Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι τα μικρότερα γνωστά δομικά στοιχεία του σύμπαντος. Θεωρείται ότι δεν έχουν εσωτερική δομή, που σημαίνει ότι οι ερευνητές θεωρούν τους ως μηδενικά διαστατικά σημεία που δεν καταλαμβάνουν χώρο. Τα ηλεκτρόνια είναι ίσως τα πιο γνωστά στοιχειώδη σωματίδια, αλλά το Τυπικό Μοντέλο της Φυσικής, το οποίο περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων και σχεδόν όλων των δυνάμεων, αναγνωρίζει 10 συνολικά στοιχειώδη σωματίδια.
Ηλεκτρόνια και σχετικά σωματίδια
Τα ηλεκτρόνια είναι τα αρνητικά φορτισμένα συστατικά των ατόμων. Ενώ θεωρούνται σωματίδια μηδενικής διάστασης, τα ηλεκτρόνια περιβάλλονται από ένα σύννεφο από άλλα εικονικά σωματίδια που αναστέλλουν συνεχώς μέσα και έξω από την ύπαρξη, τα οποία λειτουργούν ουσιαστικά ως τμήμα του ίδιου του ηλεκτρονίου. Ορισμένες θεωρίες έχουν προβλέψει ότι το ηλεκτρόνιο έχει ένα ελαφρώς θετικό πόλο και ένα ελαφρώς αρνητικό πόλο, που σημαίνει ότι αυτό το σύννεφο εικονικών σωματιδίων θα πρέπει ως εκ τούτου να είναι λίγο ασύμμετρο.
Αν συνέβαινε αυτό, τα ηλεκτρόνια μπορεί να συμπεριφέρονται διαφορετικά από ότι η αντιύλη τους διπλασιάζεται, τα ποζιτρόνια, εξηγώντας ενδεχομένως πολλά μυστήρια σχετικά με την ύλη και την αντιύλη. Αλλά οι φυσικοί έχουν μετρήσει επανειλημμένα το σχήμα ενός ηλεκτρονίου και βρήκαν ότι είναι απόλυτα στρογγυλά προς το καλύτερο των γνώσεών τους, αφήνοντάς τα χωρίς απαντήσεις για τα αινίγματα των αντιύλων.
Το ηλεκτρόνιο έχει δύο βαρύτερα ξαδέλφια, που ονομάζεται μιονί και το tau. Τα Muons μπορούν να δημιουργηθούν όταν οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας από το εξωτερικό διάστημα χτύπησαν την κορυφή της ατμόσφαιρας της Γης, δημιουργώντας ένα ντους από εξωτικά σωματίδια. Taus είναι ακόμη πιο σπάνια και πιο δύσκολο να παραχθούν, καθώς είναι περισσότερο από 3.400 φορές βαρύτερα από τα ηλεκτρόνια. Τα νετρίνα, τα ηλεκτρόνια, τα μιόνια και ο τάκος αποτελούν μια κατηγορία θεμελιωδών σωματιδίων που ονομάζονται λεπτόνια.
Τα κουάρκ και η ιδιοτροπία τους
Τα κουάρκ, τα οποία αποτελούν πρωτόνια και νετρόνια, είναι ένας άλλος τύπος θεμελιώδους σωματιδίου. Μαζί με τα λεπτόνια, τα κουάρκ συνθέτουν τα πράγματα που θεωρούμε ως ύλη.
Μια φορά κι έναν καιρό, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα άτομα ήταν τα μικρότερα πιθανά αντικείμενα. η λέξη προέρχεται από το ελληνικό "atomos", που σημαίνει "αδιαίρετο". Γύρω στα τέλη του 20ου αιώνα, οι ατομικοί πυρήνες φαίνεται να αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Στη συνέχεια, καθ 'όλη τη διάρκεια της δεκαετίας του '50 και του '60, οι επιταχυντές των σωματιδίων συνέχιζαν να αποκαλύπτουν μια σειρά από εξωτικά υποατομικά σωματίδια, όπως πόνυ και καόνες.
Το 1964, οι φυσικοί Murray Gell-Mann και George Zweig πρότειναν ανεξάρτητα ένα μοντέλο που θα μπορούσε να εξηγήσει την εσωτερική λειτουργία των πρωτονίων, των νετρονίων και του υπόλοιπου ζωολογικού κήπου, σύμφωνα με ιστορική έκθεση του SLAC National Accelerator Laboratory στην Καλιφόρνια. Η διαμονή στα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται κουάρκς, τα οποία έρχονται σε έξι πιθανά είδη ή γεύσεις: πάνω, κάτω, παράξενα, γοητεία, κάτω και πάνω.
Τα πρωτόνια είναι φτιαγμένα από δύο κουάρκ και ένα κουάρκ, ενώ τα νετρόνια αποτελούνται από δύο πτώματα και ένα επάνω. Τα κουάρκ πάνω και κάτω είναι οι ελαφρύτερες ποικιλίες. Επειδή τα πιο μαζικά σωματίδια τείνουν να διασπώνται σε λιγότερο μαζικά, τα κουάρκ πάνω και κάτω είναι επίσης τα πιο συνηθισμένα στο σύμπαν. Επομένως, τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του ζητήματος που γνωρίζουμε.
Μέχρι το 1977, οι φυσικοί είχαν απομονώσει πέντε από τα έξι κουάρκ στο εργαστήριο - πάνω, κάτω, περίεργα, γοητεία και κάτω - αλλά μέχρι το 1995 οι ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών της Fermilab στο Ιλλινόις βρήκαν το τελικό κουάρκ, το κορυφαίο κουάρκ. Η αναζήτηση για αυτό ήταν τόσο έντονη όσο το μεταγενέστερο κυνήγι για το μποζόνιο Higgs. Το κορυφαίο κουάρκ ήταν τόσο δύσκολο να παραχθεί επειδή είναι περίπου 100 τρισεκατομμύρια φορές βαρύτερα από τα κουάρκ, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια για να κάνει στους επιταχυντές σωματιδίων.
Τα βασικά σωματίδια της φύσης
Τότε υπάρχουν οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: ο ηλεκτρομαγνητισμός, η βαρύτητα και οι ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές δυνάμεις. Κάθε ένα από αυτά έχει ένα συνδεδεμένο θεμελιώδες σωματίδιο.
Τα φωτόνια είναι τα πιο γνωστά. φέρουν την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Τα γλουτόνια φέρουν την ισχυρή πυρηνική δύναμη και κατοικούν με κουάρκ μέσα σε πρωτόνια και νετρόνια. Η ασθενής δύναμη, που μεσολαβεί σε ορισμένες πυρηνικές αντιδράσεις, μεταφέρεται από δύο θεμελιώδη σωματίδια, τα μποζόνια W και Z. Τα νετρίνο, που αισθάνονται μόνο την αδύναμη δύναμη και τη βαρύτητα, αλληλεπιδρούν με αυτά τα μποζόνια και έτσι οι φυσικοί ήταν σε θέση να αποδείξουν πρώτα την ύπαρξή τους χρησιμοποιώντας νετρίνα, σύμφωνα με το CERN.
Η βαρύτητα είναι ένας ξένος εδώ. Δεν ενσωματώνεται στο Τυπικό Μοντέλο, αν και οι φυσικοί υποψιάζονται ότι θα μπορούσε να έχει ένα συνδεδεμένο θεμελιώδες σωματίδιο, το οποίο θα ονομάζεται graviton. Εάν υπάρχουν σοβαροί πυρήνες, ίσως είναι δυνατό να δημιουργηθούν στο Large Hadron Collider (LHC) στη Γενεύη της Ελβετίας, αλλά γρήγορα θα εξαφανιστούν σε επιπλέον διαστάσεις αφήνοντας πίσω τους μια κενή ζώνη όπου θα ήταν, σύμφωνα με τον CERN. Μέχρι στιγμής, ο LHC δεν έχει δει ενδείξεις βαρύτων ή επιπλέον διαστάσεων.
Το φευγαλέο μποζόνιο Higgs
Τέλος, υπάρχει το μποζόνιο Higgs, ο βασιλιάς των στοιχειωδών σωματιδίων, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μάζα όλων των άλλων σωματιδίων. Το κυνήγι του Higgs ήταν μια μεγάλη προσπάθεια για τους επιστήμονες που προσπαθούσαν να ολοκληρώσουν τον κατάλογό τους με το Πρότυπο Μοντέλο. Όταν το Higgs επισημάνθηκε τελικά, το 2012, οι φυσικοί έμειναν χαρούμενοι, αλλά τα αποτελέσματα τους άφησαν επίσης σε ένα δύσκολο σημείο.
Το Higgs μοιάζει ακριβώς όπως ακριβώς προβλεπόταν να κοιτάξει, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν για περισσότερα. Το πρότυπο μοντέλο είναι γνωστό ότι είναι ελλιπές. για παράδειγμα, δεν έχει περιγραφή της βαρύτητας και οι ερευνητές πιστεύουν ότι η εύρεση του Higgs θα βοηθούσε να επισημάνουμε άλλες θεωρίες που θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν το Τυπικό Μοντέλο. Μέχρι στιγμής, έφτασαν άδειες σε αυτή την αναζήτηση.
Πρόσθετος πόροι:
