Elementarne čestice najmanji su poznati građevni blokovi svemira. Smatra se da nemaju unutrašnju strukturu, što znači da istraživači misle o njima kao o nodimenzionalnim točkama koje ne zauzimaju prostor. Elektroni su vjerojatno najpoznatije elementarne čestice, ali Standardni model fizike koji opisuje interakcije čestica i gotovo svim silama prepoznaje 10 ukupnih elementarnih čestica.
Elektroni i srodne čestice
Elektroni su negativno nabijene komponente atoma. Iako se smatra da su nodimenzionalne čestice čestica, elektroni su okruženi oblakom drugih virtualnih čestica koje neprestano namignu i izlaze iz njih, a koji u biti djeluju kao dio samog elektrona. Neke teorije predviđaju da elektron ima pomalo pozitivan i malo negativan pol, što znači da bi taj oblak virtualnih čestica trebao biti malo asimetričan.
Da je to slučaj, elektroni bi se mogli ponašati drugačije nego njihovi antimaterijski parovi, pozitroni, što potencijalno objašnjava mnoge misterije o materiji i antimateriji. Ali fizičari su u više navrata izmjerili oblik elektrona i otkrili da je savršeno okrugao prema najboljim saznanjima, ostavljajući bez odgovora za antimaterijske zagonetke.
Elektroni imaju dva teža rođaka, koja se zovu muon i tau. Muoni se mogu stvoriti kada visokoenergetske kozmičke zrake iz svemira dođu do vrha Zemljine atmosfere, stvarajući tuš egzotičnih čestica. Taus je još rjeđi i teži za proizvodnju, jer su više od 3.400 puta teži od elektrona. Neutrini, elektroni, muoni i taus čine kategoriju osnovnih čestica koje se nazivaju leptoni.
Kvarkovi i njihova ćudljivost
Kvarkovi, koji čine protone i neutrone, druga su vrsta temeljnih čestica. Zajedno s leptonima, kvarkovi čine stvari koje mi smatramo materijom.
Nekada davno, znanstvenici su vjerovali da su atomi najmanji mogući predmeti; riječ dolazi od grčkog "atomos", što znači "nedjeljiv". Oko 20. stoljeća, pokazalo se da se atomska jezgra sastoje od protona i neutrona. Zatim su tijekom 1950-ih i 60-ih godina akceleratori čestica otkrivali mnoštvo egzotičnih subatomskih čestica, poput piona i kaona.
Godine 1964. fizičari Murray Gell-Mann i George Zweig samostalno su predložili model koji bi mogao objasniti unutarnje djelovanje protona, neutrona i ostatka zoološkog čestica, prema povijesnom izvješću Nacionalne laboratorije za ubrzavanje SLAC-a u Kaliforniji. Unutar protona i neutrona nalaze se sitne čestice koje se nazivaju kvarkovi, a dolaze u šest mogućih vrsta ili okusa: gore, dolje, čudno, šarm, odozdo i odozdo.
Protoni su sastavljeni od dva gornja kvarka i dolje kvark, dok su neutroni sastavljeni od dva pada i uspona. Gornji i donji kvarkovi su najlakše sorte. Budući da masivne čestice uglavnom propadaju u manje masivne, kvarkovi su gore i dolje najčešći u svemiru; prema tome, protoni i neutroni čine većinu materije koju poznajemo.
Do 1977., Fizičari su izolirali pet od šest kvarkova u laboratoriju - gore, dolje, čudno, šarm i odozdo - ali tek su 1995. godine istraživači u Nacionalnom laboratoriju za ubrzavanje Fermilaba u Illinoisu pronašli konačni kvar, gornji kvark. Potraga za njim bila je toliko intenzivna kao i kasniji lov na Higgsov bozon. Vrhunski kvark bio je tako težak za proizvodnju, jer je oko 100 trilijuna puta teži od kvarkova, što znači da je za ugradnju čestica bilo potrebno puno više energije.
Prirodne temeljne čestice
Zatim su tu četiri temeljne sile prirode: elektromagnetizam, gravitacija i jake i slabe nuklearne sile. Svaka od njih ima pridružene temeljne čestice.
Photoni su najpoznatiji; nose elektromagnetsku silu. Gluoni nose snažnu nuklearnu silu i nastanjuju se kvarkovima unutar protona i neutrona. Slabu silu koja posreduje određene nuklearne reakcije nose dvije temeljne čestice, W i Z bozoni. Neutrinovi koji osjećaju samo slabu silu i gravitaciju uzajamno djeluju s tim bozonima, pa su fizičari mogli prvo pružiti dokaze za svoje postojanje pomoću neutrina, navodi CERN.
Gravitacija je ovdje autsajder. Nije ugrađen u Standardni model, iako fizičari sumnjaju da bi on mogao imati pridružene temeljne čestice, koje bi se nazvale graviton. Ako gravitoni postoje, moglo bi ih biti moguće stvoriti na velikom hadronskom sudaraču (LHC) u Ženevi, Švicarska, ali oni bi brzo nestali u dodatnim dimenzijama, ostavljajući iza sebe praznu zonu gdje bi i bili, navodi CERN. Do sada, LHC nije vidio niti gravitona niti dodatnih dimenzija.
Neumoljivi Higgsov bozon
Konačno, tu je Higgsov bozon, kralj elementarnih čestica koji je odgovoran za davanje svih ostalih čestica njihove mase. Lov na Higgsa bio je glavni poduhvat znanstvenika koji su željeli dovršiti svoj katalog Standardnog modela. Kada su Higgsi konačno uočeni, 2012. godine, fizičari su se radovali, ali rezultati su ih također ostavili na teškom mjestu.
Higgs izgleda prilično točno onako kako je predviđeno da izgleda, ali znanstvenici su se nadali još. Zna se da je standardni model nepotpun; na primjer, nedostaje mu opis gravitacije, a istraživači su mislili da bi pronalaženje Higgsa moglo ukazati na druge teorije koje bi mogle zamijeniti standardni model. Ali do sada su se u toj potrazi našli praznih ruku.
dodatni resursi:
