8 subatomära partiklar du borde veta
top-leaderboard-limit '> En tavla vid CERN täckt med teoretiska fysikekvationer av CERN teoretisk fysik stipendiat Alberto Ramos och fysiker Antonio Gonzalez-Arroyo från Universidad Autonoma de Madrid, fotograferad den 19 april 2016. Bildkredit: Dean Mouhtaropoulos / Getty BilderBosoner, leptoner, hadroner, gluoner - det verkar som om det finns en verklig djurpark med subatomära partiklar, och du kan bli förlåtad för att du ibland blandar ihop dina kvarkar och dina squarks (ja, squarks är en verklig sak, eller åtminstone en faktisk möjlig sak) . Följande lista är inte en komplett katalog över vad som finns där ute; snarare är det ett slags startpaket, en kombination av de viktigare - och de mer bisarra - partiklarna som utgör vårt universum. Listan går ungefär i ordning från partiklar som du lärde dig om i gymnasiets fysikklass till mer exotiska enheter som för närvarande är lite mer än blinkningar i teoretiska fysikers ögon.
1. ELEKTRON: KEMI OCH EL
Medan protoner och neutroner (och deras beståndsdelar kvarkar) ger atomer sin kraft, är det deras följe av mycket lättare elektroner som avgör hur atomer samlas för att bilda molekyler - i ett ord är det elektroner som ger oss kemi. (Tänk på en vattenmolekyl som två väteatomer och en syreatom som har utarbetat ett gemensamt vårdavtal för sina tio elektronbarn.) Att lära sig manipulera elektroner har varit en av de största vetenskapliga triumferna i historien. I slutet av 1800-talet lärde vi oss att kontrollera strömmen av elektroner i ledningar - elektricitet! (Märkligt nog, medan elektricitet går med lätt hastighet, rör sig själva elektronerna bara några meter i timmen.) Några decennier senare fick vi reda på hur vi skulle skjuta en ström av elektroner mot en fosforescerande skärm inuti ett vakuumrör — voila, tv.
2. FOTON: ELEKTROMAGNETISK STRÅLBÄRARE
Ljusets natur förbryllade forskare och filosofer sedan urminnes tider. Vissa tänkare insisterade på att ljus beter sig som en våg; andra (mest känt Isaac Newton) sa att ljuset bestod av partiklar. I början av 1900-talet visade Albert Einstein att Newton var på rätt väg och upptäckte att ljuset 'kvantiseras', det vill säga gjort av diskreta partiklar (även om det också kan fungera som en våg). Till skillnad från elektroner och kvarkar (se nedan) har fotoner ingen 'vilmassa' - det vill säga de väger ingenting i ordets vardagliga mening. Men fotoner har fortfarande energi. Den energin visar sig vara proportionell mot ljusets frekvens, så att blått ljus (högre frekvens) bär mer energi per foton än rött ljus (lägre frekvens). Men fotoner bär mer än bara synligt ljus; de förmedlar alla former av elektromagnetisk strålning, inklusive radiovågor (med mycket lägre frekvenser än synligt ljus) och röntgenstrålar (med mycket högre frekvenser).
hur lång tid tar det för solpaneler att betala för sig själva
3. QUARK: DU, MIG, GOLFBALL, STJÄRNAN, GALAXY
Quarks är det som de flesta av de faktiska, bekanta sakerna i universum är gjorda av - du och jag, stjärnor och planeter, golfbollar och galaxer. Kvarkar dras till varandra genom den så kallade starka kärnkraften, för att bilda protoner och neutroner, som utgör atomkärnorna. (Åtminstone de synliga delarna. Mer om det senare.) På grund av kvantmekanikens särdrag kan de faktiskt bara existera inom dessa större, sammansatta djur; vi kan aldrig se en kvark på egen hand. De finns i sex 'smaker' (yup, en annan kvantmekanik): upp, ner, konstigt, charm, topp och botten. Av dessa är upp-och-ned-kvarkerna de mest stabila, så det är i synnerhet de två som de flesta 'saker' är gjorda av (de andra kan bara existera under mer exotiska förhållanden). Första gången som föreslogs på 1960-talet har kvarkmodellen sedan bekräftats av tusentals experiment som kulminerade i upptäckten av toppkvarken vid Fermilab 1995.
