Самая маленькая частица во вселенной
Какая частица самая мельчайшая
Как выглядит самая маленькая частица во Вселенной?
Многие из вас могут наивно полагать, что самой маленькой частицей во Вселенной является атом. Что же, атом действительно считался мельчайшей и неделимой частицей вплоть до открытия в 1897 году Джозефом Томпсоном электрона; протона, который был открыт в 1920 году Эрнестом Резерфордом, а в 1932 году и нейтрона, который впервые был обнаружен английским физиком Джеймсом Чедвиком. Спустя почти 100 лет, мы знаем, что все во Вселенной состоит из кварков — загадочных частиц, которые принимают активное участие в гравитационных и электромагнитных взаимодействиях. Так что же такое кварк и как он выглядит?
Кварки — самая маленькая частица во Вселенной
Что такое кварк?
Кварк — наименьшая частица мироздания. Именно из кварков состоят все электроны, нейтроны и протоны атомов, каждый из которых был образован 13,7 миллиардов лет назад сразу после Большого Взрыва. Спустя несколько минут после рождения Вселенной, наше мироздание смогло остынуть настолько, что смогли образоваться первые элементарные частицы — кварки и электроны. Кварки соединились друг с другом, образовав ядро атомов. Спустя примерно 400 000 лет Вселенная смогла остынуть настолько, что произошло замедление в движении электронов, позволив атомным ядрам их захватить. Именно таким образом все видимое и невидимое нам пространство смогло обзавестись первыми атомами гелия и водорода, которые, между прочим, все еще остаются самыми распространенными веществами во Вселенной.
Как выглядят атомные частицы?
Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.
Ядро атома состоит из протонов, нейтронов и электронов, которые, в свою очередь, состоят из кварков
Наиболее крупными атомными частицами считаются протоны и нейтроны, которые несколько тяжелее электронов и располагаются прямо в самом центре атома. Электроны же образуют легковесное облако, которое вращается вокруг атомного ядра. Известно, что вес 1800 электронов соответствует одному тяжеловесу-протону. Помимо этого, добавление хотя бы одного протона к атому приводит к образованию нового вещества с отличными от оригинала свойствами, причем добавление лишнего нейтрона создает всего лишь изотоп вещества или же просто более тяжелую его версию.
Как уже говорилось выше, абсолютно все элементарные частицы состоят из кварков. которые представляют из себя основу мироздания. Интересный факт: Название “кварк” было взято в одном из романов известного в XX веке писателя-модерниста Джеймса Джойса, который необычным словом решил обозначить звук, воспроизводимый утками.
Джеймс Джойс — писатель, благодаря которому появился термин «кварки»
Сами же кварки подразделяются на 6 так называемых “ароматов”, каждый из которых обладает своими собственными характеристиками или “цветом”. Кроме того, каждый из 6 типов кварков обладает и собственным весьма оригинальным именем. Так, помимо нижнего и верхнего видов кварков, существуют также странный, очарованный, прелестный и истинный кварки.
Конечно же, “странность” или “прелестность” кварков сильно отличаются от привычных нам понятий. Точно так же, как и понятие цвета кварков на самом деле имеет в виду далеко не их оттенок, но способ взаимодействия кварков и других микрочастиц — глюонов. Что ж, фантазия ученых иногда умеет удивлять.
Если вам нравится данная статья, предлагаю вам посетить наш канал на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира науки и техники.
В любом случае, кварки представляют из себя по-настоящему уникальные частицы, от которых во всех смыслах зависит существование нашей Вселенной в том виде, в котором мы ее знаем. Быть может, тайна возникновения Большого взрыва и наше постижение основных законов Вселенной действительно зависят от одной крошечной песчинки, которая в тысячи и тысячи раз меньше атома.
Самая маленькая частица – как ее зовут?
В научно-популярных статьях так часто упоминаются прорывные открытия, связанные с мельчайшими «кирпичиками», из которых построена Вселенная, что невозможно понять, до какого уровня минимализма дошла физика как прикладная с ускорителями вплоть до пресловутого Большого адронного коллайдера, якобы способного заглянуть за изнанку мироздания, так и теоретическая, предугадывающая «то, чего не может быть». Мюоны, бозоны, кварки, нейтрино – какая самая маленькая частица из этого списка на самом деле, предстоит разобраться. Ведь интересно, что она из себя представляет, и чем грозит в хорошем или фатальном плане ее возможное использование будущему человечества.
Что открыто учеными?
То, что, по крылатому выражению В.С. Высоцкого, «доценты с кандидатами» во главе с гениями, такими как Альберт Эйнштейн, и многие другие «секретные» физики по всему миру могут открыть все, что угодно – от нейлона для дамских чулок к 8 Марта до термоядерной бомбы к Рождеству Христову, неоднократно и неожиданно осчастливленному человечеству понятно уже очень давно.
Попробуем разобраться, что именно уже было открыто, изобретено, предсказано ими на стыке фундаментальной / прикладной физики с другими направлениями науки за последние десятилетия в области элементарных частиц.
Нужно перечислить их поименно, попробовать понять объяснения специалистов о том, какая из них реально или гипотетически претендует на звание самой маленькой:
Позитрон. Парная частица, имеющая положительный заряд. В остальном имеет те же физические характеристики, как и у электрона. Парадоксально, но она относится к антивеществу. Ученые считают, первоначально после Большого взрыва, создавшего Вселенную, их количество было одинаково, но потом паритет был нарушен, и позитроны аннигилировались. Интересно, что при отсутствии рядом электронов они стабильны. Их рождение происходит в недрах звезд, в том числе в процессе термоядерной реакции, постоянно идущей внутри Солнца, а также при взаимодействии космического вещества с гамма-квантовым и другими излучениями, всегда пронизывающими пространство.
Квант и фотон. Это составляющие света, в общем понимании этого слова, включающего в себя не только видимую человеком часть спектра, ведущего себя одновременно то как поток невообразимо малых частиц, то как волна. Поэтому главная характеристика для них — энергия, а не физические размеры, масса.
Нейтрино. Это самая «пронырливая» из элементарных частиц, пронизывающая без особых проблем все пространство Вселенной, вполне может претендовать на звание самой маленькой. Ученые считают, что у открытого только в 1956 году нейтрино масса в 250 тыс. раз меньше электрона, хотя, конечно, «весов», способных точно определить ее, не предвидится даже в далеком будущем.
Все измерения размеров, массы таких частиц определяются в результате сложных расчетов, основанных на наблюдениях, косвенных данных. Изучение требует огромных вложений средств, усилий ученых многих стран. Большой адронный коллайдер тому показательный пример.
Гипотетические частицы
Кроме привычных, существуют и более интригующие названия:
- Бозон Хиггса – это субатомная частица. Ее открытие, понимание свойств могло бы объяснить, по мнению большинства ученых, механизм появления Вселенной, в том числе то, почему материя / космическое вещество обладает массой. Поэтому часто ее называют «частицей бога». Говорить о ее размерах, весе пока преждевременно, потому что научное сообщество до сих пор до конца не уверено, что нашло ее.
Гравитоны, отвечающие в том числе за силу притяжения. Их ищут до сих пор.
Сегодня планковская черная дыра как самая маленькая частица во Вселенной существует только в теоретических построениях. Тем не менее, считают, что это устойчивые физические частицы, из которых состоят загадочные черные дыры, образуются в результате ядерных реакций. Обнаружить их экспериментально мешают два фактора: очень короткий промежуток существования и огромное количество энергии, необходимой для их синтеза. Пока научно-технический потенциал человечества этого не позволяет сделать, но так как вызов ему брошен, то, скорее, рано, чем поздно, эта черная дыра будет найдена экспериментальным путем, а не только в теории.
Просто о сложном: загадка самой мелкой частицы во Вселенной, или как поймать нейтрино
altavir
Нейтрино, невероятно крошечная частица Вселенной, удерживает пристальное внимание ученых уже без малого столетие. За исследования нейтрино вручили больше Нобелевских премий, чем за работы о каких-либо других частицах, а для его изучения строят огромные установки с бюджетом небольших государств. Александр Нозик, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, преподаватель МФТИ и участник эксперимента по поиску массы нейтрино «Троицк ню-масс», рассказывает, как его изучать, но главное — как вообще его поймать.
Загадка похищенной энергии
Александр Нозик
Со временем приборы становились все точнее, и вскоре возможность списать подобную аномалию на погрешность аппаратуры пропала. Так появилась загадка. В поисках ее разгадки ученые высказывали разнообразные, даже совершенно абсурдные по нынешним меркам предположения. Сам Нильс Бор, например, делал серьезное заявление, что законы сохранения не действуют в мире элементарных частиц. Спас положение Вольфганг Паули в 1930 году. Он не смог приехать на конференцию физиков в Тюбингене и, не имея возможности участвовать дистанционно, прислал письмо, которое попросил зачитать. Вот выдержки из него:
Вольфганг Паули
«Дорогие радиоактивные дамы и господа. Я прошу вас выслушать со вниманием в наиболее удобный момент посланца, доставившего это письмо. Он расскажет вам, что я нашел отличное средство для закона сохранения и правильной статистики. Оно заключается в возможности существования электрически нейтральных частиц… Непрерывность Β-спектра станет понятной, если предположить, что при Β-распаде вместе с каждым электроном испускается такой «нейтрон», причем сумма энергий «нейтрона» и электрона постоянна…»
В финале письма были следующие строки:
«Не рисковать — не победить. Тяжесть положения при рассмотрении непрерывного Β-спектра становится особенно яркой после слов проф. Дебая, сказанных мне с сожалением: «Ох, лучше не думать обо всем этом… как о новых налогах». Следовательно, необходимо серьезно обсудить каждый путь к спасению. Итак, уважаемый радиоактивный народ, подвергните это испытанию и судите».
Позже сам Паули высказывал опасения, что, хотя его идея и спасает физику микромира, новая частица так никогда и не будет открыта экспериментально. Говорят, он даже спорил со своими коллегами, что, если частица есть, обнаружить ее при их жизни не удастся. В последующие несколько лет Энрико Ферми создал теорию бета-распада с участием частицы, названной им нейтрино, которая блестящим образом согласовалась с экспериментом. После этого ни у кого не осталось сомнений в том, что гипотетическая частица существует на самом деле. В 1956 году, за два года до смерти Паули, нейтрино было экспериментально обнаружено в обратном бета-распаде группой Фредерика Райнеса и Клайда Коуэна (Райнес получил за это Нобелевскую премию).
Дело о пропавших солнечных нейтрино
Как только стало понятно, что нейтрино хоть и сложно, но все же можно зарегистрировать, ученые начали пытаться уловить нейтрино внеземного происхождения. Самый очевидный их источник — Солнце. В нем постоянно происходят ядерные реакции, и можно подсчитать, что через каждый квадратный сантиметр земной поверхности проходит около 90 миллиардов солнечных нейтрино в секунду.
На тот момент самым эффективным методом ловли солнечных нейтрино был радиохимический метод. Суть его такова: солнечное нейтрино прилетает на Землю, взаимодействует с ядром; получается, скажем, ядро 37Ar и электрон (именно такая реакция была использована в эксперименте Рэймонда Дэйвиса, за который ему впоследствии дали Нобелевскую премию). После этого, подсчитав количество атомов аргона, можно сказать, сколько нейтрино за время экспозиции взаимодействовало в объеме детектора. На практике, разумеется, все не так просто. Надо понимать, что требуется считать единичные атомы аргона в мишени весом в сотни тонн. Соотношение масс примерно такое же, как между массой муравья и массой Земли. Тут-то и обнаружилось, что похищено ⅔ солнечных нейтрино (измеренный поток оказался в три раза меньше предсказанного).
Разумеется, в первую очередь подозрение пало на само Солнце. Ведь судить о его внутренней жизни мы можем только по косвенным признакам. Неизвестно, как на нем рождаются нейтрино, и возможно даже, что все модели Солнца неправильные. Обсуждалось достаточно много различных гипотез, но в итоге ученые стали склоняться к мысли, что все-таки дело не в Солнце, а в хитрой природе самих нейтрино.
Небольшое историческое отступление: в период между экспериментальным открытием нейтрино и опытами по изучению солнечных нейтрино произошло еще несколько интересных открытий. Во-первых, были открыты антинейтрино и доказано, что нейтрино и антинейтрино по-разному участвуют во взаимодействиях. Причем все нейтрино во всех взаимодействиях всегда левые (проекция спина на направление движения отрицательна), а все антинейтрино — правые. Мало того что это свойство наблюдается среди всех элементарных частиц только у нейтрино, оно еще и косвенно указывает на то, что наша Вселенная в принципе не симметрична. Во-вторых, было обнаружено, что каждому заряженному лептону (электрону, мюону и тау-лептону ) соответствует свой тип, или аромат, нейтрино. Причем нейтрино каждого типа взаимодействуют только со своим лептоном.
Вернемся к нашей солнечной проблеме. Еще в 50-х годах XX века было высказано предположение, что лептонный аромат (тип нейтрино) не обязан сохраняться. То есть если в одной реакции родилось электронное нейтрино, то по пути к другой реакции нейтрино может переодеться и добежать как мюонное. Этим можно было бы объяснить нехватку солнечных нейтрино в радиохимических экспериментах, чувствительных только к электронным нейтрино. Эта гипотеза была блестящим образом подтверждена при измерениях потока солнечных нейтрино в сцинтилляционных экспериментах с большой водной мишенью SNO и Kamiokande (за что недавно вручили еще одну Нобелевскую премию). В этих экспериментах изучается уже не обратный бета-распад, а реакция рассеяния нейтрино, которая может происходить не только с электронными, но и с мюонными нейтрино. Когда вместо потока электронных нейтрино стали измерять полный поток всех типов нейтрино, результаты прекрасно подтвердили переход нейтрино из одного типа в другой, или нейтринные осцилляции.
Покушение на Стандартную модель
Открытие осцилляций нейтрино, решив одну проблему, создало несколько новых. Суть в том, что еще со времен Паули нейтрино считались безмассовыми частицами подобно фотонам, и это всех устраивало. Попытки измерить массу нейтрино продолжались, но без особого энтузиазма. Осцилляции все изменили, поскольку для их существования масса, пусть и маленькая, обязательна. Обнаружение массы у нейтрино, разумеется, привело экспериментаторов в восторг, но озадачило теоретиков. Во-первых, массивные нейтрино не вписываются в Стандартную модель физики элементарных частиц, которую ученые строили еще с начала XX века. Во-вторых, та самая загадочная левосторонность нейтрино и правосторонность антинейтрино хорошо объясняется только опять-таки для безмассовых частиц. При наличии массы левые нейтрино должны с некоторой вероятностью переходить в правые, то есть в античастицы, нарушая, казалось бы, незыблемый закон сохранения лептонного числа, или вовсе превращаться в какие-то нейтрино, не участвующие во взаимодействии. Сегодня такие гипотетические частицы принято называть стерильными нейтрино.
Нейтринный детектор «Супер-Камиоканде» © Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo
Разумеется, экспериментальные поиски массы нейтрино тут же резко возобновились. Но сразу возник вопрос: как же измерить массу того, что никак не удается поймать? Ответ один: не ловить нейтрино вообще. На сегодняшний день наиболее активно разрабатываются два направления — прямой поиск массы нейтрино в бета-распаде и наблюдение безнейтринного двойного бета-распада. В первом случае идея очень проста. Ядро распадается с излучением электрона и нейтрино. Нейтрино поймать не удается, но поймать и измерить с очень большой точностью возможно электрон. Спектр электронов несет информацию и о массе нейтрино. Такой эксперимент — один из самых сложных в физике частиц, но при этом его безусловный плюс в том, что он основан на базовых принципах сохранения энергии и импульса и его результат мало от чего зависит. Сейчас самое лучшее ограничение на массу нейтрино составляет около 2 эВ. Это в 250 тысяч раз меньше, чем у электрона. То есть саму массу не нашли, а только ограничили верхней рамкой.
С двойным бета-распадом все сложнее. Если предположить, что нейтрино при перевороте спина превращается в антинейтрино (такую модель называют по имени итальянского физика Этторе Майорана), то возможен процесс, когда в ядре происходят одновременно два бета-распада, но нейтрино при этом не вылетают, а сокращаются. Вероятность такого процесса связана с массой нейтрино. Верхние границы в подобных экспериментах лучше — 0,2‒0,4 эВ, — но зависят от физической модели.
Бозон Хиггса здесь не поможет
Проблема массивного нейтрино не решена до сих пор. Теория Хиггса не может объяснить настолько маленькие массы. Требуется ее существенное усложнение или привлечение каких-то более хитрых законов, по которым нейтрино взаимодействуют c остальным миром. Физикам, занимающимся исследованием нейтрино, часто задают вопрос: «А как исследование нейтрино может помочь среднестатистическому обывателю? Какую финансовую или другую выгоду можно извлечь из этой частицы?» Физики разводят руками. И они действительно этого не знают. Когда-то исследование полупроводниковых диодов относилось к чисто фундаментальной физике, без какого-либо практического применения. Разница в том, что технологии, которые разрабатываются для создания современных экспериментов по физике нейтрино, широко используются в промышленности уже сейчас, так что каждая вложенная в эту сферу копейка довольно быстро окупается. Сейчас в мире ставятся несколько экспериментов, масштаб которых сравним с масштабом Большого адронного коллайдера; эти эксперименты направлены исключительно на исследование свойств нейтрино. В каком из них удастся открыть новую страницу в физике, неизвестно, но открыта она будет совершенно точно.
Миниатюрные вещи и объекты. Самая маленькая частица во вселенной
Этот мир устроен странно: одни любят создавать что-то монументальное и гигантское, чтобы прославиться на весь мир и войти в историю, другие создают минималистичные копии обычных вещей, и они влияют на мир не меньше. Этот обзор содержит самые маленькие объекты, которые существуют в мире и в то же время не менее функциональны, чем их полноразмерные аналоги.
2. Автомобиль Peel 50
Весящий всего 69 кг, Peel 50 — самый маленький автомобиль, когда-либо одобренный для использования на дороге. Этот трехколесный «пепелац» мог развивать скорость до 16 км / ч.
3. Школа Калоу
ЮНЕСКО признала иранскую школу Калоу самой маленькой в мире. В ней всего 3 ученика и бывший солдат Абдул-Мухаммед Шерани, который сейчас работает учителем.
4. Чайник весом 1,4 грамма
Он был создан мастером керамики у Жуйшенем. Хотя этот чайник весит всего 1,4 грамма и помещается на кончике пальца, вы можете заварить в нем чай.
5. Тюрьма Сарк
Тюрьма Сарк была построена на Нормандских островах в 1856 году. Там было место только для 2 заключенных, которые, к тому же, находились в очень стесненных условиях.
6. Tumbleweed
Этот дом называется «перекати-поле». Его построил Джей Шефер из Сан-Франциско. Хотя дом меньше кабинетов некоторых людей (его площадь составляет всего 9 квадратных метров), в нем есть рабочее место, спальня и ванна с душем и туалетом.
7. Миллс Энд Парк
Парк Миллс-энд в Портленде-самый маленький парк в мире. Его диаметр только 60 сантиметров. В то же время в парке есть бассейн для бабочек, миниатюрное колесо обозрения и крошечные статуэтки.
8. Эдвард Ниньо Эрнандес
Рост Эдварда Нино Эрнандеса из Колумбии составляет всего 68 сантиметров. Книга рекордов Гиннесса признала его самым маленьким человеком в мире.
9. Полицейский участок в телефонной будке
По существу, он не более чем телефонная будка. Но это был действительно действующий полицейский участок в Каррабелле, штат Флорида.
10. Скульптуры Уилларда Уигана
Британский скульптор Уиллард Уиган, страдавший дислексией и плохой успеваемостью в школе, находил утешение в создании миниатюрных произведений искусства. Его скульптуры едва видны невооруженным глазом.
11. Бактерия Mycoplasma Genitalium
12. Свиной цирковирус
Хотя до сих пор ведутся споры о том, что можно считать “живым”, а что нет, большинство биологов не классифицируют вирус как живой организм из-за того, что он не может воспроизводиться или не имеет метаболизма. Вирус, однако, может быть намного меньше любого живого организма, включая бактерии. Самый маленький-это одноцепочечный ДНК-вирус, называемый свиным цирковирусом. Его размер составляет всего 17 нанометров.
13. Амеба
Самый маленький объект, видимый невооруженным глазом, имеет размер около 1 миллиметра. Это означает, что при определенных условиях человек может видеть амебу, инфузорию, туфельку и даже человеческую яйцеклетку.
14. Кварки, лептоны и антивещество…
За прошедшее столетие ученые добились больших успехов в понимании необъятности космоса и микроскопических “строительных блоков”, из которых он состоит. Когда дело дошло до выяснения того, что является самой маленькой наблюдаемой частицей во Вселенной, люди столкнулись с определенными трудностями. В какой-то момент они решили, что это атом. Затем ученые открыли протон, нейтрон и электрон.
Но на этом дело не кончилось. Сегодня все знают, что когда эти частицы сталкиваются друг с другом в таких местах, как Большой Адронный Коллайдер, они могут быть разбиты на еще более мелкие частицы, такие как кварки, лептоны и даже антиматерия. Проблема в том, что невозможно определить, что является наименьшим, так как размер на квантовом уровне становится незначительным, а также все обычные правила физики не применяются (некоторые частицы не имеют массы, а другие даже имеют отрицательную массу).
15. Вибрирующие струны субатомных частиц
Учитывая сказанное выше относительно того, что понятие размера не имеет значения на квантовом уровне, мы можем вспомнить теорию струн. Это немного спорная теория, предполагающая, что все субатомные частицы состоят из вибрирующих струн, которые взаимодействуют, создавая такие вещи, как масса и энергия. Таким образом, поскольку эти струны технически не имеют физических размеров, можно утверждать, что они в некотором смысле являются “самыми маленькими” объектами во Вселенной.
Что такое самая маленькая известная частица? Сегодня они считаются мельчайшими частицами во Вселенной. Самой маленькой частицей во Вселенной является Планковская черная дыра, которая пока существует только в теории. Планковская черная дыра-самая маленькая из всех черных дыр (из — за дискретности масс-спектра) — является своего рода пограничным объектом. Но во Вселенной была также открыта ее мельчайшая частица, которая сейчас тщательно исследуется.
Самая высокая точка России расположена на территории Кавказа. Затем мельчайшие частицы превратились в мезоны, затем в бозоны. Эта частица относится к категории черных дыр, поскольку ее гравитационный радиус больше или равен длине волны. Из всех существующих черных дыр Планк-самая маленькая.
А образуются они, как принято считать, в результате ядерных реакций. Несмотря на такое гипотетическое существование этой мельчайшей частицы во Вселенной, ее практическое открытие в будущем вполне возможно. Именно для его открытия было создано устройство, о котором не слышал только самый ленивый житель Земли — Большой Адронный Коллайдер. Бозон Хиггса в настоящее время является самой маленькой частицей из тех, существование которых было доказано практически.
И если бы частицы не имели массы, Вселенная не могла бы существовать. В нем не могло образоваться ни единой субстанции. Несмотря на практически доказанное существование этой частицы, бозона Хиггса, практического применения для нее пока не придумано. Наш мир огромен, и каждый день в нем происходит что-то интересное, что-то необычное и завораживающее. Оставайтесь с нами и узнавайте каждый день о самых интересных фактах со всего мира, о необычных людях или вещах, о творениях природы или человека.
Элементарная частица-это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц [прим. 1]. Элементарные частицы являются фундаментальными объектами квантовой теории поля. Их можно классифицировать по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны-целый спин. Стандартная модель физики элементарных частиц-это теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц.
Они классифицируются по степени их участия в сильном взаимодействии. Адроны определяются как высоко взаимодействующие составные частицы. См. также Партон (частица). К ним относятся пион, Каон, J / ψ-Мезон и многие другие типы мезонов. Ядерные реакции и радиоактивный распад могут превратить один нуклид в другой.
Атом состоит из небольшого, тяжелого, положительно заряженного ядра, окруженного относительно большим легким облаком электронов. Существуют также короткоживущие экзотические атомы, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) играет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний).
К сожалению, зарегистрировать их как-то не удалось, и они существуют только в теории. И хотя сегодня были предложены эксперименты по обнаружению черных дыр, возможность их реализации сталкивается со значительной проблемой. Наоборот, мелочи могут остаться незамеченными, хотя это не делает их менее важными. Харагуанский сферо (Sphaerodactylus ariasae) — самая маленькая рептилия в мире. Его длина составляет всего 16-18 мм, а вес 0,2 грамма.
Самые маленькие вещи в мире
Самым маленьким одноцепочечным ДНК-вирусом является цирковирус свиньи (Porcine circovirus). За прошедшее столетие наука сделала огромный шаг к пониманию необъятности Вселенной и ее микроскопических строительных материалов.
Одно время атом считался мельчайшей частицей. Затем ученые открыли протон, нейтрон и электрон. Теперь мы знаем, что, сталкивая частицы вместе (например, в Большом адронном коллайдере), они могут быть разбиты на еще большее количество частиц, таких как кварки, лептоны и даже антиматерия. Проблема только в том, чтобы определить, что меньше. Поэтому некоторые частицы не имеют массы, а некоторые имеют отрицательную массу. Решение этого вопроса такое же, как деление на ноль, то есть невозможное.
Самый маленький вирус
Дело в том, что для синтеза таких частиц необходимо достичь 1026 электрон-вольт в ускорителе энергии, что технически невозможно. Масса таких частиц составляет порядка 0,00001 грамма, а радиус-1/1034 метра. Длина волны такой черной дыры сравнима с размером ее гравитационного радиуса.
Где находится Земля во Вселенной? Что было во Вселенной до Большого взрыва? Что происходило до образования Вселенной? Сколько лет Вселенной? Как выяснилось, это были не единственные боеприпасы в коллекции 13-летнего мальчика. «Структура таких частиц критически минимальна — у них почти нет массы, и нет абсолютно никакого атомного заряда, так как ядро слишком мало. Есть числа, которые настолько невероятно, невероятно велики, что даже для того, чтобы записать их, потребуется вся Вселенная.
Мельчайшие предметы, видимые невооруженным глазом
Google, родившийся в 1920 году, как способ заинтересовать детей в большом количестве. Это число, согласно Милтону, в котором первое место занимает 1, а затем столько нулей, сколько вы могли бы написать, прежде чем устанете. Если мы говорим о самом большом значимом числе, то есть разумный аргумент, что это действительно означает, что вам нужно найти самое большое число с реальным значением в мире.
Таким образом, масса Солнца в тоннах будет меньше, чем в фунтах. Самое большое число с любым приложением реального мира — или, в данном случае, использованием реального мира-вероятно, является одной из последних оценок числа вселенных в мультивселенной. Это число настолько велико, что человеческий мозг буквально не сможет воспринимать все эти различные вселенные, потому что мозг способен только на приблизительные конфигурации.
Вот коллекция самых маленьких вещей в мире, начиная от крошечных игрушек, миниатюрных животных и людей до гипотетической субатомной частицы. Атомы — это мельчайшие частицы, на которые вещество может быть разделено химическими реакциями. Самый маленький чайник в мире был создан знаменитым мастером керамики у Жуйшенем и весит всего 1,4 грамма. В 2004 году Румайса Рахман стала самым маленьким новорожденным ребенком.
Самые мельчайшие частицы Вселенной
Они бывают разных вкусов и размеров, некоторые имеют удивительную связь, другие по существу испаряют друг друга, многие из них имеют фантастические названия: кварки, состоящие из барионов и мезонов, нейтронов и протонов, нуклонов, гиперонов, мезонов, барионов, нуклонов, фотонов и т. д.
Бозон Хиггса, частица настолько важная для науки, что ее называют «частицей Бога».- Считается, что она определяет массу всех остальных. Впервые элемент был теоретизирован в 1964 году, когда ученые задались вопросом, почему некоторые частицы более массивны, чем другие.
Бозон Хиггса связан с так называемым полем Хиггса, которое, как полагают, заполняет Вселенную. Два элемента (квант поля Хиггса и бозон Хиггса) ответственны за придание массы другим. Назван в честь шотландского ученого Питера Хиггса. С помощью 14 марта 2013 года было официально объявлено о существовании бозона Хиггса.
Многие ученые утверждают, что механизм Хиггса решена недостающие части головоломки, чтобы заполнить существующую “стандартную модель” физики, которая описывает известные частицы.
Бозон Хиггса фундаментально определяет массу всего, что существует во Вселенной.
Кварки (в переводе бред) — строительные блоки протонов и нейтронов. Они никогда не бывают одиноки, существуют только группами. По-видимому, сила, связывающая кварки вместе, увеличивается с расстоянием, поэтому чем дальше вы идете, тем труднее будет их разделить. Поэтому свободные кварки никогда не существуют в природе.
Например, протоны и нейтроны состоят из трех кварков, причем протоны содержат два одинаковых кварка, а нейтроны-два разных.
Суперсимметричность
Известно, что фундаментальными «кирпичиками» материи являются фермионы, то есть кварки и лептоны, а бозоны-хранители силы фотонов, глюонов. Теория суперсимметрии предполагает, что фермионы и бозоны могут превращаться друг в друга.
Предсказанная теория утверждает, что для каждой частицы, которую мы знаем, она связана, мы ее еще не открыли. Например, для электрона это селектрон, кварк — квадрат, фотон — фотино, Хиггс — хиггсино.
Почему мы не наблюдаем эту суперсимметрию во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее своих обычных родственных частиц и чем тяжелее, тем короче срок их службы. Фактически, они начинают разрушаться, как только возникают. Создание суперсимметрии требует очень большого количества энергии, которая существовала только вскоре после Большого Взрыва и, возможно, может быть создана в больших ускорителях в виде большого адронного коллайдера.
Что касается того, почему возникла симметрия, физики предполагают, что симметрия могла быть нарушена в каком-то скрытом секторе вселенной, который мы не можем видеть или осязать, но можем только чувствовать гравитационно.
Нейтрино
Нейтрино — это легкие субатомные частицы, которые свистят повсюду с близкой скоростью света. На самом деле, триллионы нейтрино проходят через ваше тело в любой момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей.
Одни приходят от солнца, другие-от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли и астрономическими источниками, такими как взрывающиеся звезды на Млечном Пути и другие далекие галактики.
Антивещество
Считается, что все нормальные частицы имеют антиматерию с одинаковой массой, но противоположным зарядом. Когда материя встречается, они уничтожают друг друга. Например, частица антиматерии Протона является антипротоном, а партнер антиматерии электрона называется позитроном. Антиматерия относится к тому, что люди могли бы идентифицировать.
Гравитоны
В области квантовой механики все фундаментальные силы передаются частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами, которые несут электромагнитную силу. Точно так же Гравитон-это теоретическая частица, которая несет в себе силу тяготения. Ученым еще предстоит открыть гравитоны, которые трудно обнаружить, потому что они так слабо взаимодействуют с материей.
Нити энергии
В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, действуют как одиночные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Так как невозможно приблизиться к точке бесконечно близко, то действующие силы могут стать бесконечно большими.
Идея, называемая теорией суперструн, может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы, вместо того чтобы быть точечными частицами, на самом деле являются маленькими нитями энергии. То есть все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и оболочек энергии.
Ничто не может быть бесконечно близко к нити, потому что одна часть всегда будет немного ближе, чем другая. Эта лазейка, по-видимому, решает некоторые проблемы бесконечности, делая идею привлекательной для физиков. Однако у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.
Другой способ решения точечной задачи состоит в том, чтобы сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из дискретных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной структурой. В этом случае две частицы не смогут бесконечно приближаться друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером зерна пространства.
Точка черной дыры
Еще одним претендентом на звание самой маленькой частицы во Вселенной является сингулярность (единственная точка) в центре черной дыры. Черные дыры образуются, когда вещество конденсируется в достаточно малом пространстве, которое захватывается гравитацией, заставляя вещество втягиваться внутрь, в конечном итоге конденсируясь в одну точку бесконечной плотности. По крайней мере, по нынешним законам физики.
Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными. Они считают, что эта бесконечность является результатом внутреннего конфликта между двумя существующими теориями-общей теорией относительности и квантовой механикой. Они предполагают, что когда теория квантовой гравитации будет сформулирована, истинная природа черных дыр будет раскрыта.
Планковская длина
Нити энергии и даже самая маленькая частица во Вселенной могут оказаться размером с «длину доски».
Планковская длина — это «естественная единица» измерения длины, предложенная немецким физиком Максом Планком.
Планковская длина слишком мала для измерения любым прибором, но, кроме того, считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеряемой длины. Согласно принципу неопределенности, ни один инструмент никогда не сможет измерить что-либо меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная вероятностна и неопределенна.
Эта шкала также считается разделительной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.
Планковская длина соответствует расстоянию, на котором гравитационное поле настолько сильно, что оно может начать создавать черные дыры из энергии поля.
Они появляются в разных формах и размерах, некоторые приходят в деструктивных дуэтах, то есть они в конечном итоге уничтожают друг друга, а некоторые имеют невероятные названия, такие как «нейтральные».- Вот список мельчайших частиц, которые влияют даже на самих физиков.
Частица Бога
Бозон Хиггса — это частица, которая настолько важна для науки, что ее называют «частицей Бога». Именно она, как полагают ученые, придает массу всем остальным частицам. Впервые они заговорили об этом в 1964 году, когда физики задались вопросом, почему некоторые частицы имеют большую массу, чем другие. Бозон Хиггса связан с полем Хиггса, своего рода решеткой, которая заполняет вселенную. Считается, что поле и бозон ответственны за получение других частиц массы. Многие ученые считают, что именно механизм Хиггса содержит недостающие фрагменты мозаики для того, чтобы полностью понять стандартную модель, описывающую все известные частицы, но связь между ними до сих пор не доказана.
Кварки
Кварки-это восхитительно названные блоки протонов и нейтронов, которые никогда не бывают одинокими и всегда существуют только в группах. По-видимому, сила, связывающая кварки вместе, увеличивается с расстоянием, то есть чем больше кто-то пытается отодвинуть один из кварков от группы, тем сильнее он будет притягиваться обратно. Таким образом, свободных кварков просто не существует в природе. Всего существует шесть типов кварков, и, например, протоны и нейтроны состоят из нескольких кварков. В протоне их три — два одного вида и один другого, а в нейтроне — только два, причем оба разных типа.
Суперпартнеры
Эти частицы принадлежат теории суперсимметрии, которая предполагает, что для каждой известной человеку частицы существует другая подобная частица, которая еще не была открыта. Например, суперпартнер электрона — это электрон, суперпартнер кварка-это квадрат, а суперпартнер фотона-это фотон. Почему эти сверхчастицы не наблюдаются во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее своих партнеров, а больший вес сокращает их жизнь. Эти частицы начинают разрушаться, как только они рождаются. Для создания частицы требуется огромное количество энергии, как, например, при Большом Взрыве. Возможно, ученые найдут способ воспроизводить сверхчастицы, например, в Большом адронном коллайдере. Что касается большего размера и веса суперпартнеров, ученые полагают, что симметрия была нарушена в скрытом секторе вселенной, который нельзя увидеть или найти.
Нейтрино
Это легкие субатомные частицы, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. На самом деле, триллионы нейтрино проходят через ваше тело в каждый отдельный момент времени, но они почти никогда не взаимодействуют с обычной материей. Одни нейтрино поступают от солнца, другие-от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой.
Антиматерия
Все обычные частицы имеют партнера в антиматерии, идентичные частицы с противоположным зарядом. Когда материя и антиматерия встречаются друг с другом, они взаимно разрушаются. Такая частица является антипротоном для Протона, но позитроном для электрона.
Гравитоны
В квантовой механике все фундаментальные силы осуществляются частицами. Например, свет состоит из частиц с нулевой массой, называемых фотонами, они несут электромагнитную силу. Аналогично, гравитоны-это теоретические частицы, несущие гравитацию. Ученые все еще пытаются найти гравитоны, но сделать это очень трудно, так как эти частицы очень слабо взаимодействуют с веществом. Однако ученые не оставляют попыток, так как надеются, что им удастся поймать гравитоны, чтобы изучить их более детально — это может стать настоящим прорывом в квантовой механике, поскольку многие такие частицы уже изучены, но Гравитон остается исключительно теоретическим. Как видите, физика может быть гораздо интереснее и увлекательнее, чем вы можете себе представить. Весь мир наполнен различными частицами, каждая из которых представляет собой огромное поле для исследований и изучения, а также огромную базу знаний обо всем, что окружает человека. И вы просто должны подумать о том, сколько частиц уже открыто — и сколько людей еще предстоит открыть.