Која је најмања честица у универзуму?

Која је најмања честица у универзуму?

Аутор: Гаиоунг Лее Уредио Лее Биллингс

Заборави на корњаче; У све практичне сврхе, то су заиста честице све доље.

Да ли су протони и неутрони који помажу у хемијским елементима, фотони које сматрамо лаганим или чак протоцима електрона који снагују нашим паметним телефонима, субатомске честице у суштини чине све што ће икада било које од нас икада доживети. Иронично је, међутим, зато што су тако минусуле, честице које су уњуљавају нашу свакодневну стварност имају тенденцију да избегну наше обавештење – и наше разумевање.

Размотрите наизглед једноставну ствар њихове величине, оно што их чини тако страљнијом. Обично нас је научило да замислимо било коју и све честице као сићушне, шарене сфере, као да су солидне ствари које бисмо могли да положимо равнало да бисмо утврдили њихове димензије као да бисмо радили за било који други физички објекат на свету. Али субатомске честице уопште не изгледају тако. И док, за највеће честице, постоје начини за мерење „величине“ у врло општем смислу, за оне који су мањи и наоко више „основнији“, концепт сама величине је тако клизав да постаје готово бесмислено.

О подржавању научног новинарства

Ако уживате у овом чланку, размислите о подршци нашем награђиваном новинарству Претплата. Куповином претплате помажете да се осигура будућност утицајних прича о открићима и идејама које данас у облику света у облику света.

Ипак, ако је Гоогле уметник било који водич, људи заиста желе да знају „Шта је најмања честица у универзуму?“ Нема везе да би боље питање могло бити „да ли постоји било какво питање?“

Прво ствари прво

„Има пуно значења за“ мале „, каже Јанет Цонрад, физичар честица на Институту за технологију Масачусетса. „Као, могао бих рећи да је памучна лопта“ мала „, јер је врло светло. Или бих могао рећи да је сићушна метална кугла“ мала „, јер је његов радијус врло мали, али то би тежило много више од памучне лопте.“

Цонрадово поента је да постоји категоричка разлика између честица која је „најмања“ маса и честица која је „најмањи“ пречника. Постоји још једна важна категоричка разлика за и да се чини и функционална разлика између две различите класе честица: фермионс или „материја“ честица попут протона или електрона који чине све у свемиру и бозонима или „носачи“ честицама као што су фотони који испоручују снаге између фермиона.

И најважније, постоји питање такозваних основних честица које су одвојене од наизглед небундаменталних. Било да је то фермион или бозон, физичари сматрају да је честица „фундаментално“ ако се не може даље разбити било каквом тренутно доступном технологијом. У том смислу, неке релативно познате честице, попут протона, нису основне честице; Ако сте погодили протон са одређеном количином силе, то ће проћи у кваркове, који су сматра се основним.

Дакле, у погледу физичке величине, вероватно бисте мислили да би основне честице биле „мање“ од небундаменталних. Али ту ствари постају заиста лукаве, каже Јуан Педро Оцхоа-Рицоук, физичар честица на Калифорнији, Ирвине. Према стандардном моделу физике честица, који укључује све познате честице и снаге, осим гравитације да би се могла чинити само-течним физичким предвиђањима, све основне честице немају никакву величину. То јест, питајући да ли је неко већи или мањи од другог је бесмислено питање, слично се питајући шта је северно од „горе“ или покушава да подели нулу.

Величина случајности?

„(Фундаменталне честице) су еуклидејске тачке“, објашњава Оцхоа-Рицоук. „Нису ни једнодимензионални. Мислимо на њих као (нулте димензионалне) тачке (које) немају одређени положај. И да, уместо да мисле на електроне као мале куглице, у стварности, требали бисмо их сматрати облаком (вероватноће).“

Чини се да су све темељне честице овако, не показују знакове дубље интерне структуре, додаје Цонрад. „Стално тестирамо да видимо да ли је са њима повезано са њима просторна мјеста“, „каже она“, али не видимо никакве доказе да има нешто у тим честицама. „

Физичари воле да заобиђу ову несигурност, каже Оцхоа-Рицоук, радећи неколико реверзних прорачуна користећи познату једнаџбу Алберта Еинстеина Е = мц²који квантификује еквиваленцију између енергије и масе. Конкретно, такве прорачуне обично укључују електронски волт (ЕВ), јединицу енергије за коју 1 ЕВ представља оптужбу за један електрон. Употреба Еинстеинове једначине за претворбу ове вредности на масу открива да електрон ефикасно тежи око 0,51 мега-електрона по брзини светлосног квадрата (0,51 мев / ц²) -То је, око 9.109 × 10^-31 Килограм. У поређењу, „најлакши“ кварк, уп Куарк, више је од четири пута теже, тежине на око 2,14 мев / ц².

Колико год да су ове вредности, и даље су много већа од „нула“, која је маса закључена за одређене друге честице. Ове такозване честице без масе су можда најбољи кандидати за „најмањи“ и „.

Једно питање, много одговора

Строго говорећи о босонима или честицама за ношење силе, јасан победник такмичења за „најмању честицу“ Универсе-а „био би фотон без масирања. (Такође се сматрају да су и глуони босони – такође се сматра да су масовне, али много су теже проучавати јер су обично заробљени унутар протона и неутрона.) Ако говоримо о фермионима, честицама које су грађевински блокови материје – разумно нагађање свемиру за најмању честиту Универсе била би неутрино. Ово је „нагађање“, јер заправо не знамо тачну масу неутрина, иако смо сигурни да то није нула. Да се ​​неутрино маса стави у перспективу, вероватно тежи око 0,45 ЕВ / Ц²-Слета је од милионске масе електрона!

Али опет, као што је Оцхоа-Рицоук и Цонрад сваки независно нагласио, ово је само један стручњак за приступ обично користе се када разматрају величину честица. Као и код многих врста научног упита, одговор који вам присно зависи од тога како тачно постављате питање.