אלפא, שכתוצאה מכך פלט חלקיק מסוים, שנקרא על ידי ארנסט כ"פרוטון", מ"פרוטוים" יווניים אחרים (ראשון, עיקרי). מאוחר יותר אושר בניסוי שהפרוטון הוא גרעין המימן.
ברור שהפרוטון אינו המרכיב היחיד בגרעיני היסודות הכימיים. הרעיון הזה מובל על ידי העובדה ששני פרוטונים בגרעין היו דוחים זה את זה, והאטום יתפרק באופן מיידי. לכן, ראתרפורד העלה השערה לגבי נוכחות של חלקיק אחר, אשר מסה שווה למסה של פרוטון, אך אינו מטען. כמה ניסויים של מדענים על האינטראקציה של יסודות רדיואקטיביים וקלים יותר הובילו אותם לגילוי קרינה חדשה נוספת. ב-1932, ג'יימס צ'דוויק קבע שהוא מורכב מאותם חלקיקים ניטרליים שהוא כינה נויטרונים.
כך התגלו החלקיקים המפורסמים ביותר: פוטון, אלקטרון, פרוטון ונייטרון.
יתרה מכך, גילוי של עצמים תת-גרעיניים חדשים הפך לאירוע תכוף יותר ויותר, וכרגע ידוע על כ-350 חלקיקים, הנחשבים ל"אלמנטריים". אלו מהם שעדיין לא הצליחו להתפצל נחשבים חסרי מבנה ונקראים "יסודיים".
מה זה ספין?
לפני שתמשיך לחידושים נוספים בתחום הפיזיקה, יש צורך לקבוע את המאפיינים של כל החלקיקים. המפורסם ביותר, מלבד מסה ומטען חשמלי, כולל גם ספין. ערך זה נקרא אחרת "תנע זוויתי פנימי" ואינו קשור בשום אופן לעקירה של העצם התת-גרעיני בכללותו. מדענים הצליחו לזהות חלקיקים עם ספינים 0, ½, 1, 3/2 ו-2. כדי לדמיין, אם כי בפשטות, ספין כמאפיין של אובייקט, שקול את הדוגמה הבאה.
תן לאובייקט להיות סיבוב שווה ל-1. ואז חפץ כזה, כשהוא מסובב ב-360 מעלות, יחזור למקומו המקורי. במטוס, עצם זה יכול להיות עיפרון, אשר לאחר סיבוב של 360 מעלות, יהיה במקומו המקורי. במקרה של אפס ספין, עם כל סיבוב של האובייקט, הוא תמיד ייראה אותו הדבר, למשל, כדור בצבע אחד.
עבור סיבוב ½, תזדקק לפריט ששומר על המראה שלו כשהוא מסובב 180 מעלות. זה יכול להיות אותו עיפרון, רק קרקע סימטרית משני הצדדים. סיבוב של 2 ידרוש שמירה על צורה באמצעות סיבוב של 720 מעלות, בעוד ש-3/2 ידרוש 540.
למאפיין זה חשיבות רבה לפיזיקת החלקיקים היסודיים.
מודל סטנדרטי של חלקיקים ואינטראקציות
בהיותם בעלי קבוצה מרשימה של מיקרו-אובייקטים המרכיבים את העולם הסובב, מדענים החליטו לבנות אותם, ולכן נוצרה בנייה תיאורטית ידועה בשם "המודל הסטנדרטי". היא מתארת שלוש אינטראקציות ו-61 חלקיקים באמצעות 17 חלקיקים יסודיים, שאת חלקם חזתה הרבה לפני גילויה.
שלושת האינטראקציות הן:
- אלקטרומגנטי. זה מתרחש בין חלקיקים טעונים חשמלית. במקרה פשוט, המוכר מבית הספר, עצמים בעלי מטען הפוך מושכים, וחפצים בעלי אותו שם דוחים. זה קורה דרך מה שנקרא נושא של אינטראקציה אלקטרומגנטית - פוטון.
- חזק, אחרת - אינטראקציה גרעינית. כפי שהשם מרמז, פעולתו משתרעת על עצמים בסדר גודל של גרעין האטום, היא אחראית למשיכת פרוטונים, נויטרונים וחלקיקים אחרים, המורכבים גם הם מקווארקים. הכוח החזק נישא על ידי גלוונים.
- חלש. פועל במרחקים של אלף פחות מגודל הליבה. אינטראקציה זו כוללת לפטונים וקווארקים, כמו גם אנטי-חלקיקים שלהם. יתר על כן, במקרה של אינטראקציה חלשה, הם יכולים להפוך זה לזה. הנשאים הם הבוזונים W+, W− ו-Z0.
אז המודל הסטנדרטי נוצר כדלקמן. הוא כולל שישה קווארקים המרכיבים את כל ההדרונים (חלקיקים הכפופים לאינטראקציה חזקה):
- עליון (u);
- מוקסם (ג);
- true(t);
- תחתון (ד);
- מוזר(ים);
- מקסים (ב).
ניתן לראות שלפיזיקאים אין כינויים. 6 החלקיקים האחרים הם לפטונים. אלו הם חלקיקים בסיסיים עם ספין ½ שאינם לוקחים חלק באינטראקציה החזקה.
- אֶלֶקטרוֹן;
- נייטרינו אלקטרוני;
- מואון;
- נויטרינו מואון;
- טאו לפטון;
- נייטרינו טאו.
והקבוצה השלישית של המודל הסטנדרטי היא בוזוני המדידה, בעלי ספין השווה ל-1 ומיוצגים כנשאי אינטראקציות:
- גלואון חזק;
- פוטון - אלקטרומגנטי;
- Z-boson חלש;
- W-boson חלש.
הם כוללים גם את החלקיק שהתגלה לאחרונה עם ספין 0, אשר, בפשטות, מעניק לכל שאר העצמים התת-גרעיניים מסה אינרציאלית.
כתוצאה מכך, לפי המודל הסטנדרטי, העולם שלנו נראה כך: כל החומר מורכב מ-6 קווארקים היוצרים האדרונים ו-6 לפטונים; כל החלקיקים הללו יכולים להשתתף בשלוש אינטראקציות, שהנשאים שלהן הם בוזונים מדדים.
חסרונות הדגם הסטנדרטי
עם זאת, עוד לפני גילוי בוזון היגס, החלקיק האחרון שחזה המודל הסטנדרטי, מדענים חרגו ממנו. דוגמה בולטת לכך היא מה שנקרא. "אינטראקציה גרביטציונית", שכיום עומדת בקנה אחד עם אחרים. יש להניח שהנשא שלו הוא חלקיק בעל ספין 2, שאין לו מסה, ושהפיזיקאים עדיין לא הצליחו לזהות - ה"גרביטון".
יתרה מכך, המודל הסטנדרטי מתאר 61 חלקיקים, וכיום יותר מ-350 חלקיקים ידועים לאנושות. המשמעות היא שעבודתם של פיזיקאים תיאורטיים לא הסתיימה.
סיווג חלקיקים
כדי להקל על עצמם, פיסיקאים קיבצו את כל החלקיקים לפי המבנה שלהם ומאפיינים אחרים. הסיווג מבוסס על המאפיינים הבאים:
- לכל החיים.
- יַצִיב. ביניהם פרוטון ואנטי-פרוטון, אלקטרון ופוזיטרון, פוטון, וגם גרוויטון. קיומם של חלקיקים יציבים אינו מוגבל בזמן, כל עוד הם נמצאים במצב חופשי, כלומר. לא לקיים אינטראקציה עם שום דבר.
- לֹא יַצִיב. כל שאר החלקיקים לאחר זמן מה מתפוררים לחלקים המרכיבים שלהם, ולכן הם נקראים לא יציבים. לדוגמה, מיאון חי רק 2.2 מיקרו-שניות, ופרוטון חי 2.9 10*29 שנים, ולאחר מכן הוא יכול להתפרק לפוזיטרון ולפיון ניטרלי.
- מִשׁקָל.
- חלקיקים יסודיים חסרי מסה, מהם יש רק שלושה: פוטון, גלואון וגרביטון.
- חלקיקים מסיביים הם כל השאר.
- ערך ספין.
- ספין שלם, כולל. אפס, יש חלקיקים הנקראים בוזונים.
- חלקיקים עם ספין של חצי מספר שלם הם פרמיונים.
- השתתפות באינטראקציות.
- הדרונים (חלקיקים מבניים) הם עצמים תת-גרעיניים הלוקחים חלק בכל ארבעת סוגי האינטראקציות. הוזכר קודם לכן שהם מורכבים מקווארקים. האדרונים מחולקים לשני תתי סוגים: מזונים (ספין שלם, הם בוזונים) ובאריונים (ספין חצי שלם - פרמיונים).
- יסודי (חלקיקים חסרי מבנה). אלה כוללים לפטונים, קווארקים ובוזוני מד (קרא קודם - "דגם סטנדרטי...").
לאחר היכרות עם הסיווג של כל החלקיקים, ניתן, למשל, לקבוע במדויק חלק מהם. אז הנייטרון הוא פרמיון, האדרון, או ליתר דיוק באריון, ונוקלאון, כלומר יש לו ספין של חצי מספר שלם, מורכב מקווארקים ומשתתף ב-4 אינטראקציות. נוקלאון הוא השם הנפוץ לפרוטונים ולנייטרונים.
- מעניין, המתנגדים לאטומיזם של דמוקריטוס, שניבאו את קיומם של אטומים, קבעו שכל חומר בעולם ניתן לחלוקה לאינסוף. במידה מסוימת, הם עשויים להתברר כנכונים, שכן מדענים כבר הצליחו לחלק את האטום לגרעין ולאלקטרון, את הגרעין לפרוטון ולנייטרון, ואלה, בתורם, לקווארקים.
- דמוקריטוס הניח שלאטומים יש צורה גיאומטרית ברורה, ולכן אטומי האש ה"חדים" נשרפים, האטומים הגסים של המוצקים מוחזקים יחדיו בחוזקה על ידי בליטותיהם, והאטומים החלקים של המים מחליקים במהלך האינטראקציה, אחרת הם זורמים.
- ג'וזף תומסון הכין מודל משלו של האטום, שאותו דמיין כגוף טעון חיובי, שלתוכו "תקועים" אלקטרונים, כביכול. הדגם שלו נקרא "פודינג עם צימוקים" (דגם פודינג שזיפים).
- קווארקס קיבלו את שמם מהפיזיקאי האמריקאי מורי גל-מאן. המדען רצה להשתמש במילה הדומה לצליל של קוואק של ברווז (kwork). אבל ברומן Finnegans Wake של ג'יימס ג'ויס, נתקלתי במילה "קווארק" בשורה "שלושה קווארקים למר מארק!", שמשמעותה לא מוגדרת בדיוק וייתכן שג'ויס השתמש בה פשוט לחריזה. מורי החליט לקרוא לחלקיקים במילה זו, שכן באותה תקופה היו ידועים רק שלושה קווארקים.
- למרות שפוטונים, חלקיקי אור, הם חסרי מסה, ליד חור שחור, נראה שהם משנים את מסלולם, נמשכים אליו בעזרת אינטראקציה גרביטציונית. למעשה, גוף סופר-מסיבי מכופף את המרחב-זמן, ובשל כך כל חלקיק, כולל אלה ללא מסה, משנים את מסלולם לעבר חור שחור (ראה).
- מאיץ ההדרונים הגדול הוא "האדרון" בדיוק בגלל שהוא מתנגש בשתי אלומות מכוונות של האדרונים, חלקיקים בגדלים בסדר גודל של גרעין של אטום, המשתתפים בכל האינטראקציות.