Najmniejsze cząstki. O ile są one podstawowym?

Z czego składa się na najbardziej podstawowym, podstawowym poziomie? Czy istnieje najmniejszy z możliwych cegła lub zestaw klocków, z których można zbudować dosłownie wszystko w naszym Wszechświecie i których nie można podzielić na coś jeszcze mniejszą? Na to pytanie nauka jest wiele ciekawych odpowiedzi, zresztą, które nie można uznać za ostateczne i wiążące i ostateczne. Bo w fizyce zawsze jest miejsce dla niepewności, zwłaszcza, gdy chodzi o to, że znajdziemy w przyszłości.

Jeśli chcesz dowiedzieć się, z czego składa się Wszechświat, od czego byś zaczął? Tysiące lat temu, wyobraźnia i logika były najlepszymi narzędziami dostępnymi człowiekowi. Wiedzieliśmy o materii, ale nie miał pojęcia, z czego się ona składa. Zakładano, że istnieje kilka podstawowych składników, które można łączyć i łączyć — na różne sposoby, w różnych warunkach — aby stworzyć wszystko, co istnieje.

Możemy doświadczalnie wykazać, że materia, czy jest ono stałe, ciekłe lub газообразная, zajmuje przestrzeń. Możemy pokazać, że ma wiele. Możemy łączyć je w większe ilości lub podzielić na mniejsze. Ale rozbić materię i uzyskać dostęp do najdrobniejsze składniki, które pokazują, jak "fundamentalnej" ona może być, to już trochę więcej. Tego nie mogliśmy.

Niektórzy uważali, że materia może składać się z różnych elementów, takich jak ogień, ziemia, powietrze i woda. Inni uważali, że jest tylko jeden podstawowy składnik rzeczywistości — монада — z której wszystko powstaje i będzie. Inne, takie jak пифагорейцы, uważali, że powinna istnieć geometryczna matematyczna struktura, która ustanawia zasady rzeczywistości, a montaż tych struktur doprowadziła do powstania znanego nam Wszechświata.

Pomysł, że prawdziwie fundamentalna cząstka istnieje naprawdę zresztą, sięga do Демокриту Абдерскому, który mieszkał 2400 lat temu. Choć to był tylko pomysł, Демокрит uważał, że cała materia składa się z niepodzielnych cząstek, które nazwał atomami ("ἄτομος" w języku greckim oznacza "niepodzielne"). Atomy, jego zdaniem, łączą się na tle pustej przestrzeni. Choć jego pomysły zawierały wiele innych dziwnych szczegółów, pojęcie fundamentalnych cząstek nawyki i zostało.

Weź każdy fragment materii, który chcesz, i spróbuj go przeciąć. Następnie podziel go na mniejsze części. Za każdym razem, gdy ci się to udaje, rozwal i rozwal, aż sama idea cięcia nie straci sens: kolejne warstwy grubsze "noża". Makroskopowe obiekty stają się mikroskopijne; złożone związki stają się prostych cząsteczek; cząsteczki stają się atomów; atomy stają się elektronami i jądrowej rdzeni; jądra atomowe są protonami i neutronami, które sami dzielą się na kwarki i глюоны.

Na samym mniejszej z możliwych poziomów możemy sprowadzić wszystko, co wiemy, do fundamentalnych, niepodzielnym, w podobny cząstkom obiektów: кваркам, лептонам i бозонам modelu Standardowego.

Co do wielkości fizycznych, oni są określane zgodnie z zasadami fizyki kwantowej. Każdy kwant we Wszechświecie — struktura z niezerową energię — może być opisany jako zawierający pewną ilość energii. Ponieważ wszystko, co istnieje, można opisać w postaci cząstek, jak i w postaci fali, można ustawić ograniczenia i limity na fizyczne wymiary dla wszelkich takich kwantów.

Podczas gdy cząsteczki mogą doskonale opisywać rzeczywistość na poziomie wody nanometrów (10^-9 m), a atomy doskonale opisują rzeczywistość w skali przez angstrom (10^-10 m), jądra atomowe jeszcze mniej, i pojedyncze protony i neutrony odchodzą w skali do фемтометра (10^-15) metry. Cząstki modelu Standardowego i mniej. Na energiach, które będziemy mogli wypróbować, możemy śmiało powiedzieć, że wszystkie znane cząstki są punktowe i strukturalno-wolne do 10^-19 m.

Najlepsze z naszych eksperymentalnych wiedzy pozwalają nam nazwać te cząstki fundamentalnymi z natury. Cząstki i античастицы, a także bozony modelu Standardowego są podstawowymi z eksperymentalnej i teoretycznej punktów widzenia. I im wyżej energii cząstek, tym ostrzejszy przejawia się struktura rzeczywistości.

Wielki zderzacz hadronów pozwala nam ograniczyć zakres fundamentalnych cząstek w taki sposób, ale коллайдеры przyszłości lub bardzo delikatne eksperymenty z kosmicznymi słoneczne mogą wspomagać nas na wiele rzędów dalej: do 10^-21 lub nawet do 10^-26 do najbardziej ekstremalnych energii promieni kosmicznych.

Po tym wszystkim, te pomysły ograniczają się tylko na tym, co wiemy i możemy stwierdzić. Wynika z nich, że jeśli zderzamy cząstkę (lub античастицу, lub foton) z pewną ilością energii z inną cząstką w stanie spoczynku, to strefa oddziaływania cząstka będzie zachowywać się w zasadniczo punktowego sposób w granicach naszych eksperymentów, detektorów i osiągalnych energii. Te eksperymenty ustalane empiryczne granica tego, jak duże mogą być możliwe fundamentalne cząstki, i wspólnie nazywane są eksperymentami w głębokim неупругому rozpraszanie.

Czy to Znaczy, że te cząstki naprawdę podstawowym? Wcale nie. Mogą one być:

• i dalej делимы, czyli można je podzielić na mniejsze elementy;
• rezonans siebie, gdy cięższe "kuzyni" lekkich cząstek reprezentują stan wzbudzony lub składowe wersji płuc;
• wcale nie cząsteczkami, a raczej cząstkami na widok zgłębszej нижележащей strukturą.

Te pomysły mnożą się skryptami jak техниколора (i scenariusze te zostały ograniczone po odkryciu bozonu Higgsa, jednak nie jest wykluczone), ale najbardziej widoczne są przedstawione w teorii strun.

Nie ma непреложного ustawy, wymaga się, aby wszystko było wykonane z cząstek. Rzeczywistość na podstawie cząstek — to teoretyczna idea, która jest obsługiwana i zgodne z eksperymentami, ale nasze eksperymenty są ograniczone w energii i tym informacji, które mogą nam powiedzieć o fundamentalnej rzeczywistości. W scenariuszu trochę teorii strun wszystkie tak zwane "podstawowe cząstek" mogą być nie więcej niż tnącym, wibracjami lub obrotowym z określoną częstotliwością, która ma otwarte (z dwoma nie związanymi końcem) naturą lub zamkniętym (gdy dwa końce są połączone). Struny mogą łupane, tworząc dwa są tam, gdzie był jeden, albo łączyć się, tworząc jeden kwant z dwóch wcześniej istniejących.

Na podstawowym poziomie nie ma wymagania, aby składniki naszego Wszechświata były zero-мерными punktowymi cząstkami.

Istnieje wiele scenariuszy, w których nierozwiązane tajemnice Wszechświata, takie jak ciemna materia i ciemna energia, w ogóle nie składają się z cząstek, a raczej z cieczy lub przedstawione właściwości przestrzeni. Natura czasu i przestrzeni sama w sobie jest nieznany; może ono być zasadniczo kwantowym lub неквантовым w naturze, może być dyskretne lub ciągłe.

Cząstki, znane nam teraz, które uważamy za podstawowe, mogą mieć albo końcowy niezerowych rozmiar w jednym lub więcej pomiarów lub mogą być prawdziwie punktowe, potencjalnie aż do długości Plancka lub nawet mniej.

Najważniejsze, co musisz zrozumieć, to to, że wszystko, co wiemy w nauce, to konwencje. W tym фундаментальность cząstek. Nie ma nic, co byłoby trwałe lub zawsze. Wszystkie nasze wiedzę naukową — to tylko najlepsze podejście do rzeczywistości, które udało nam się zbudować do tej pory. Teorie, które najlepiej opisują nasz Wszechświat, może wyjaśnić wszystkie obserwowane zjawiska, tworzyć nowe, potężne, sprawdzalne przewidywania i nie mają alternatywy.

Ale to nie znaczy, że są poprawne w każdym sensie absolutnym. Nauka zawsze stara się zebrać więcej danych, uczyć się nowego terytorium i scenariusze i przeglądy siebie, jeśli wystąpi konflikt. Cząstki, znane nam, wyglądają fundamentalnymi dzisiaj, ale to nie gwarantuje, że natura będzie nadal wskazywać na istnienie bardziej fundamentalnych cząstek, jeśli będzie zanurzenie się w istotę tych cząstek.

Jak myślicie, czy są bardziej fundamentalne cząstki? Powiedz w naszej