Particulele elementare sunt cele mai mici blocuri de construcție cunoscute ale universului. Se crede că nu au o structură internă, ceea ce înseamnă că cercetătorii consideră că sunt puncte de dimensiuni zero care nu ocupă niciun spațiu. Electronii sunt probabil cele mai cunoscute particule elementare, dar modelul standard al fizicii, care descrie interacțiunile particulelor și aproape toate forțele, recunoaște 10 particule elementare totale.
Electroni și particule înrudite
Electronii sunt componentele încărcate negativ ale atomilor. În timp ce se crede că sunt particule cu punct de dimensiune zero, electronii sunt înconjurați de un nor de alte particule virtuale care clipesc în permanență și există din existență, care acționează în esență ca parte a electronului în sine. Unele teorii au prezis că electronul are un pol ușor pozitiv și un pol ușor negativ, ceea ce înseamnă că acest nor de particule virtuale ar trebui, prin urmare, să fie puțin asimetric.
Dacă acesta ar fi cazul, electronii s-ar putea comporta diferit față de antimateria lor dublă, de pozitroni, care ar putea explica multe mistere despre materie și antimaterie. Dar fizicienii au măsurat în mod repetat forma unui electron și au descoperit că este perfect rotund la cele mai bune cunoștințe, lăsându-le fără răspunsuri pentru conundrul antimateriei.
Electronul are două veri mai grele, numite muon și tau. Mulți pot fi creați atunci când razele cosmice de mare energie din spațiul exterior lovesc vârful atmosferei Pământului, generând un duș de particule exotice. Tausurile sunt și mai rare și mai greu de produs, deoarece sunt de peste 3.400 de ori mai grele decât electronii. Neutrinii, electronii, muonii și tausul alcătuiesc o categorie de particule fundamentale numite leptoni.
Quarks și caracterul lor ciudat
Quark-urile, care alcătuiesc protoni și neutroni, sunt un alt tip de particule fundamentale. Împreună cu leptonele, quark-urile alcătuiesc lucrurile despre care considerăm materie.
Din când în când, oamenii de știință au crezut că atomii sunt cele mai mici obiecte posibile; cuvântul provine din grecescul „atomos”, care înseamnă „indivizibil”. În jurul sfârșitului secolului XX, s-a arătat că nucleele atomice sunt formate din protoni și neutroni. Apoi, de-a lungul anilor '50 -'60, acceleratoarele de particule au evidențiat o rază de particule subatomice exotice, precum pioni și kaoni.
În 1964, fizicienii Murray Gell-Mann și George Zweig au propus în mod independent un model care ar putea explica funcționarea interioară a protonilor, neutronilor și a restului grădinii zoologice, conform unui raport istoric al SLAC National Accelerator Laboratory din California. Reședința în interiorul protonilor și neutronilor sunt particule minuscule numite quark, care vin în șase tipuri sau arome posibile: sus, jos, ciudat, farmec, jos și sus.
Protonii sunt făcuți din doi quark în sus și un quark în jos, în timp ce neutronii sunt alcătuiți din două coborâșuri și un în sus. Quark-urile în sus și în jos sunt cele mai ușoare soiuri. Deoarece particulele mai masive tind să se descompună în cele mai puțin masive, quark-urile în sus și în jos sunt, de asemenea, cele mai frecvente în univers; prin urmare, protonii și neutronii alcătuiesc cea mai mare parte a materiei pe care o cunoaștem.
Până în 1977, fizicienii au izolat cinci dintre cele șase quark-uri în laborator - sus, jos, ciudat, farmec și fund - dar abia în 1995 cercetătorii de la Fermilab National Accelerator Laboratory din Illinois au găsit quark-ul final, quark-ul de sus. Căutarea ei fusese la fel de intensă ca vânarea ulterioară a bosonului Higgs. Quark-ul de sus a fost atât de greu de produs, deoarece este de aproximativ 100 de miliarde de ori mai greu decât quark-urile, ceea ce înseamnă că a necesitat mult mai multă energie pentru a produce acceleratoare de particule.
Particulele fundamentale ale naturii
Apoi există cele patru forțe fundamentale ale naturii: electromagnetismul, gravitația și forțele nucleare puternice și slabe. Fiecare dintre acestea are o particulă fundamentală asociată.
Fotonii sunt cei mai cunoscuți; ele poartă forța electromagnetică. Gluonii poartă forța nucleară puternică și locuiesc cu quarks în interiorul protonilor și neutronilor. Forța slabă, care mediază anumite reacții nucleare, este purtată de două particule fundamentale, bosonii W și Z. Neutrinii, care simt doar forța slabă și gravitația, interacționează cu acești bosoni, astfel încât fizicienii au fost capabili să furnizeze mai întâi dovezi despre existența lor folosind neutrini, potrivit CERN.
Gravitatea este un străin aici. Nu este încorporat în Modelul Standard, deși fizicienii suspectează că ar putea avea o particulă fundamentală asociată, care ar fi numită graviton. Dacă gravitonele ar exista, ar putea fi posibil să le creăm la Large Hadron Collider (LHC) din Geneva, Elveția, dar acestea ar dispărea rapid în dimensiuni suplimentare, lăsând în urmă o zonă goală unde ar fi fost, potrivit CERN. Până în prezent, LHC nu a văzut nicio dovadă de gravitoni sau dimensiuni suplimentare.
Bosonul evaziv Higgs
În cele din urmă, se află bosonul Higgs, regele particulelor elementare, care este responsabil pentru a le oferi masei celorlalte particule. Vânătoarea pentru Higgs a fost un efort major pentru oamenii de știință care se străduiau să-și completeze catalogul modelului standard. Când Higgs a fost reperat în sfârșit, în 2012, fizicienii s-au bucurat, dar rezultatele le-au lăsat și ele într-un loc dificil.
Higgs arată destul de exact cum s-a prevăzut că ar arăta, dar oamenii de știință sperau la mai multe. Se știe că modelul standard este incomplet; de exemplu, îi lipsește o descriere a gravitației, iar cercetătorii au crezut că găsirea Higgs-ului ar ajuta la alte teorii care ar putea înlocui modelul standard. Însă, până acum, au căpătat gol în acea căutare.
Adiţional resurse:
