Minste partikler. Hvordan er de grunnleggende?

Hva er på det mest grunnleggende og fundamentale nivå? Er det en minst mulig murstein eller sett av murstein som du kan bygge bokstavelig talt alt som finnes i Universet som ikke kan deles inn i noe som er mindre? På dette spørsmålet vitenskap har en rekke interessante svar, men som ikke er virkelig finalen og finalen. Fordi i fysikk er det alltid rom for usikkerhet, spesielt når det kommer til hva vi finner i fremtiden.

Hvis du ønsker å vite hva som er i universet, hvor ville du begynne? Tusenvis av år siden, fantasi og logikk var de beste verktøy tilgjengelig for mennesket. Vi visste om saken, men hadde ingen anelse om hva det er. Det ble antatt at det er flere grunnleggende ingredienser som du kan sette sammen og kombinere forskjellige måter, i forskjellige innstillinger — for å skape alle ting.

Vi var i stand til å vise eksperimentelt at saken, som kan være fast, flytende eller gass, opptar plass. Vi var i stand til å vise at den har en masse. Vi kan fusjonere det i store mengder, eller bryte opp i mindre. Og bryte ned saken og å få tilgang til den minste komponenter, som vil vise hvor "fundamentale" det kan være, dette er en litt annerledes. Dette kunne vi ikke.

Noen mente at saken kan bestå av ulike elementer som ild, jord, luft og vann. Andre mente at det bare er en grunnleggende komponent i realiteten er monad som alt det andre snur seg og går. Andre, slik som Pythagoreans, mente at det burde være en geometrisk matematisk struktur, etablere regler for virkeligheten, og Sammenstillingen av disse strukturene førte til fremveksten av det kjente Universet.

Ideen om at en virkelig grunnleggende partikkelen ikke eksisterer, men kan dateres tilbake til Orderscom Demokrit, som bodde 2,400 år siden. Selv om det var bare en idé om at Demokrit mente at all materie består av udelelige partikler, som han kalles atomer ("ἄτομος" på gresk betyr "udelelig"). Atomer, i hans mening, er slått sammen i bakgrunnen av det tomme rommet. Selv om hans ideer inneholdt mange andre merkelige detaljer, konseptet av grunnleggende partikler var fast og venstre.

Ta noen del av klut som du vil, og prøve å kutte. Deretter bryte det i enda mindre biter. Hver gang du gjør det, eller misbruk og / eller misbruk, men ideen om å kutte av betydning: det neste laget vil være tykkere enn din "kniv". Makroskopiske objekter blir mikroskopiske; komplekse forbindelser blir enkle molekyler; molekyler bli atomer; atomer blir elektroner og atomkjerner; atomkjernen blir protoner og nøytroner, som i seg selv er delt inn i kvarker og gluoner.

På lavest mulig nivå vi kan ta alt vi vet, grunnleggende, udelelig, partikkel-lignende objekter: kvarker, leptons og bosoner av Standard modell.

Som for fysiske størrelser, de er definert av reglene i kvantefysikken. Hver quantum i Universet — struktur med ikke-null energi kan beskrives som inneholder en viss mengde energi. Siden alt som finnes kan beskrives som en partikkel og en bølge, kan du sette restriksjoner og begrensninger på den fysiske størrelser for alle slike quanta.

Mens molekyler kan godt beskrive virkeligheten på nanometer skala (10^-9 m), og atomer perfekt beskrive virkeligheten av omfanget av Angstroms (10^-10 m), atomkjernen er enda mindre, og den enkelte protoner og nøytroner gå i omfanget av en femtometer (10^-15 m). Partikler av Standard modell og mindre. Energiene som vi var i stand til å teste, kan vi trygt si at alle kjente partikler er pointlike og struktur-gratis opp til 10^-19 meter.

For å Best av våre eksperimentell kunnskap tillater oss å kalle disse fundamentale partikler i naturen. Partikler og antiparticles, og bosoner av Standard-modellen er grunnleggende eksperimentelle og teoretiske synspunkter. Og jo høyere energi av partikler, mer tydelig struktur av virkeligheten.

The Large hadron Collider gir oss mulighet til å begrense omfanget av de fundamentale partikler på den måten, men colliders i fremtiden, eller er ekstremt følsom eksperimenter fra de kosmiske strålene som kunne bringe oss mange størrelsesordener videre: opp til 10^-21 eller til og med opp til 10^-26 for ekstrem energi kosmiske stråler.

Med alt dette, disse ideene innføre restriksjoner bare på hva vi vet og kan si. Det følger av dette at hvis vi sprette en partikkel (eller antiparticle eller fotoner) med en viss mengde energi med en annen partikkel i ro, de berørte partikkel vil oppføre seg i fundamentalt punkt måte i våre eksperimenter, detektorer og oppnåelig energier. Disse eksperimentene etablere et empirisk grense på hvor stor kan være tenkelige fundamentale partikler, og betegnes som eksperimenter på dypt lite fleksible spredning.

Betyr dette at disse partiklene virkelig grunnleggende? Ikke i det hele tatt. De kan være:

• og neste utbytte kan deles inn i mindre komponenter;
• resonans hverandre når de tyngre "søskenbarn" av lys som partikler representerer opphisset tilstand eller kompositt-versjon av lungene;
• er ikke partikler, men heller partikler ien dypere underliggende struktur.

Disse ideene er fylt med scenarier som Technicolor (og disse skriptene var begrenset etter oppdagelsen av Higgs-bosonet, men det er mulig), men mest fremtredende er representert i string-teori.

Det er Ikke uforanderlige lov som krever at det skal være laget av partikler. Virkeligheten basert partikkel er en teoretisk idé som er støttet av og er i samsvar med eksperimenter, våre eksperimenter er begrenset i energi og informasjon som kan fortelle oss om grunnleggende virkeligheten. I scenarier som strengteori alle de såkalte "fundamentale partikler" kan være noe mer enn en streng vibrasjoner eller rotere med en viss frekvens, og ha et åpent (ikke koblet med to ender) eller lukket karakter (når to endene er linket). Strengene kan være spaltet, danner to quantum der før det var, eller koble til, å skape en quantum fra to tidligere eksisterende.

På et grunnleggende nivå er det ikke noe krav om at deler av vårt Univers ble null-dimensjonale punkt partikler.

Det er mange scenarioer som uløste mysterier i Universet vårt, slik som mørk materie og mørk energi, ikke består av partikler, men heller fra en væske eller representert ved en eiendom på plass. Arten av rom-tid i seg selv er ukjent; det kan være fundamentalt quantum eller ikke-quantum i naturen, kan være diskret eller kontinuerlig.

Partikler, kjent for oss nå, som vi anser som grunnleggende, kan ha enten en begrenset, ikke-null størrelse i en eller flere dimensjoner, eller de kan være en sann punkt, potensielt ned til Planck-lengde eller mindre.

Det viktigste å forstå er at alt vi vet i vitenskapen, som av betingelser. Blant annet det grunnleggende innhold av partikler. Det er ikke noe ukrenkelig eller uforanderlig. Alle våre vitenskapelig kunnskap er bare den beste tilnærming til virkeligheten som vi har klart å bygge til dags dato. Teorier som best beskriver vårt Univers, kan forklare hele den observerte fenomener, for å skape nye, kraftige, testbare prediksjoner og har ingen alternativer.

Men dette betyr ikke at det er riktig i noen absolutt forstand. Vitenskapen søker alltid å samle inn mer data, for å utforske nytt territorium og scenarier og se gjennom deg hvis det er en konflikt. Partikler som er kjent for oss i dag synes grunnleggende, men det gjør ikke garantere at arten vil fortsette å indikere eksistensen av mer fundamentale partikler, hvis vi fortsetter å dykke inn i essensen av disse partiklene.

Hva tror du, er det mer fundamentale partikler? Fortell oss i vår