Šis pasaulis keistas: vieni stengiasi sukurti kažką monumentalaus ir gigantiško, kad išgarsėtų visame pasaulyje ir įeitų į istoriją, o kiti kuria minimalistines įprastų dalykų kopijas ir jais stebina pasaulį ne mažiau. Šioje apžvalgoje pateikiami mažiausi pasaulyje egzistuojantys objektai, kurie tuo pat metu yra ne mažiau funkcionalūs nei viso dydžio atitikmenys.

1. SwissMiniGun pistoletas

„SwissMiniGun“ nėra didesnis už įprastą veržliaraktį, tačiau jis gali iššauti mažytes kulkas, kurios iš vamzdžio išskrenda didesniu nei 430 km/h greičiu. To pakanka nužudyti žmogų iš arti.

2. Nulupkite 50 automobilį

Vos 69 kg sveriantis „Peel 50“ yra mažiausias automobilis, kada nors patvirtintas važiuoti keliuose. Šis triratis „Pepelat“ galėjo pasiekti 16 km/h greitį.

3. Kalou mokykla

UNESCO pripažino Irano Kalou mokyklą mažiausia pasaulyje. Yra tik 3 mokiniai ir buvęs kareivis Abdul-Muhammad Sherani, kuris dabar dirba mokytoju.

4. Arbatinukas, sveriantis 1,4 gramo

Jį sukūrė keramikos meistras Wu Ruishen. Nors šis arbatinukas sveria tik 1,4 gramo ir telpa ant piršto galiuko, jame galite užsiplikyti arbatos.

5. Sarko kalėjimas

Sarko kalėjimas buvo pastatytas Normandijos salose 1856 m. Ten tilpo tik 2 kaliniai, kurie buvo labai ankštose sąlygose.

6. Tumbleweed

Šis namas buvo vadinamas „Perakati lauku“ (Tumbleweed). Jį pastatė Jay'us Schaferis iš San Francisko. Nors namas mažesnis nei kai kurių žmonių spintos (tik 9 kvadratinių metrų), jis turi darbo vieta, miegamasis ir vonios kambarys su dušu ir tualetu.

7. Mills End parkas

Mills End parkas Portlande yra mažiausias parkas pasaulyje. Jo skersmuo – tik... 60 centimetrų. Tuo pačiu metu parke yra baseinas drugeliams, miniatiūrinis apžvalgos ratas ir mažytės statulėlės.

8. Edwardas Niño Hernandezas

Edvardo Niño Hernandezo iš Kolumbijos ūgis tik 68 centimetrai. Gineso rekordų knyga pripažino jį mažiausiu žmogumi pasaulyje.

9. Policijos nuovada telefono būdelėje

Iš esmės jis nieko daugiau telefono būdelė. Bet iš tikrųjų tai buvo veikianti policijos nuovada Karabeloje, Floridoje.

10. Willardo Wigano skulptūros

Didžiosios Britanijos skulptorius Willardas Wiganas, kenčiantis nuo disleksijos ir prastų rezultatų mokykloje, paguodą rado kurdamas miniatiūrinius meno kūrinius. Jo skulptūros vos matomos plika akimi.

11. Mycoplasma Genitalium bakterija

12. Kiaulių cirkovirusas

Nors vis dar diskutuojama, kas laikoma „gyvu“, o kas ne, dauguma biologų nepriskiria viruso prie gyvų organizmų dėl to, kad jis negali daugintis arba neturi medžiagų apykaitos. Tačiau virusas gali būti daug mažesnis už bet kurį gyvą organizmą, įskaitant bakterijas. Mažiausias yra vienos grandinės DNR virusas, vadinamas kiaulių cirkovirusu. Jo dydis yra tik 17 nanometrų.

13. Ameba

Mažiausias plika akimi matomas objektas yra maždaug 1 milimetro dydžio. Tai reiškia, kad tam tikromis sąlygomis žmogus gali pamatyti amebą, šlepetės blakstieną ir net žmogaus kiaušinėlį.

14. Kvarkai, leptonai ir antimedžiaga...

Per pastarąjį šimtmetį mokslininkai padarė didelę pažangą suvokdami kosmoso platybes ir ją sudarančius mikroskopinius „statybinius blokus“. Kai reikėjo išsiaiškinti, kas yra mažiausia stebima dalelė visatoje, žmonės susidūrė su tam tikrais sunkumais. Vienu metu jie manė, kad tai atomas. Tada mokslininkai atrado protoną, neutroną ir elektroną.

Bet tuo viskas nesibaigė. Šiandien visi žino, kad sudaužius šias daleles viena į kitą tokiose vietose kaip Didysis hadronų greitintuvas, jos gali būti suskaidytos į dar mažesnes daleles, tokias kaip kvarkai, leptonai ir net antimedžiaga. Problema ta, kad neįmanoma nustatyti, kas yra mažiausia, nes dydis kvantiniu lygmeniu tampa nesvarbus, o visos įprastos fizikos taisyklės negalioja (kai kurios dalelės neturi masės, o kitos turi net neigiamą masę).

15. Vibruojančios subatominių dalelių stygos

Atsižvelgiant į tai, kas buvo pasakyta aukščiau apie dydžio sąvoką, neturinčią reikšmės kvantiniu lygmeniu, galima galvoti apie stygų teoriją. Tai šiek tiek prieštaringa teorija, leidžianti manyti, kad visos subatominės dalelės yra sudarytos iš vibruojančių stygų, kurios sąveikaudamos sukuria tokius dalykus kaip masė ir energija. Taigi, kadangi šios stygos techniškai neturi fizinio dydžio, galima teigti, kad jos tam tikra prasme yra „mažiausi“ objektai Visatoje.

Fizikoje elementariosios dalelės buvo fiziniai objektai atomo branduolio mastu, kurių negalima suskirstyti į sudedamąsias dalis. Tačiau šiandien mokslininkams kai kuriuos iš jų pavyko suskaidyti. Šių mažyčių objektų struktūrą ir savybes tiria dalelių fizika.

Mažiausios dalelės, sudarančios visą materiją, žinomos nuo seniausių laikų. Tačiau vadinamojo „atomizmo“ pradininkais laikomi filosofai Senovės Graikija Leukipas ir garsesnis jo mokinys Demokritas. Manoma, kad pastarasis sukūrė terminą „atomas“. Iš senovės graikų kalbos „atomos“ yra išverstas kaip „nedalomas“, o tai lemia senovės filosofų požiūrį.

Vėliau tapo žinoma, kad atomas vis dar gali būti padalintas į du fizinius objektus – branduolį ir elektroną. Pastaroji vėliau tapo pirmąja elementaria dalele, kai 1897 metais anglas Džozefas Tomsonas atliko eksperimentą su katodiniais spinduliais ir išsiaiškino, kad tai yra identiškų dalelių, turinčių vienodą masę ir krūvį, srautas.

Lygiagrečiai su Thomsono darbu Henri Becquerel, tyrinėjantis rentgeno spinduliuotę, atlieka eksperimentus su uranu ir atranda naujos rūšies radiacija. 1898 m. prancūzų fizikų pora Marie ir Pierre'as Curie tyrinėjo įvairias radioaktyvias medžiagas ir atrado tą pačią radioaktyviąją spinduliuotę. Vėliau bus nustatyta, kad jį sudaro alfa (2 protonai ir 2 neutronai) ir beta dalelės (elektronai), o Bekerelis ir Kiuri gaus Nobelio premija. Atlikdama tyrimus su tokiais elementais kaip uranas, radis ir polonis, Marie Sklodowska-Curie nesiėmė jokių saugos priemonių, įskaitant net nenaudojo pirštinių. Dėl to 1934 metais ją aplenkė leukemija. Atminimui apie didžiojo mokslininko pasiekimus Curie poros atrastas elementas polonis buvo pavadintas Marijos tėvynės garbei - Polonia, iš lotynų kalbos - Lenkija.

Nuotrauka iš V Solvay kongreso 1927 m. Pabandykite šioje nuotraukoje rasti visus šio straipsnio mokslininkus.

Nuo 1905 m. Albertas Einšteinas savo publikacijas skyrė šviesos bangų teorijos netobulumui, kurios postulatai prieštarauja eksperimentų rezultatams. Tai vėliau paskatino išskirtinį fiziką prie „šviesos kvanto“ – šviesos dalies – idėjos. Vėliau, 1926 m., amerikiečių fizikinis chemikas Gilbertas N. Lewisas jį pavadino „fotonu“, išvertus iš graikų kalbos „phos“ („šviesa“).

1913 metais britų fizikas Ernestas Rutherfordas, remdamasis tuo metu jau atliktų eksperimentų rezultatais, pažymėjo, kad daugelio branduolių masės cheminiai elementai yra vandenilio branduolio masės kartotiniai. Todėl jis manė, kad vandenilio branduolys yra kitų elementų branduolių komponentas. Savo eksperimente Rutherfordas apšvitino azoto atomą alfa dalelėmis, kurios dėl to išspinduliavo tam tikrą dalelę, kurią Ernestas pavadino „protonu“, iš kitų graikų „protos“ (pirmasis, pagrindinis). Vėliau eksperimentiškai buvo patvirtinta, kad protonas yra vandenilio branduolys.

Akivaizdu, kad protonas nėra vienintelis komponentas cheminių elementų branduoliai. Šią idėją lemia tai, kad du protonai branduolyje atstumtų vienas kitą, o atomas akimirksniu suirtų. Todėl Rutherfordas iškėlė hipotezę, kad yra dar viena dalelė, kurios masė lygi protono masei, bet yra neįkrauta. Kai kurie mokslininkų eksperimentai apie radioaktyviųjų ir lengvesnių elementų sąveiką paskatino juos atrasti kitą naują spinduliuotę. 1932 m. Jamesas Chadwickas nustatė, kad jis susideda iš tų labai neutralių dalelių, kurias jis pavadino neutronais.

Taip buvo aptiktos garsiausios dalelės: fotonas, elektronas, protonas ir neutronas.

Be to, vis dažnesnis įvykis tapo naujų subbranduolinių objektų atradimas Šis momentas Yra žinoma apie 350 dalelių, kurios paprastai laikomos „elementariomis“. Tie, kurie dar nebuvo padalinti, laikomi bestruktūriais ir vadinami „pagrindiniais“.

Kas yra sukimas?

Prieš žengiant į priekį su tolimesnėmis naujovėmis fizikos srityje, reikia nustatyti visų dalelių charakteristikas. Labiausiai žinomas, be masės ir elektros krūvio, taip pat apima sukimąsi. Šis dydis kitaip vadinamas „vidiniu kampiniu momentu“ ir jokiu būdu nesusijęs su subbranduolinio objekto judėjimu kaip visuma. Mokslininkai sugebėjo aptikti daleles, kurių sukimasis yra 0, ½, 1, 3/2 ir 2. Norėdami vizualizuoti, nors ir supaprastintą, sukimąsi kaip objekto savybę, apsvarstykite šį pavyzdį.

Tegul objekto sukimasis lygus 1. Tada toks objektas, pasuktas 360 laipsnių, grįš į pradinę padėtį. Lėktuve šis objektas gali būti pieštukas, kuris, pasisukus 360 laipsnių kampu, atsidurs pradinė padėtis. Nulinio sukimo atveju, nesvarbu, kaip objektas sukasi, jis visada atrodys taip pat, pavyzdžiui, vienos spalvos rutulys.

Norint sukti ½, jums reikės objekto, kuris išliktų savo išvaizdą pasukęs 180 laipsnių kampu. Tai gali būti tas pats pieštukas, tik simetriškai paaštrintas iš abiejų pusių. Sukant 2, reikia išlaikyti formą, kai pasukama 720 laipsnių, o sukimui 3/2 reikės 540.

Ši charakteristika yra labai svarbi dalelių fizikai.

Standartinis dalelių ir sąveikos modelis

Turėdamas įspūdingą mikroobjektų rinkinį, kurį sudaro pasaulis, mokslininkai nusprendė juos susisteminti ir taip susiformavo gerai žinoma teorinė struktūra, vadinama „Standartiniu modeliu“. Ji aprašo tris sąveikas ir 61 dalelę naudodama 17 pagrindinių, kai kurias iš jų ji numatė dar gerokai prieš atradimą.

Trys sąveikos yra:

• Elektromagnetinis. Jis atsiranda tarp elektriškai įkrautų dalelių. Paprastu atveju, žinomu iš mokyklos, priešingai įkrauti objektai traukia, o panašiai įkrauti objektai atstumia. Tai vyksta per vadinamąjį elektromagnetinės sąveikos nešiklį – fotoną.
• Stipri, kitaip vadinama branduoline sąveika. Kaip rodo pavadinimas, jo veikimas apima atomo branduolio eilės objektus, jis yra atsakingas už protonų, neutronų ir kitų dalelių, taip pat sudarytų iš kvarkų, pritraukimą. Stiprią sąveiką vykdo gliuonai.
• Silpnas. Veiksmingas atstumais, tūkstančiais mažesnių už šerdies dydį. Šioje sąveikoje dalyvauja leptonai ir kvarkai, taip pat jų antidalelės. Be to, esant silpnai sąveikai, jie gali transformuotis vienas į kitą. Nešėjai yra W+, W− ir Z0 bozonai.

Taigi standartinis modelis buvo suformuotas taip. Jį sudaro šeši kvarkai, iš kurių susideda visi hadronai (stipriai sąveikaujančios dalelės):

• Viršutinė (u);
• Užburtas (c);
• tiesa(t);
• Žemutinė (d);
• Keista(s);
• Žavinga (b).

Akivaizdu, kad fizikai turi daugybę epitetų. Kitos 6 dalelės yra leptonai. Tai yra pagrindinės dalelės, kurių sukimasis ½, kurios nedalyvauja stiprioje sąveikoje.

• Elektronas;
• elektroninis neutrinas;
• Muonas;
• miuono neutrinas;
• Tau leptonas;
• Tau neutrinas.

Trečioji standartinio modelio grupė yra matuoklio bozonai, kurių sukimasis lygus 1 ir yra vaizduojami kaip sąveikos nešėjai:

• Gluonas – stiprus;
• Fotonas – elektromagnetinis;
• Z-bozonas – silpnas;
• W bozonas yra silpnas.

Tai taip pat apima neseniai atrastą sukinio-0 dalelę, kuri, paprasčiau tariant, suteikia inertinę masę visiems kitiems subbranduoliniams objektams.

Dėl to pagal Standartinį modelį mūsų pasaulis atrodo taip: visa materija susideda iš 6 kvarkų, sudarančių hadronus ir 6 leptonus; visos šios dalelės gali dalyvauti trijose sąveikose, kurių nešėjai yra matuokliai.

Standartinio modelio trūkumai

Tačiau dar prieš atradant Higso bozoną, paskutinę dalelę, kurią numatė standartinis modelis, mokslininkai peržengė jo ribas. Ryškus pavyzdys yra vadinamasis „gravitacinė sąveika“, kuri šiandien yra lygiavertė kitiems. Manoma, kad jo nešiklis yra dalelė su sukiniu 2, neturinti masės ir kurios fizikai dar negalėjo aptikti - „gravitonas“.

Be to, standartiniame modelyje aprašyta 61 dalelė, o šiandien žmonijai jau žinoma daugiau nei 350 dalelių. Tai reiškia, kad teorinių fizikų darbas nesibaigė.

Dalelių klasifikacija

Kad palengvintų jų gyvenimą, fizikai sugrupavo visas daleles pagal jų struktūrines ypatybes ir kitas savybes. Klasifikavimas grindžiamas šiais kriterijais:

• Gyvenimas.
  1. Stabilus. Tai yra protonai ir antiprotonai, elektronai ir pozitronai, fotonai ir gravitonas. Stabilių dalelių egzistavimo laikas neriboja, kol jos yra laisvos būsenos, t.y. su niekuo nebendrauti.
  2. Nestabilus. Visos kitos dalelės po kurio laiko suyra į sudedamąsias dalis, todėl jos vadinamos nestabiliomis. Pavyzdžiui, miuonas gyvena tik 2,2 mikrosekundės, o protonas - 2,9 10 * 29 metus, po kurio jis gali suirti į pozitroną ir neutralų pioną.
• Svoris.
  1. Bemasės elementarios dalelės, kurių yra tik trys: fotonas, gliuonas ir gravitonas.
  2. Masyvios dalelės yra visa kita.
• Sukimo vertė.
  1. Visas sukimas, įskaitant. nulis, turi dalelių, vadinamų bozonais.
  2. Dalelės, turinčios pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, yra fermionai.
• Dalyvavimas sąveikose.
  1. Hadronai (struktūrinės dalelės) yra subbranduoliniai objektai, dalyvaujantys visų keturių tipų sąveikose. Anksčiau buvo minėta, kad jie sudaryti iš kvarkų. Hadronai skirstomi į du potipius: mezonus (sveikasis sukimasis, bozonai) ir barionus (pusis sveikasis sukimasis, fermionai).
  2. Fundamentalus (bestruktūrinės dalelės). Tai apima leptonus, kvarkus ir matuoklius bozonus (skaitykite anksčiau - „Standartinis modelis.“).

Susipažinę su visų dalelių klasifikacija, galite, pavyzdžiui, tiksliai nustatyti kai kurias iš jų. Taigi neutronas yra fermionas, hadronas arba, tiksliau, barionas, ir nukleonas, tai yra, jis turi pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, susideda iš kvarkų ir dalyvauja 4 sąveikose. Nukleonas yra Dažnas vardas protonams ir neutronams.

• Įdomu tai, kad Demokrito atomizmo priešininkai, numatę atomų egzistavimą, teigė, kad bet kuri medžiaga pasaulyje yra padalinta neribotam laikui. Tam tikru mastu jie gali pasirodyti teisūs, nes mokslininkams jau pavyko padalinti atomą į branduolį ir elektroną, branduolį į protoną ir neutroną, o šie, savo ruožtu, į kvarkus.
• Demokritas manė, kad atomai turi aiškią geometrinę formą, todėl „aštrūs“ ugnies atomai dega, grubūs atomai kietosios medžiagos yra tvirtai laikomi kartu savo iškilimais, o lygūs vandens atomai sąveikaujant paslysta, kitaip jie teka.
• Josephas Thomsonas sudarė savo atomo modelį, kurį matė kaip teigiamai įkrautą kūną, kuriame elektronai atrodė „įstrigo“. Jo modelis buvo vadinamas „slyvų pudingo modeliu“.
• Kvarkai gavo savo vardą amerikiečių fiziko Murray Gell-Mann dėka. Mokslininkas norėjo pavartoti žodį, panašų į anties kvato garsą (kwork). Tačiau Jameso Joyce'o romane „Finnegans Wake“ eilutėje „Trys kvarkai ponui Markui!“ jis susidūrė su žodžiu „kvarkas“, kurio reikšmė nėra tiksliai apibrėžta ir gali būti, kad Joyce jį naudojo tiesiog rimui. Murray nusprendė pavadinti daleles šiuo žodžiu, nes tuo metu buvo žinomi tik trys kvarkai.
• Nors fotonai, šviesos dalelės, yra bemasės, atrodo, kad šalia juodosios skylės jie keičia savo trajektoriją, nes juos traukia gravitacinės jėgos. Tiesą sakant, supermasyvus kūnas išlenkia erdvėlaikį, todėl bet kokios dalelės, įskaitant ir neturinčias masės, keičia savo trajektoriją juodosios skylės link (žr.).
• Didysis hadronų greitintuvas yra „hadroninis“ būtent todėl, kad jis susiduria su dviem nukreiptais hadronų pluoštais, dalelėmis, kurių matmenys prilygsta atomo branduoliui ir dalyvauja visose sąveikose.

Į klausimą, kokia yra mažiausia dalelė visatoje? Kvarkas, neutrinas, Higso bozonas ar Planko juodoji skylė? pateikė autorius Kaukazo geriausias atsakymas yra pagrindinės dalelės yra nulinio dydžio (spindulys lygus nuliui). Pagal svorį. Yra dalelių, kurių masė lygi nuliui (fotonas, gliuonas, gravitonas). Iš masyviųjų neutrinai turi mažiausią masę (mažiau nei 0,28 eV/s^2, tiksliau dar neišmatuota). Dažnis ir laikas nėra dalelių charakteristikos. Galite kalbėti apie gyvenimo laikus, bet tai yra kitoks pokalbis.

Atsakymas iš Dygsnis[guru]
Mosk zerobubus.

Atsakymas iš Michailas Levinas[guru]
Tiesą sakant, mikrokosmose „dydžio“ sąvokos praktiškai nėra. Na, apie branduolį dar galime kalbėti apie kažkokį dydžio analogą, pavyzdžiui, per tikimybę, kad į jį pateks elektronai iš pluošto, bet apie mažesnius - ne.

Atsakymas iš padaryti Kristų[guru]
elementariosios dalelės „dydis“ – tai dalelės charakteristika, atspindinti jos masės arba elektros krūvio erdvinį pasiskirstymą; dažniausiai jie kalba apie vadinamuosius. elektros krūvio pasiskirstymo (kuris kartu apibūdina ir masės pasiskirstymą) vidutinis kvadratinis spindulys
Matavimo bozonai ir leptonai, atsižvelgiant į atliktų matavimų tikslumą, neturi baigtinių „matmenų“. Tai reiškia, kad jų „dydžiai“< 10^-16 см
Skirtingai nuo tikrai elementariųjų dalelių, hadronų „dydžiai“ yra riboti. Jų būdingas vidutinis kvadratinis spindulys yra nustatomas pagal uždarumo (arba kvarkų) spindulį ir yra lygus 10^-13 cm Be to, jis, žinoma, skiriasi nuo hadrono iki hadrono.

Atsakymas iš Kirilas Oddingas[guru]
Vienas iš didžiųjų fizikų pasakė (galbūt ne Nielsas Bohras?) „Jei sugebi vaizdžiai paaiškinti kvantinę mechaniką, eik ir gauk Nobelio premiją“.

Atsakymas iš SerŠkodas Polikanovas Sergejus[guru]
Kokia yra mažiausia elementarioji dalelė visatoje?
Elementariosios dalelės, sukuriančios gravitacinį efektą.
Dar mažiau?
Elementariosios dalelės, kurios pajudina tas, kurios sukuria gravitacinį efektą
bet jie patys tuo dalyvauja.
Yra dar smulkesnių elementariųjų dalelių.
Jų parametrai net netelpa į skaičiavimus, nes konstrukcijos ir jų fiziniai parametrai nežinomi.

Atsakymas iš Miša Nikitinas[aktyvus]
KVARKAS

Atsakymas iš Matipati kipirofinovičius[aktyvus]
PLANUOK JUODĄ SKUBĘ

Atsakymas iš Brolis qwerty[naujokas]
Kvarkai yra mažiausios dalelės pasaulyje. Visatai nėra dydžio sąvokos, ji yra beribė. Jei išrasi mašiną, kad žmogus būtų mažesnis, tai bus galima be galo mažinti, mažinti, mažinti... Taip, Kvarkas yra mažiausia „Dalelė“ Bet yra kažkas mažesnio už dalelę. Erdvė. Ne. Tai turi. Dydis.

Atsakymas iš Antonas Kuročka[aktyvus]
Protonų neutronų 1*10^-15 1 femtometras
Quark-U Quark-D Electron 1*10^-18 1 attometras
Quark-S 4*10^-19 400 zeptometrai
Quark-C 1*10^-19 100 zeptometrų
Quark-B 3*10^-20 30 zeptometrų
Didelės energijos neutrinai 1,5*10^-20 15 zeptometrų
Preon 1*10^-21 1 zeptometras
Quark-T 1*10^-22 100 yoktometrų
MeV Neutrino 2*10^-23 20 yoktometrų
Neutrino 1*10^-24 1 yoktometras -(oooo mažas dydis!!!) -
„Plonk“ dalelė 1,6*10^-35 0,000 000 000 016 joktometras
Kvantinė puta Kvantinė styga 1*10^-35 0.000 000 000 01 yoktometras
Tai yra dalelių dydžių lentelė. Ir čia matote, kad mažiausia dalelė yra Plancko dalelė, bet kadangi ji per maža, neutrinas yra mažiausia dalelė. Tačiau visatoje tik Plancko ilgis yra mažesnis

Neutrinas, neįtikėtinai mažytė visatos dalelė, laikosi atidus dėmesys mokslininkai beveik šimtmetį. Už neutrinų tyrimus buvo skirta daugiau Nobelio premijų nei už darbą su bet kokia kita dalele, o iš mažų valstybių biudžeto statomi didžiuliai įrenginiai, skirti joms tirti. Aleksandras Nozikas, vyr. Tyrėjas institutas branduoliniai tyrimai RAS, MIPT mokytojas ir eksperimento „Troitsk nu-mass“ ieškant neutrino masės dalyvis, pasakoja, kaip ją tirti, bet svarbiausia – kaip ją pirmiausia pagauti.

Pavogtos energijos paslaptis

Neutrinų tyrimų istoriją galima perskaityti kaip įspūdingą detektyvą. Ši dalelė ne kartą išbandė mokslininkų dedukcinius gebėjimus: ne kiekvieną mįslę pavyko įminti iš karto, o kai kurios – dar neįmintos. Pradėkime nuo atradimo istorijos. Radioaktyvus skilimas Įvairios rūšys pabaigoje pradėta tyrinėti, ir nenuostabu, kad XX amžiaus 2 dešimtmetyje mokslininkų arsenale buvo ne tik instrumentai pačiam skilimui fiksuoti, bet ir išbėgančių dalelių energijai matuoti, nors ir nelabai tiksliai. pagal šiandienos standartus. Didėjant prietaisų tikslumui, didėjo ir mokslininkų džiaugsmas bei sumišimas, be kita ko, susijęs su beta skilimu, kai iš radioaktyvaus branduolio išskrenda elektronas, o pats branduolys keičia savo krūvį. Šis skilimas vadinamas dviejų dalelių, nes susidaro dvi dalelės – naujas branduolys ir elektronas. Bet kuris gimnazistas paaiškins, kad naudojant išsaugojimo dėsnius ir žinant šių skeveldrų masę, galima tiksliai nustatyti tokio skilimo fragmentų energiją ir impulsą. Kitaip tariant, pavyzdžiui, elektrono energija visada bus vienoda bet kokio tam tikro elemento branduolio skilimo metu. Praktikoje buvo pastebėtas visiškai kitoks vaizdas. Elektronų energija ne tik nebuvo fiksuota, bet ir pasklido iki nulio į nuolatinį spektrą, o tai glumino mokslininkus. Tai gali atsitikti tik tuo atveju, jei kas nors pavagia energiją iš beta skilimo. Bet atrodo, kad nėra kam pavogti.

Laikui bėgant prietaisai tapo vis tikslesni ir greitai išnyko galimybė tokią anomaliją priskirti įrangos klaidai. Taip iškilo paslaptis. Ieškodami jos sprendimo, mokslininkai išsakė įvairias, šiandienos standartais net visiškai absurdiškas prielaidas. Pavyzdžiui, pats Nielsas Bohras rimtai pareiškė, kad elementariųjų dalelių pasaulyje netaikomi išsaugojimo dėsniai. Wolfgangas Pauli išgelbėjo dieną 1930 m. Jis negalėjo dalyvauti fizikos konferencijoje Tiubingene ir, negalėdamas dalyvauti nuotoliniu būdu, išsiuntė laišką, kurį paprašė perskaityti. Štai ištraukos iš jo:

„Gerbiami radioaktyvūs ponios ir ponai. Aš prašau jus įdėmiai išklausyti pačiu patogiausiu momentu pasiuntinio, kuris įteikė šį laišką. Jis jums pasakys, kad radau puikų vaistą nuo išsaugojimo įstatymo ir teisingos statistikos. Tai slypi elektriškai neutralių dalelių egzistavimo galimybėje... B spektro tęstinumas paaiškės, jei manysime, kad B skilimo metu kartu su kiekvienu elektronu išspinduliuojamas toks „neutronas“, o suma „neutrono“ ir elektrono energija yra pastovi...

Laiško pabaigoje buvo šios eilutės:

„Jei nerizikuosite, nelaimėsite. Situacijos rimtumas svarstant ištisinį B spektrą ypač išryškėja po prof. Debye, kuris apgailestaudamas man pasakė: „O, geriau negalvoti apie visa tai... kaip apie naujus mokesčius“. Todėl būtina rimtai aptarti kiekvieną išganymo kelią. Taigi, brangūs radioaktyvūs žmonės, išbandykite tai ir įvertinkite.

Vėliau pats Pauli išreiškė nuogąstavimus, kad nors jo idėja išgelbėjo mikropasaulio fiziką, naujoji dalelė niekada nebus atrasta eksperimentiniu būdu. Jie sako, kad jis netgi ginčijosi su kolegomis, kad jei dalelė egzistuotų, per jų gyvenimą jos nebūtų įmanoma aptikti. Per kelerius ateinančius metus Enrico Fermi sukūrė beta skilimo teoriją, apimančią dalelę, kurią jis pavadino neutrinu, kuri puikiai sutiko su eksperimentu. Po to niekam nekilo abejonių, kad hipotetinė dalelė iš tikrųjų egzistuoja. 1956 m., likus dvejiems metams iki Pauli mirties, Fredericko Reineso ir Clyde'o Cowano komanda eksperimentiškai atrado neutrinus atvirkštinio beta skilimo metu (už tai Reinas gavo Nobelio premiją).

Dingusių saulės neutrinų atvejis

Paaiškėjus, kad neutrinus, nors ir sunku, vis tiek galima aptikti, mokslininkai pradėjo bandyti aptikti nežemiškos kilmės neutrinus. Akivaizdžiausias jų šaltinis yra Saulė. Branduolinės reakcijos jame vyksta nuolat, ir galima skaičiuoti, kad po kiekvieno kvadratinis centimetras žemės paviršiaus Kas sekundę pro saulės spindulius praeina apie 90 milijardų neutrinų.

Tą akimirką labiausiai efektyvus metodas Saulės neutrinų gaudymas buvo radiocheminis metodas. Jo esmė tokia: Saulės neutrinas atvyksta į Žemę, sąveikauja su branduoliu; rezultatas yra, tarkime, 37Ar branduolys ir elektronas (būtent tokia reakcija buvo panaudota Raymondo Daviso eksperimente, už kurį vėliau jam buvo skirta Nobelio premija). Po to, suskaičiavę argono atomų skaičių, galime pasakyti, kiek neutrinų sąveikavo detektoriaus tūryje ekspozicijos metu. Praktikoje, žinoma, viskas nėra taip paprasta. Turite suprasti, kad šimtus tonų sveriančiame taikinyje turite suskaičiuoti pavienius argono atomus. Masės santykis yra maždaug toks pat kaip tarp skruzdėlės masės ir Žemės masės. Tada buvo nustatyta, kad buvo pavogta ⅔ saulės neutrinų (išmatuotas srautas buvo tris kartus mažesnis nei prognozuota).

Žinoma, įtarimas pirmiausia krito ant pačios Saulės. Juk apie jo vidinį gyvenimą galime spręsti tik pagal netiesioginius požymius. Nežinoma, kaip ant jo susidaro neutrinai, netgi gali būti, kad visi Saulės modeliai yra klaidingi. Buvo aptarta gana daug įvairių hipotezių, tačiau galiausiai mokslininkai ėmė linkti minties, kad tai ne Saulė, o pačių neutrinų gudrumas.

Nedidelis istorinis nukrypimas: laikotarpiu nuo eksperimentinio neutrinų atradimo iki saulės neutrinų tyrimo eksperimentų įvyko dar keletas įdomių atradimų. Pirmiausia buvo atrasti antineutrinai ir įrodyta, kad neutrinai ir antineutrinai sąveikauja skirtingai. Be to, visi neutrinai visose sąveikose visada yra kairiarankiai (sukimosi projekcija judėjimo kryptimi yra neigiama), o visi antineutrinai yra dešiniarankiai. Ši savybė tarp visų elementariųjų dalelių pastebima ne tik neutrinuose, bet ir netiesiogiai rodo, kad mūsų Visata iš esmės nėra simetriška. Antra, buvo nustatyta, kad kiekvienas įkrautas leptonas (elektronas, miuonas ir tau leptonas) turi savo neutrino tipą arba skonį. Be to, kiekvieno tipo neutrinai sąveikauja tik su savo leptonu.

Grįžkime prie mūsų saulės problemos. XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje buvo pasiūlyta, kad leptoninis skonis (neutrino rūšis) neturi būti išsaugotas. Tai yra, jei elektroninis neutrinas gimė vienoje reakcijoje, tada pakeliui į kitą reakciją neutrinas gali persirengti ir veikti kaip miuonas. Tai galėtų paaiškinti saulės neutrinų trūkumą radiocheminiuose eksperimentuose, kurie yra jautrūs tik elektroniniams neutrinams. Šią hipotezę puikiai patvirtino saulės neutrinų srauto matavimai SNO ir Kamiokande didelio vandens taikinio scintiliacijos eksperimentuose (už kurį neseniai buvo paskirta dar viena Nobelio premija). Šiuose eksperimentuose tiriamas nebe atvirkštinis beta skilimas, o neutrinų sklaidos reakcija, kuri gali vykti ne tik su elektronų, bet ir su miuoniniais neutrinais. Kai vietoj elektroninių neutrinų srauto imta matuoti bendrą visų tipų neutrinų srautą, rezultatai puikiai patvirtino neutrinų perėjimą iš vieno tipo į kitą arba neutrinų svyravimus.

Standartinio modelio puolimas

Neutrinų svyravimų atradimas, išsprendęs vieną problemą, sukūrė keletą naujų. Esmė ta, kad nuo Paulio laikų neutrinai buvo laikomi bemasėmis dalelėmis kaip fotonai, ir tai tiko visiems. Bandymai išmatuoti neutrinų masę buvo tęsiami, tačiau be didelio entuziazmo. Virpesiai pakeitė viską, nes jų egzistavimui reikia masės, kad ir mažos. Masės atradimas neutrinuose, žinoma, džiugino eksperimentuotojus, tačiau suglumino teoretikus. Pirma, masyvūs neutrinai netelpa į standartinį dalelių fizikos modelį, kurį mokslininkai kūrė nuo XX amžiaus pradžios. Antra, tas pats paslaptingas neutrinų kairiarankiškumas ir antineutrinų dešiniarankiškumas yra gerai paaiškinamas tik bemasėms dalelėms. Jei yra masė, kairiarankiai neutrinai turėtų su tam tikra tikimybe virsti dešiniarankiais, tai yra antidalelėmis, pažeidžiančiais iš pažiūros nekintantį leptono skaičiaus išsaugojimo dėsnį, arba net virsti kokiais nors neutrinais, kurie tai daro. nedalyvauja sąveikoje. Šiandien tokios hipotetinės dalelės paprastai vadinamos steriliais neutrinais.

Neutrinų detektorius „Super Kamiokande“ © Kamioka observatorija, ICRR (kosminių spindulių tyrimų institutas), Tokijo universitetas

Žinoma, eksperimentinė neutrino masės paieška iškart buvo smarkiai atnaujinta. Tačiau iškart iškilo klausimas: kaip išmatuoti masę to, ko negalima pagauti? Yra tik vienas atsakymas: visai negaudyti neutrinų. Šiandien aktyviausiai plėtojamos dvi kryptys – tiesioginė neutrinų masės paieška beta skilimo metu ir beneutrino dvigubo beta skilimo stebėjimas. Pirmuoju atveju idėja labai paprasta. Branduolys skyla veikiant elektronų ir neutrinų spinduliuotei. Pagauti neutrino neįmanoma, bet labai tiksliai pagauti ir išmatuoti elektroną galima. Elektronų spektras taip pat turi informaciją apie neutrino masę. Toks eksperimentas yra vienas sunkiausių dalelių fizikoje, tačiau jo absoliutus privalumas yra tas, kad jis pagrįstas pagrindiniais energijos ir impulso išsaugojimo principais, o jo rezultatas nuo mažai priklauso. Šiuo metu geriausia neutrinų masės riba yra apie 2 eV. Tai yra 250 tūkstančių kartų mažiau nei elektrono. Tai yra, pati masė nebuvo rasta, o ją ribojo tik viršutinis rėmas.

Su dvigubu beta skilimu viskas yra sudėtingiau. Jei darytume prielaidą, kad sukimosi metu neutrinas virsta antineutrinu (šis modelis vadinamas italų fiziko Ettore'o Majoranos vardu), tai įmanomas procesas, kai branduolyje vienu metu vyksta du beta skilimai, bet neutrinai neišskrenda. bet yra sumažintos. Tokio proceso tikimybė yra susijusi su neutrino mase. Viršutinės ribos tokiuose eksperimentuose yra geresnės – 0,2–0,4 eV, bet priklauso nuo fizinio modelio.

Masyvių neutrinų problema dar neišspręsta. Higgso teorija negali paaiškinti tokių mažų masių. Tai reikalauja didelių komplikacijų arba kai kurių gudresnių dėsnių, pagal kuriuos neutrinai sąveikauja su likusiu pasauliu, panaudojimas. Fizikams, užsiimantiems neutrinų tyrimais, dažnai užduodamas klausimas: „Kaip neutrinų tyrimai gali padėti paprastam žmogui? Kokią finansinę ar kitokią naudą galima gauti iš šios dalelės? Fizikai gūžteli pečiais. Ir jie to tikrai nežino. Kadaise puslaidininkinių diodų tyrimas buvo grynai fundamentali fizika, be jokio praktinio pritaikymo. Skirtumas tas, kad šiuolaikiniams neutrinų fizikos eksperimentams kurti kuriamos technologijos dabar plačiai naudojamos pramonėje, todėl kiekvienas į šią sritį investuotas centas gana greitai atsiperka. Šiuo metu visame pasaulyje atliekami keli eksperimentai, kurių mastai prilygsta Didžiojo hadronų greitintuvo masteliams; šie eksperimentai yra skirti išskirtinai neutrinų savybėms tirti. Kuriame iš jų bus galima atversti naują fizikos puslapį, nežinia, bet jis tikrai bus atvertas.

Pasaulis ir mokslas niekada nestovi vietoje. Visai neseniai fizikos vadovėliai užtikrintai rašė, kad elektronas yra mažiausia dalelė. Tada mezonai tapo mažiausiomis dalelėmis, tada bozonai. Ir dabar mokslas atrado naują mažiausia dalelė visatoje- Planko juodoji skylė. Tiesa, ji kol kas atvira tik teoriškai. Ši dalelė priskiriama juodajai skylei, nes jos gravitacinis spindulys yra didesnis arba lygus bangos ilgiui. Iš visų esamų juodųjų skylių Planko yra mažiausia.

Šių dalelių gyvenimo trukmė per trumpa, kad jas būtų galima praktiškai aptikti. Bent jau kol kas. Ir jie susidaro, kaip įprasta manyti, dėl branduolinių reakcijų. Tačiau ne tik Plancko juodųjų skylių gyvavimo laikas neleidžia jas aptikti. Dabar, deja, tai neįmanoma techniniu požiūriu. Planko juodosioms skylėms susintetinti reikalingas daugiau nei tūkstančio elektronų voltų energijos greitintuvas.

Vaizdo įrašas:

Nepaisant hipotetinio šios mažiausios dalelės egzistavimo Visatoje, jos praktinis atradimas ateityje yra visiškai įmanomas. Juk ne taip seniai nepavyko aptikti ir legendinio Higso bozono. Būtent jo atradimui buvo sukurta instaliacija, apie kurią nėra girdėjęs tik pats tingiausias Žemės gyventojas – Didysis hadronų greitintuvas. Mokslininkų pasitikėjimas šių tyrimų sėkme padėjo pasiekti sensacingą rezultatą. Higso bozonas šiuo metu yra mažiausia dalelė, kurios egzistavimas praktiškai įrodytas. Jo atradimas yra labai svarbus mokslui, jis leido visoms dalelėms įgyti masę. Ir jei dalelės neturėtų masės, visata negalėtų egzistuoti. Jame negalėjo susidaryti nei viena medžiaga.

Nepaisant praktiškai įrodyto šios dalelės – Higso bozono – egzistavimo, praktiniai jos pritaikymai dar nebuvo išrasti. Kol kas tai tik teorinės žinios. Tačiau ateityje viskas įmanoma. Ne visi atradimai fizikos srityje buvo iš karto praktinis naudojimas. Niekas nežino, kas bus po šimto metų. Juk, kaip minėta anksčiau, pasaulis ir mokslas niekada nestovi vietoje.