4. NEUTRINO: ZIPPY, MED EN TEENY BIT OF MASS
Neutrinos är svårfångade, mycket lätta partiklar som bara knappt interagerar med materia alls. De zippar igenom materien så enkelt att fysiker under en lång tid undrade om de kanske hade noll vilmassa, som fotoner. Första teoretiserade av Wolfgang Pauli 1930 upptäcktes de på 1950-talet - men det var först under de senaste decennierna som fysiker kunde visa att neutriner faktiskt har en mycket liten massa. (Nobelpriset i fysik 2015 gick till två fysiker vars experiment hjälpte till att fastställa några av neutrinos speciella egenskaper.) Även om små neutrinoer också är allestädes närvarande; cirka 100 biljoner neutrinoer, skapade i Solens centrum (den närmaste stora källan), passerar genom din kropp varje sekund. (Och det spelar ingen roll om det råkar vara natt; de små partiklarna glider rakt igenom jorden som om de inte ens finns där.)
5. HIGHGS BOSON: POTENTIAL MASS LEVERANTÖR
Smeknamnet 'God partikel' av Leon Lederman 1993, har Higgs boson blivit den mest kända av alla partiklar under de senaste åren. Först postulerades på 1960-talet (av Peter Higgs såväl som av flera andra fysiker, som arbetade självständigt), blev det äntligen snarat på Large Hadron Collider nära Genève 2012. Varför allt väsen över Higgs? Partikeln hade varit den sista delen av den så kallade ”standardmodellen” för partikelfysik som visade sig. Modellen, som utvecklades med början på 1960-talet, förklarar hur alla kända krafter fungerar, med undantag av tyngdkraften. Det antas att Higgs spelar en speciell roll inom detta system, vilket ger de andra partiklarna massa.
djur som lever längre än människor
6. GRAVITON: SISTA STYCK AV KVANTUM FELTTEORISK PUSL
Gravitonen (om den existerar) skulle vara en 'kraftbärare', som foton. Fotoner 'förmedlar' elektromagnetismens kraft; gravitoner skulle göra detsamma för gravitationen. (När en proton och en elektron lockar varandra via elektromagnetism, utbyter de fotoner. På samma sätt borde två massiva föremål som lockar varandra via gravitation utbyta gravitoner.) Detta skulle vara ett sätt att förklara gravitationskraften rent kvantitetsmässigt. fältteorier - eller, för att uttrycka det tydligare, gravitationen skulle koppla samman gravitation och kvantteori och uppfylla ett hundra år gammalt uppdrag. Problemet är att tyngdkraften är den överlägset svagaste av de kända krafterna, och det finns inget känt sätt att bygga en detektor som faktiskt kan fånga gravitationen. Fysikerna vet dock en hel del om egenskaperna som gravitonen måste ha, om den finns där ute. Det antas till exempel att det är masslöst (som foton), det borde färdas med ljusets hastighet och det måste vara ett 'spin-two boson', i partikelfysikens jargong.
behöver koolhjälp kylas
7. MÖRK PARTIKEL: NYCKELN TILL ATT MISSA MASS?
För ungefär 90 år sedan började astronomer märka att det finns något roligt med hur galaxer rör sig. Det visar sig att det inte finns tillräckligt med synlig materia i galaxer för att redogöra för deras observerade rörelse. Och så har astronomer och fysiker kämpat för att förklara den 'mörka materien' som sägs utgöra den saknade massan. (Det tros faktiskt att det finns mycket mer mörk materia än vanlig materia, i förhållandet mellan fem och en.) Vad kan mörk materia vara gjord av? En möjlighet är att den består av ännu okända grundläggande partiklar, som sannolikt produceras i de första ögonblicken efter big bang. Ett antal experiment pågår nu i hopp om att hitta dessa partiklar.
8. TACHYON: ORSAK- OCH EFFEKT LJUDDÖRR (OCH TROLIGT INTE ÄR VERKLIG)
Ända sedan Einstein lade fram den första delen av sin relativitetsteori, känd som special relativitet, har vi vetat att ingenting kan röra sig snabbare än ljus. (Det är okej att röra sig med ljusets hastighet, om du är masslös - som en foton.) Tachyoner är hypotetiska partiklar som alltid färdas snabbare än ljus. Det behöver inte sägas att de inte passar så bra med vad vi vet om universums funktion. Men på 1960-talet hittade vissa fysiker ett kryphål: Så länge partikeln skapades över ljushastighet och aldrig reste långsammare än ljus, kunde den teoretiskt existera. Trots detta är tachyoner mycket sannolikt inte riktiga. (Det uppstod en spänning av spänning 2011, när forskare vid ett partikelfysiklaboratorium i Italien hävdade att en viss typ av neutrino reste lite snabbare än ljus. De medgav senare att de hade gjort ett misstag.) Om tachyoner finns, tror vissa människor de kunde användas för att skicka signaler in i det förflutna, göra en rörelse av orsak och verkan och leda till berömda gåtor som farfarparadoxen. Men de flesta fysiker säger att i det osannolika fallet att de existerar skulle detta inte vara ett problem eftersom tachyoner ändå inte ska interagera med normal materia (som vi).