Елементарните частици са най-малките известни градивни елементи на Вселената. Смята се, че те нямат вътрешна структура, което означава, че изследователите мислят за тях като за нулеви измерения, които не заемат място. Електроните вероятно са най-познатите елементарни частици, но Стандартният модел на физиката, който описва взаимодействията на частиците и почти всички сили, разпознава 10 общи елементарни частици.
Електрони и свързани частици
Електроните са отрицателно заредените компоненти на атомите. Макар че се смята, че са точкови частици с нулеви измерения, електроните са заобиколени от облак от други виртуални частици, постоянно намигващи се и съществуващи, които по същество действат като част от самия електрон. Някои теории предвиждат, че електронът има леко положителен полюс и леко отрицателен полюс, което означава, че следователно този облак от виртуални частици трябва да бъде малко асиметричен.
Ако това беше така, електроните биха могли да се държат по различен начин, отколкото техните антиматериални двойници, позитрони, потенциално обясняващи много мистерии за материята и антиматерията. Но физиците многократно са измервали формата на електрон и са установили, че той е идеално кръгъл, доколкото им е известно, оставяйки ги без отговори за главоблъсканиците на антиматерията.
Електронът има две по-тежки братовчеди, наречени муон и тау. Мюоните могат да бъдат създадени, когато високоенергийни космически лъчи от космоса попаднат на върха на земната атмосфера, генерирайки душ от екзотични частици. Таус са дори по-редки и по-трудни за получаване, тъй като те са повече от 3400 пъти по-тежки от електроните. Неутрино, електрони, мюони и таус съставляват категория основни частици, наречени лептони.
Кварки и тяхната причудливост
Кварки, които съставят протони и неутрони, са друг вид фундаментална частица. Заедно с лептоните кварките съставляват нещата, за които смятаме, че имат значение.
Някога учените вярвали, че атомите са най-малките възможни обекти; думата идва от гръцкото „atomos“, което означава „неделим“. До края на 20 век е показано, че атомните ядра се състоят от протони и неутрони. След това през 50-те и 60-те години ускорителите на частици разкриват множество от екзотични субатомни частици, като пиони и каони.
През 1964 г. физиците Мъри Гел-Ман и Джордж Цвайг независимо предлагат модел, който може да обясни вътрешната работа на протони, неутрони и останалата част от зоологическите частици, според исторически доклад на Националната лаборатория за ускорители на SLAC в Калифорния. Пребиваващи вътре в протоните и неутроните са малки частици, наречени кварки, които се предлагат в шест възможни типа или аромати: нагоре, надолу, странно, очарование, отдолу и отгоре.
Протоните са направени от два нагоре кварка и надолу кварк, докато неутроните са съставени от два падения и нагоре. Горе-надолу кварците са най-леките сортове. Тъй като по-масивните частици са склонни да се разпадат в по-малко масивни, кварките нагоре и надолу също са най-често срещаните във Вселената; следователно протоните и неутроните съставляват по-голямата част от познатата ни материя.
До 1977 г. физиците са изолирали пет от шестте кварки в лабораторията - нагоре, надолу, странно, чаровно и отдолу - но едва през 1995 г. изследователи от Националната лаборатория за ускорители на Фермилаб в Илинойс откриха последния кварк - топ кварк. Търсенето му беше толкова интензивно, колкото по-късния лов на бозона на Хигс. Горният кварк беше толкова труден за производство, тъй като той е около 100 трилиона пъти по-тежък от горе кварките, което означава, че изискваше много повече енергия, за да направиш ускорители на частици.
Основните частици на природата
Тогава са четирите основни сили на природата: електромагнетизъм, гравитация и силните и слабите ядрени сили. Всеки от тях има свързана фундаментална частица.
Фотоните са най-известните; те носят електромагнитната сила. Глуоните носят силната ядрена сила и се намират с кварки вътре в протони и неутрони. Слабата сила, която посредничи за определени ядрени реакции, се носи от две основни частици, W и Z бозони. Неутрино, които чувстват само слабата сила и гравитацията, взаимодействат с тези бозони и така физиците са били в състояние първо да предоставят доказателства за тяхното съществуване, използвайки неутрино, според CERN.
Гравитацията е аутсайдер тук. Той не е включен в стандартния модел, въпреки че физиците подозират, че може да има свързана фундаментална частица, която би била наречена гравитон. Ако съществуват гравитони, е възможно да ги създадем при Големия адронен колайдер (LHC) в Женева, Швейцария, но те бързо ще изчезнат в допълнителни измерения, оставяйки след себе си празна зона там, където биха били, според CERN. Досега LHC не е виждал никакви доказателства за гравитони или допълнителни размери.
Неуловимият бозон на Хигс
И накрая, там е бозонът на Хигс, царят на елементарните частици, който е отговорен за даването на масата на всички останали частици. Ловът за Хигс беше голямо начинание за учените, които се стремяха да допълнят каталога си на Стандартния модел. Когато Хигс най-накрая беше забелязан, през 2012 г. физиците се зарадваха, но резултатите също ги оставиха на трудно място.
Хигс изглежда почти точно както беше предвидено да изглежда, но учените се надяваха на още. Известно е, че стандартният модел е непълен; например, липсва описание на гравитацията и изследователите смятат, че намирането на Хигс би помогнало да се насочат към други теории, които биха могли да изместят стандартния модел. Но засега те са излезли празни при това търсене.
Допълнителен ресурси:
