Čudan je ovaj svijet: jedni nastoje stvoriti nešto monumentalno i gigantsko kako bi postali poznati širom svijeta i ušli u historiju, dok drugi stvaraju minimalističke kopije običnih stvari i njima ništa manje zadivljuju svijet. Ovaj pregled sadrži najmanje objekte koji postoje na svijetu, a u isto vrijeme nisu ništa manje funkcionalni od svojih kolega u punoj veličini.

1. SwissMiniGun pištolj

SwissMiniGun nije veći od običnog ključa, ali je sposoban da ispaljuje sićušne metke koji izlete iz cijevi brzinama većim od 430 km/h. Ovo je više nego dovoljno da ubije osobu iz neposredne blizine.

2. Peel 50 auto

Sa težinom od samo 69 kg, Peel 50 je najmanji automobil ikada odobren za upotrebu na cesti. Ovaj pepelat na tri točka mogao je dostići brzinu od 16 km/h.

3. Kalou škola

UNESCO je priznao iransku školu Kalou kao najmanju na svijetu. Ima samo 3 učenika i bivši vojnik Abdul-Muhammad Sherani, koji sada radi kao nastavnik.

4. Čajnik težine 1,4 grama

Kreirao ga je majstor keramike Wu Ruishen. Iako je ovaj čajnik težak samo 1,4 grama i staje na vrh prsta, u njemu možete skuhati čaj.

5. Zatvor Sark

Zatvor Sark izgrađen je na Kanalskim ostrvima 1856. Bilo je mjesta za samo 2 zatvorenika, koji su bili u veoma skučenim uslovima.

6. Tumbleweed

Ova kuća se zvala "Polje Perakati" (Tumbleweed). Izgradio ga je Jay Schafer iz San Francisca. Iako je kuća manja od ormara nekih ljudi (ima samo 9 kvadratnih metara), on ima radno mjesto, spavaća soba i kupatilo sa tuš kabinom i WC-om.

7. Mills End Park

Mills End Park u Portlandu je najmanji park na svijetu. Njegov prečnik je samo... 60 centimetara. Istovremeno, park ima bazen za leptire, minijaturni panoramski točak i male statue.

8. Edward Niño Hernandez

Edward Niño Hernandez iz Kolumbije visok je samo 68 centimetara. Ginisova knjiga rekorda prepoznala ga je kao najmanjeg čovjeka na svijetu.

9. Policijska stanica u telefonskoj govornici

U suštini on nije ništa više telefonska govornica. Ali to je zapravo bila funkcionalna policijska stanica u Carabelli na Floridi.

10. Skulpture Willarda Wigana

Britanski kipar Willard Wigan, koji je patio od disleksije i lošeg uspjeha u školi, našao je utjehu u stvaranju minijaturnih umjetničkih djela. Njegove skulpture su jedva vidljive golim okom.

11. Bakterija Mycoplasma Genitalium

12. Svinjski cirkovirus

Iako se još vodi debata o tome šta se smatra "živim", a šta ne, većina biologa ne klasifikuje virus kao živi organizam zbog činjenice da se ne može razmnožavati ili nema metabolizam. Virus, međutim, može biti mnogo manji od bilo kojeg živog organizma, uključujući bakterije. Najmanji je jednolančani DNK virus nazvan svinjski cirkovirus. Njegova veličina je samo 17 nanometara.

13. Ameba

Najmanji predmet vidljiv golim okom je veličine otprilike 1 milimetar. To znači da pod određenim uslovima osoba može vidjeti amebu, cilijat papuče, pa čak i ljudsko jaje.

14. Kvarkovi, leptoni i antimaterija...

Tokom prošlog vijeka, naučnici su napravili veliki napredak u razumijevanju prostranstva svemira i mikroskopskih "građevnih blokova" koji ga čine. Kada je trebalo otkriti koja je najmanja vidljiva čestica u svemiru, ljudi su naišli na određene poteškoće. U jednom trenutku su pomislili da je to atom. Naučnici su tada otkrili proton, neutron i elektron.

Ali tu nije bio kraj. Danas svi znaju da kada razbijete ove čestice jedne u druge na mjestima poput Velikog hadronskog sudarača, one se mogu razbiti na još manje čestice poput kvarkova, leptona, pa čak i antimaterije. Problem je u tome što je nemoguće odrediti šta je najmanje, jer veličina postaje nebitna na kvantnom nivou, a ne važe sva uobičajena pravila fizike (neke čestice nemaju masu, dok druge čak imaju negativnu masu).

15. Vibrirajući nizovi subatomskih čestica

Uzimajući u obzir ono što je gore rečeno u vezi sa konceptom veličine koji nema značenje na kvantnom nivou, moglo bi se pomisliti na teoriju struna. Ovo je pomalo kontroverzna teorija koja sugerira da su sve subatomske čestice napravljene od vibrirajućih struna koje u interakciji stvaraju stvari poput mase i energije. Stoga, budući da ovi nizovi tehnički nemaju fizičku veličinu, može se tvrditi da su oni u nekom smislu "najmanji" objekti u Univerzumu.

U fizici, elementarne čestice su fizički objekti na skali atomskog jezgra koji se ne mogu podijeliti na sastavne dijelove. Međutim, danas su naučnici uspeli da razdvoje neke od njih. Strukturu i svojstva ovih sićušnih objekata proučava fizika čestica.

Najmanje čestice koje čine svu materiju poznate su od davnina. Međutim, osnivači takozvanog “atomizma” smatraju se filozofima Ancient Greece Leukip i njegov poznatiji učenik, Demokrit. Pretpostavlja se da je ovaj drugi skovao termin „atom“. Sa starogrčkog "atomos" se prevodi kao "nedjeljiv", što određuje stavove antičkih filozofa.

Kasnije je postalo poznato da se atom još uvijek može podijeliti na dva fizička objekta - jezgro i elektron. Potonji je kasnije postao prva elementarna čestica, kada je 1897. Englez Joseph Thomson izveo eksperiment s katodnim zrakama i otkrio da su to struja identičnih čestica iste mase i naboja.

Paralelno s Thomsonovim radom, Henri Becquerel, koji proučava rendgensko zračenje, provodi eksperimente s uranijumom i otkriva nova vrsta radijacije. Godine 1898, francuski par fizičara, Marie i Pierre Curie, proučavao je različite radioaktivne supstance, otkrivajući isto radioaktivno zračenje. Kasnije će se utvrditi da se sastoji od alfa (2 protona i 2 neutrona) i beta čestica (elektrona), a Becquerel i Curie će dobiti nobelova nagrada. Dok je provodila svoje istraživanje sa elementima kao što su uranijum, radijum i polonijum, Marie Sklodowska-Curie nije poduzela nikakve sigurnosne mjere, uključujući čak ni korištenje rukavica. Kao rezultat toga, 1934. ju je zahvatila leukemija. U znak sjećanja na dostignuća velikog naučnika, element koji je otkrio par Curie, polonijum, nazvan je u čast Marijine domovine - Polonije, sa latinskog - Poljska.

Fotografija sa V Solvejskog kongresa 1927. Pokušajte pronaći sve naučnike iz ovog članka na ovoj fotografiji.

Od 1905. Albert Ajnštajn je svoje publikacije posvetio nesavršenosti talasne teorije svetlosti, čiji su postulati bili u suprotnosti sa rezultatima eksperimenata. Što je kasnije navelo izvanrednog fizičara na ideju o "kvantu svjetlosti" - dijelu svjetlosti. Kasnije, 1926. godine, američki fizikalni hemičar Gilbert N. Lewis ga je nazvao "foton", što je prevedeno sa grčkog "phos" ("svetlost").

Godine 1913., Ernest Rutherford, britanski fizičar, na osnovu rezultata eksperimenata koji su već bili izvedeni u to vrijeme, primijetio je da mase mnogih jezgara hemijski elementi su višekratnici mase jezgra vodonika. Stoga je pretpostavio da je jezgro vodika sastavni dio jezgara drugih elemenata. U svom eksperimentu, Rutherford je ozračio atom dušika alfa česticama, koje su kao rezultat emitirale određenu česticu, koju je Ernest nazvao "proton", od drugih grčkih "protos" (prvi, glavni). Kasnije je eksperimentalno potvrđeno da je proton jezgro vodika.

Očigledno, proton nije jedini komponenta jezgra hemijskih elemenata. Ova ideja je vođena činjenicom da bi se dva protona u jezgru odbijala jedan drugog, a atom bi se momentalno raspao. Stoga je Rutherford pretpostavio prisustvo druge čestice, čija je masa jednaka masi protona, ali je nenabijena. Neki eksperimenti naučnika o interakciji radioaktivnih i lakših elemenata doveli su ih do otkrića još jednog novog zračenja. James Chadwick je 1932. utvrdio da se sastoji od onih vrlo neutralnih čestica koje je nazvao neutronima.

Tako su otkrivene najpoznatije čestice: foton, elektron, proton i neutron.

Nadalje, otkrivanje novih subnuklearnih objekata postajalo je sve češći događaj, i ovog trenutka Poznato je oko 350 čestica koje se općenito smatraju "elementarnim". One od njih koje još nisu podijeljene smatraju se nestrukturiranim i nazivaju se „fundamentalnim“.

Šta je spin?

Prije nego što se krene naprijed sa daljim inovacijama u polju fizike, moraju se odrediti karakteristike svih čestica. Najpoznatiji, osim mase i električnog naboja, uključuje i spin. Ova veličina se inače naziva „unutarnji ugaoni moment” i ni na koji način nije povezana sa kretanjem subnuklearnog objekta kao celine. Naučnici su bili u mogućnosti da otkriju čestice sa spinom 0, ½, 1, 3/2 i 2. Da biste vizualizirali, iako pojednostavljeno, spin kao svojstvo objekta, razmotrite sljedeći primjer.

Neka predmet ima okret jednak 1. Tada će se takav objekt, kada se zarotira za 360 stepeni, vratiti u prvobitni položaj. U avionu ovaj predmet može biti olovka, koja će nakon okretanja za 360 stepeni završiti u početni položaj. U slučaju nultog okretanja, bez obzira na to kako se predmet okreće, uvijek će izgledati isto, na primjer, jednobojna lopta.

Za ½ okretanja trebat će vam predmet koji zadržava svoj izgled kada se okrene za 180 stepeni. Može biti ista olovka, samo simetrično naoštrena s obje strane. Za okretanje od 2 potrebno je da se oblik zadrži kada se rotira za 720 stepeni, a za okretanje od 3/2 će biti potrebno 540.

Ova karakteristika je veoma važna za fiziku čestica.

Standardni model čestica i interakcija

Imati impresivan skup mikro-objekata koji čine svijet, naučnici su ih odlučili strukturirati i tako je nastala poznata teorijska struktura pod nazivom “Standard Model”. Ona opisuje tri interakcije i 61 česticu koristeći 17 osnovnih, od kojih je neke predvidjela mnogo prije otkrića.

Tri interakcije su:

• Elektromagnetski. Javlja se između električno nabijenih čestica. U jednostavnom slučaju, poznatom iz škole, suprotno naelektrisani objekti se privlače, a slično naelektrisani odbijaju. To se dešava preko takozvanog nosioca elektromagnetne interakcije - fotona.
• Jaka, inače poznata kao nuklearna interakcija. Kao što naziv govori, njegovo djelovanje se proteže na objekte reda atomskog jezgra; odgovorno je za privlačenje protona, neutrona i drugih čestica koje se također sastoje od kvarkova. Snažnu interakciju nose gluoni.
• Slabo. Učinkovito na udaljenosti hiljadu manjim od veličine jezgra. Leptoni i kvarkovi, kao i njihove antičestice, učestvuju u ovoj interakciji. Štaviše, u slučaju slabe interakcije, mogu se transformirati jedni u druge. Nosioci su W+, W− i Z0 bozoni.

Dakle, standardni model je formiran na sljedeći način. Uključuje šest kvarkova, od kojih su sastavljeni svi hadroni (čestice podložne jakoj interakciji):

• Gornji(u);
• Začarani (c);
• istina(t);
• Donji (d);
• Strange(s);
• Divno (b).

Jasno je da fizičari imaju dosta epiteta. Ostalih 6 čestica su leptoni. Ovo su fundamentalne čestice sa spinom ½ koje ne učestvuju u jakoj interakciji.

• Electron;
• Elektronski neutrino;
• Muon;
• mionski neutrino;
• Tau lepton;
• Tau neutrino.

A treća grupa Standardnog modela su gauge bozoni, koji imaju spin jednak 1 i predstavljeni su kao nosioci interakcija:

• Gluon – jak;
• Foton – elektromagnetski;
• Z-bozon - slab;
• W bozon je slab.

To uključuje i nedavno otkrivenu spin-0 česticu, koja, jednostavno rečeno, daje inertnu masu svim ostalim subnuklearnim objektima.

Kao rezultat toga, prema Standardnom modelu, naš svijet izgleda ovako: sva materija se sastoji od 6 kvarkova koji formiraju hadrone i 6 leptona; sve ove čestice mogu učestvovati u tri interakcije, čiji su nosioci kalibracioni bozoni.

Nedostaci standardnog modela

Međutim, čak i prije otkrića Higsovog bozona, posljednje čestice predviđene Standardnim modelom, naučnici su prešli njegove granice. Upečatljiv primjer postoji tzv „gravitaciona interakcija“, koja je u rangu sa ostalima danas. Pretpostavlja se da je njegov nosilac čestica sa spinom 2, koja nema masu, a koju fizičari još nisu uspjeli otkriti - "graviton".

Štaviše, standardni model opisuje 61 česticu, a danas je čovječanstvu već poznato više od 350 čestica. To znači da posao teoretskih fizičara nije završen.

Klasifikacija čestica

Kako bi im olakšali život, fizičari su grupisali sve čestice ovisno o njihovim strukturnim karakteristikama i drugim karakteristikama. Klasifikacija se zasniva na sledećim kriterijumima:

• Životni vijek.
  1. Stabilan. To uključuje proton i antiproton, elektron i pozitron, foton i graviton. Postojanje stabilnih čestica nije vremenski ograničeno, sve dok su u slobodnom stanju, tj. nemojte komunicirati ni sa čim.
  2. Nestabilno. Sve ostale čestice se nakon nekog vremena raspadaju na sastavne dijelove, zbog čega se nazivaju nestabilnim. Na primjer, mion živi samo 2,2 mikrosekunde, a proton - 2,9 10 * 29 godina, nakon čega se može raspasti na pozitron i neutralni pion.
• Težina.
  1. Elementarne čestice bez mase, kojih ima samo tri: foton, gluon i graviton.
  2. Masivne čestice su sve ostalo.
• Spin značenje.
  1. Cijelo okretanje, uklj. nula, imaju čestice koje se nazivaju bozoni.
  2. Čestice sa polucijelim spinom su fermioni.
• Učešće u interakcijama.
  1. Hadroni (strukturne čestice) su subnuklearni objekti koji učestvuju u sve četiri vrste interakcija. Ranije je spomenuto da se sastoje od kvarkova. Hadroni se dijele na dva podtipa: mezoni (cijelobrojni spin, bozoni) i barioni (polucijeli spin, fermioni).
  2. Fundamentalne (bezstrukturne čestice). To uključuje leptone, kvarkove i gauge bozone (čitaj ranije - “Standard Model..”).

Nakon što ste se upoznali sa klasifikacijom svih čestica, možete, na primjer, precizno identificirati neke od njih. Dakle, neutron je fermion, hadron, odnosno barion i nukleon, odnosno ima polucijeli spin, sastoji se od kvarkova i sudjeluje u 4 interakcije. Nukleon je uobičajeno ime za protone i neutrone.

• Zanimljivo je da su protivnici Demokritovog atomizma, koji je predvidio postojanje atoma, izjavili da je svaka supstanca na svijetu podijeljena na neodređeno vrijeme. Donekle se može pokazati da su u pravu, jer su naučnici već uspjeli podijeliti atom na jezgro i elektron, jezgro na proton i neutron, a ove, pak, na kvarkove.
• Demokrit je pretpostavio da atomi imaju jasan geometrijski oblik, pa stoga "oštri" atomi vatre sagorevaju, grubi atomi čvrste materiječvrsto drže zajedno svojim izbočinama, a glatki atomi vode klize tokom interakcije, inače teku.
• Joseph Thomson je sastavio vlastiti model atoma, koji je vidio kao pozitivno nabijeno tijelo u koje se činilo da su elektroni "zaglavljeni". Njegov model se zvao "model pudinga od šljiva".
• Kvarkovi su dobili ime zahvaljujući američkom fizičaru Murrayu Gell-Manu. Naučnik je želeo da upotrebi reč sličnu zvuku pačjeg kvaka (kwork). Ali u romanu Jamesa Joycea Finnegans Wake naišao je na riječ “kvark” u retku “Tri kvarka za gospodina Marka!”, čije značenje nije precizno definirano i moguće je da ju je Joyce koristio samo za rimu. Murray je odlučio nazvati čestice ovom riječju, pošto su u to vrijeme bila poznata samo tri kvarka.
• Iako su fotoni, čestice svjetlosti, bez mase, u blizini crne rupe izgleda da mijenjaju svoju putanju jer ih privlače gravitacijske sile. U stvari, supermasivno tijelo savija prostor-vrijeme, zbog čega sve čestice, uključujući i one bez mase, mijenjaju svoju putanju prema crnoj rupi (vidi).
• Veliki hadronski sudarač je „hadronski“ upravo zato što sudara dva usmerena snopa hadrona, čestice dimenzija veličine atomskog jezgra koje učestvuju u svim interakcijama.

Na pitanje Koja je najmanja čestica u svemiru? Kvark, neutrino, Higsov bozon ili Plankova crna rupa? dao autor Kavkaski najbolji odgovor je sve osnovne čestice veličine nula (radijus je nula). Po težini. Postoje čestice čija je masa jednaka nuli (foton, gluon, graviton). Od masivnih, neutrini imaju najmanju masu (manju od 0,28 eV/s^2, tačnije još nije izmjerena). Frekvencija i vrijeme nisu karakteristike čestica. Možete pričati o životnim vremenima, ali ovo je drugačiji razgovor.

Odgovor od Stitch[guru]
Mosk zerobubus.

Odgovor od Mikhail Levin[guru]
U stvari, u mikrokosmosu praktički ne postoji koncept „veličine“. Pa, za jezgro se još uvijek može govoriti o nekoj vrsti analoga veličine, na primjer, kroz vjerovatnoću da elektroni iz zraka uđu u nju, ali za manje - ne.

Odgovor od napravi christ[guru]
„veličina” elementarne čestice je karakteristika čestice koja odražava prostornu distribuciju njene mase ili električnog naboja; obično govore o tzv. srednji kvadratni polumjer distribucije električnog naboja (koji istovremeno karakterizira distribuciju mase)
Gauge bozoni i leptoni, u okviru tačnosti izvršenih mjerenja, ne pokazuju konačne "dimenzije". To znači da su njihove "veličine"< 10^-16 см
Za razliku od istinski elementarnih čestica, "veličine" adrona su konačne. Njihov karakteristični srednji kvadratni poluprečnik određen je radijusom konfiniranja (ili konfiniranja kvarkova) i reda veličine je jednak 10^-13 cm. Štaviše, on, naravno, varira od hadrona do hadrona.

Odgovor od Kirill Odding[guru]
Jedan od velikih fizičara je rekao (možda ne Niels Bohr?) “Ako uspijete objasniti kvantnu mehaniku vizualnim terminima, idite i primite Nobelovu nagradu.”

Odgovor od SerShkod Polikanov Sergej[guru]
Koja je najmanja elementarna čestica u svemiru?
Elementarne čestice stvaraju gravitacijski efekat.
Čak i manje?
Elementarne čestice koje pokreću one koje stvaraju gravitacijski efekat
ali i sami su uključeni u ovo.
Postoje čak i manje elementarne čestice.
Njihovi parametri se čak ni ne uklapaju u proračune jer su strukture i njihovi fizički parametri nepoznati.

Odgovor od Misha Nikitin[aktivan]
QUARK

Odgovor od Matipati kipirofinovich[aktivan]
PLANCK BLACK HOLE

Odgovor od Bro qwerty[novak]
Kvarkovi su najmanje čestice na svijetu. Za univerzum ne postoji koncept veličine; on je neograničen. Ako izmislite mašinu da učinite osobu manjom, onda će biti moguće da se smanjite beskonačno manje, manje, manje... Da, kvark je najmanja „čestica“ Ali postoji nešto manje od čestice. Prostor. Ne. Ima. Veličina.

Odgovor od Anton Kurochka[aktivan]
Proton Neutron 1*10^-15 1 femtometar
Quark-U Quark-D Electron 1*10^-18 1 atometar
Quark-S 4*10^-19 400 zeptometara
Quark-C 1*10^-19 100 zeptometara
Quark-B 3*10^-20 30 zeptometara
Neutrini visoke energije 1,5*10^-20 15 zeptometara
Preon 1*10^-21 1 zeptometar
Quark-T 1*10^-22 100 joktometara
MeV Neutrino 2*10^-23 20 joktometara
Neutrino 1*10^-24 1 joktometar -(soooo mala velicina!!!) -
Plonk čestica 1,6*10^-35 0,000 000 000 016 joktometar
Kvantna pjena Kvantna struna 1*10^-35 0.000 000 000 01 joktometar
Ovo je tabela veličina čestica. I ovdje možete vidjeti da je najmanja čestica Plankova čestica, ali pošto je premala, neutrino je najmanja čestica. Ali za svemir je manja samo Plankova dužina

Neutrino, neverovatno sićušna čestica univerzuma, drži veliku pažnju naučnika skoro jedan vek. Za istraživanje neutrina dodijeljeno je više Nobelovih nagrada nego za rad na bilo kojoj drugoj čestici, a iz budžeta malih država grade se ogromni objekti za njihovo proučavanje. Aleksandar Nozik, st. Istraživač institut nuklearno istraživanje RAS, nastavnik MIPT-a i učesnik eksperimenta „Troitsk nu-mass“ za traženje mase neutrina, govori kako je proučavati, ali što je najvažnije, kako je uopšte uhvatiti.

Misterija ukradene energije

Istorija istraživanja neutrina može se čitati kao fascinantna detektivska priča. Ova čestica je više puta testirala deduktivne sposobnosti naučnika: nije se svaka zagonetka mogla odmah riješiti, a neke još nisu riješene. Počnimo sa istorijom otkrića. Radioaktivni raspadi razne vrste počeo se proučavati krajem 19. stoljeća, i nije iznenađujuće da su 1920-ih naučnici imali u svom arsenalu ne samo instrumente za snimanje samog raspada, već i za mjerenje energije čestica koje izlaze, iako ne naročito tačne. po današnjim standardima. Kako se povećavala preciznost instrumenata, tako je rasla radost naučnika i zbunjenost povezana, između ostalog, s beta raspadom, u kojem elektron izleti iz radioaktivnog jezgra, a samo jezgro mijenja svoj naboj. Ovaj raspad se naziva dvočestičnim, jer proizvodi dvije čestice - novo jezgro i elektron. Svaki srednjoškolac će objasniti da je moguće precizno odrediti energiju i impuls fragmenata u takvom raspadu koristeći zakone očuvanja i poznavajući mase tih fragmenata. Drugim riječima, energija, na primjer, elektrona uvijek će biti ista u bilo kojem raspadu jezgra određenog elementa. U praksi je uočena potpuno drugačija slika. Energija elektrona ne samo da nije bila fiksirana, već je takođe bila raširena u kontinuirani spektar do nule, što je zbunilo naučnike. Ovo se može dogoditi samo ako neko ukrade energiju iz beta raspada. Ali izgleda da nema ko da ga ukrade.

Vremenom su instrumenti postajali sve precizniji i ubrzo je nestala mogućnost da se takva anomalija pripiše grešci opreme. Tako je nastala misterija. U potrazi za njegovim rješenjem, naučnici su iznosili razne, čak i potpuno apsurdne po današnjim standardima, pretpostavke. Sam Niels Bohr je, na primjer, dao ozbiljnu izjavu da zakoni očuvanja ne vrijede u svijetu elementarnih čestica. Wolfgang Pauli je spasio stvar 1930. godine. Nije mogao da prisustvuje konferenciji o fizici u Tibingenu i, budući da nije mogao da učestvuje na daljinu, poslao je pismo koje je tražio da mu se pročita. Evo odlomaka iz njega:

“Drage radioaktivne dame i gospodo. Molim vas da u najpovoljnijem trenutku sa pažnjom saslušate glasnika koji je dostavio ovo pismo. Reći će vam da sam našao odličan lijek za zakon održanja i ispravnu statistiku. Ona leži u mogućnosti postojanja električni neutralnih čestica... Kontinuitet B-spektra će postati jasan ako pretpostavimo da se tokom B-raspada takav "neutron" emituje zajedno sa svakim elektronom, a zbir energija "neutrona" i elektrona je konstantna..."

Na kraju pisma bili su sljedeći redovi:

“Ako ne rizikujete, nećete pobijediti. Težina situacije kada se razmatra kontinuirani B-spektar postaje posebno jasna nakon riječi prof. Debye, koji mi je sa žaljenjem rekao: "Oh, bolje je ne misliti na sve ovo... kao na nove poreze." Stoga je potrebno ozbiljno razgovarati o svakom putu ka spasenju. Dakle, dragi radioaktivni ljudi, stavite ovo na probu i sudite.”

Kasnije je i sam Pauli izrazio bojazan da, iako je njegova ideja spasila fiziku mikrosvijeta, nova čestica nikada neće biti otkrivena eksperimentalno. Kažu da se čak i prepirao sa svojim kolegama da, da čestica postoji, ne bi je bilo moguće otkriti tokom njihovog života. Tokom sljedećih nekoliko godina, Enrico Fermi je razvio teoriju beta raspada koja uključuje česticu koju je nazvao neutrino, što se briljantno slagalo s eksperimentom. Nakon ovoga, niko nije sumnjao da hipotetička čestica zaista postoji. Godine 1956, dvije godine prije Paulijeve smrti, tim Fredericka Reinesa i Clydea Cowana eksperimentalno je otkrio neutrine u obrnutom beta raspadu (Reines je za to dobio Nobelovu nagradu).

Slučaj nestalih solarnih neutrina

Kada je postalo jasno da se neutrini, iako teški, ipak mogu otkriti, naučnici su počeli da pokušavaju da otkriju neutrine vanzemaljskog porekla. Njihov najočigledniji izvor je Sunce. U njemu se stalno dešavaju nuklearne reakcije, a to se može izračunati nakon svake kvadratni centimetar zemljine površine Oko 90 milijardi solarnih neutrina prođe u sekundi.

U tom trenutku najviše efikasan metod hvatanje solarnih neutrina bila je radiohemijska metoda. Njegova suština je sledeća: solarni neutrino stiže na Zemlju, stupa u interakciju sa jezgrom; rezultat je, recimo, 37Ar jezgro i elektron (upravo je to reakcija koja je korištena u eksperimentu Raymonda Davisa, za koji je kasnije dobio Nobelovu nagradu). Nakon toga, prebrojavanjem broja atoma argona, možemo reći koliko je neutrina interagovalo u zapremini detektora tokom ekspozicije. U praksi, naravno, nije sve tako jednostavno. Morate shvatiti da trebate prebrojati pojedinačne atome argona u meti teškoj stotinama tona. Omjer mase je približno isti kao između mase mrava i mase Zemlje. Tada je otkriveno da je ⅔ solarnih neutrina ukradeno (izmjereni fluks je bio tri puta manji od predviđenog).

Naravno, sumnja je prvo pala na samo Sunce. Uostalom, o njegovom unutrašnjem životu možemo suditi samo po indirektnim znakovima. Nije poznato kako na njemu nastaju neutrini, a moguće je čak i da su svi modeli Sunca pogrešni. Diskutovalo se o dosta različitih hipoteza, ali su na kraju naučnici počeli naginjati ideji da nije u pitanju Sunce, već lukava priroda samih neutrina.

Mala istorijska digresija: u periodu između eksperimentalnog otkrića neutrina i eksperimenata na proučavanju solarnih neutrina, dogodilo se još nekoliko zanimljiva otkrića. Prvo su otkriveni antineutrini i dokazano da neutrini i antineutrini različito učestvuju u interakcijama. Štaviše, svi neutrini u svim interakcijama su uvijek lijevoruki (projekcija spina na smjer kretanja je negativna), a svi antineutrini su desnoruki. Ne samo da se ovo svojstvo uočava među svim elementarnim česticama samo kod neutrina, već indirektno ukazuje da naš Univerzum, u principu, nije simetričan. Drugo, otkriveno je da svaki nabijeni lepton (elektron, mion i tau lepton) ima svoj tip, ili ukus, neutrina. Štaviše, neutrini svakog tipa komuniciraju samo sa svojim leptonom.

Vratimo se našem solarnom problemu. Još 50-ih godina 20. veka sugerisano je da leptonski ukus (vrsta neutrina) ne mora da se čuva. Odnosno, ako je elektronski neutrino rođen u jednoj reakciji, onda na putu do druge reakcije neutrino se može presvući i trčati kao mion. Ovo bi moglo objasniti nedostatak solarnih neutrina u radiohemijskim eksperimentima koji su osjetljivi samo na elektronske neutrine. Ova hipoteza je briljantno potvrđena mjerenjima sunčevog neutrina u eksperimentima scintilacije velikih vodenih meta SNO i Kamiokande (za koje je nedavno dodijeljena još jedna Nobelova nagrada). U ovim eksperimentima više se ne proučava inverzni beta raspad, već reakcija raspršenja neutrina, koja se može dogoditi ne samo kod elektrona, već i kod mionskih neutrina. Kada su, umjesto fluksa elektronskih neutrina, počeli mjeriti ukupan tok svih vrsta neutrina, rezultati su savršeno potvrdili prijelaz neutrina iz jedne vrste u drugu, odnosno oscilacije neutrina.

Napad na standardni model

Otkriće neutrina oscilacija, riješivši jedan problem, stvorilo je nekoliko novih. Poenta je u tome da se od vremena Paulija neutrini smatraju česticama bez mase poput fotona, a to je svima odgovaralo. Pokušaji mjerenja mase neutrina su nastavljeni, ali bez puno entuzijazma. Oscilacije su sve promijenile, jer je za njihovo postojanje potrebna masa, ma koliko mala. Otkriće mase u neutrinima, naravno, oduševilo je eksperimentatore, ali je zbunilo teoretičare. Prvo, masivni neutrini se ne uklapaju u Standardni model fizike čestica, koji naučnici grade od početka 20. veka. Drugo, ista misteriozna ljevorukost neutrina i desnosmjernost antineutrina je dobro objašnjena samo, opet, za čestice bez mase. Ako postoji masa, lijevoruki neutrini bi se, uz izvjesnu vjerovatnoću, trebali pretvoriti u desnoruke, odnosno u antičestice, kršeći naizgled nepromjenjiv zakon održanja leptonskog broja, ili se čak pretvoriti u neku vrstu neutrina koji ne učestvuje u interakciji. Danas se takve hipotetičke čestice obično nazivaju sterilnim neutrinima.

Detektor neutrina "Super Kamiokande" © Kamioka opservatorij, ICRR (Institut za istraživanje kosmičkih zraka), Univerzitet u Tokiju

Naravno, eksperimentalna potraga za masom neutrina odmah se naglo nastavila. Ali odmah se postavilo pitanje: kako izmjeriti masu nečega što se ne može uhvatiti? Postoji samo jedan odgovor: ne hvatajte neutrine uopšte. Danas se najaktivnije razvijaju dva pravca - direktna potraga za masom neutrina u beta raspadu i promatranje dvostrukog beta raspada bez neutrina. U prvom slučaju ideja je vrlo jednostavna. Jezgro se raspada zračenjem elektrona i neutrina. Nije moguće uhvatiti neutrino, ali je moguće uhvatiti i izmjeriti elektron s vrlo visokom preciznošću. Elektronski spektar takođe nosi informacije o masi neutrina. Takav eksperiment je jedan od najtežih u fizici čestica, ali njegova apsolutna prednost je u tome što se zasniva na osnovnim principima održanja energije i impulsa i njegov rezultat zavisi od malo toga. Trenutno je najbolje ograničenje mase neutrina oko 2 eV. To je 250 hiljada puta manje od elektrona. Odnosno, sama masa nije pronađena, već je ograničena samo gornjim okvirom.

Sa dvostrukim beta raspadom, stvari su komplikovanije. Ako pretpostavimo da se neutrino pretvara u antineutrino tokom okretanja spina (ovaj model je nazvan po italijanskom fizičaru Ettore Majorani), onda je moguć proces kada se dva beta raspada istovremeno dešavaju u jezgru, ali neutrini ne izlete van, ali su smanjeni. Vjerovatnoća takvog procesa povezana je s masom neutrina. Gornje granice u takvim eksperimentima su bolje – 0,2 – 0,4 eV – ali zavise od fizičkog modela.

Problem masivnih neutrina još uvijek nije riješen. Higsova teorija ne može objasniti tako male mase. To zahtijeva značajnu komplikaciju ili korištenje nekih lukavijih zakona prema kojima neutrini stupaju u interakciju sa ostatkom svijeta. Fizičarima koji se bave istraživanjem neutrina često se postavlja pitanje: „Kako istraživanje neutrina može pomoći prosječnom čovjeku? Koja finansijska ili druga korist se može izvući iz ove čestice? Fizičari sliježu ramenima. A oni to zaista ne znaju. Nekada je proučavanje poluvodičkih dioda bilo čisto fundamentalna fizika, bez ikakve praktične primjene. Razlika je u tome što se tehnologije koje se razvijaju za kreiranje modernih eksperimenata u neutrinskoj fizici sada naširoko koriste u industriji, tako da se svaki peni uložen u ovu oblast prilično brzo isplati. Trenutno se širom svijeta izvodi nekoliko eksperimenata, čija je skala uporediva sa razmjerom Velikog hadronskog sudarača; ovi eksperimenti imaju za cilj isključivo proučavanje svojstava neutrina. Ne zna se u kojoj će od njih biti moguće otvoriti novu stranicu iz fizike, ali će svakako biti otvorena.

Svijet i nauka nikada ne miruju. Nedavno su udžbenici fizike samouvjereno pisali da je elektron najmanja čestica. Tada su mezoni postali najmanje čestice, pa bozoni. A sada je nauka otkrila novo najmanja čestica u svemiru- Plankova crna rupa. Istina, još uvijek je otvoren samo u teoriji. Ova čestica je klasifikovana kao crna rupa jer je njen gravitacioni radijus veći ili jednak talasnoj dužini. Od svih postojećih crnih rupa, Plankova je najmanja.

Životni vijek ovih čestica je prekratak da bi bilo moguće njihovo praktično otkrivanje. Barem za sada. I nastaju, kako se uobičajeno vjeruje, kao rezultat nuklearnih reakcija. Ali nije samo životni vijek Planckovih crnih rupa ono što sprječava njihovo otkrivanje. Sada je to, nažalost, nemoguće sa tehničke tačke gledišta. Da bi se sintetizirale Planckove crne rupe, potreban je energetski akcelerator od više od hiljadu elektron volti.

Video:

Uprkos hipotetičkom postojanju ove najmanje čestice u svemiru, njeno praktično otkriće u budućnosti je sasvim moguće. Uostalom, ne tako davno, ni legendarni Higsov bozon nije mogao biti otkriven. Upravo zbog njegovog otkrića stvorena je instalacija za koju samo najlijenji stanovnik Zemlje nije čuo - Veliki hadronski sudarač. Uvjerenje naučnika u uspjeh ovih studija pomoglo je da se postigne senzacionalan rezultat. Higsov bozon je trenutno najmanja čestica čije je postojanje praktično dokazano. Njegovo otkriće je veoma važno za nauku, omogućilo je svim česticama da steknu masu. A da čestice nemaju masu, svemir ne bi mogao postojati. U njemu se nije mogla formirati niti jedna supstanca.

Uprkos praktično dokazanom postojanju ove čestice, Higsovog bozona, praktične primene za nju još nisu izmišljene. Za sada je ovo samo teorijsko znanje. Ali u budućnosti je sve moguće. Nisu sva otkrića u oblasti fizike bila odmah praktična upotreba. Niko ne zna šta će biti za sto godina. Uostalom, kao što je ranije spomenuto, svijet i nauka nikada ne miruju.