Baş döndürücü bir parçacık, kuvvet ve alan dizisi, gördüğümüz her şey için atom altı temeli belirler.
Paul Sutter, Ohio Eyalet Üniversitesi'nde astrofizikçi ve COSI bilim merkezinde baş bilim insanıdır. Sutter ayrıca "Spaceman'a Sor" ve "Uzay Radyosu" na ev sahipliği yapıyor ve dünya çapında AstroTours'u yönetiyor. Sutter bu makaleye Space.com'un Uzman Sesleri: Op-Ed & Insights'a katkıda bulunmuştur.
Merak ve gizemle dolu gerçekten garip bir ülkeyi ziyaret etmek için büyülü bir kabine gizlice girmeniz, bir portaldan pervasız bir şekilde başka bir boyuta atlayamaması veya atlayamaması gereken uçan bir yaratık sürmeniz gerekmez. Hayır, tek yapmanız gereken parçacık hızlandırıcıyı açmak ve aşağı, aşağı, aşağı bakmak.
Atomaltı düzeyde, doğanın gerçek çeşitliliği ve ihtişamı, neredeyse fışkırır fizik yasaları tarafından yönetilen, çırpınan ve pırpır eden baş döndürücü bir parçacık, kuvvet ve alan dizisi ile tam olarak sergileniyor. Yine de, bir şekilde, kaotik bir karmaşa yaratmak yerine, tüm karmaşık etkileşimleri, aşina olduğumuz düzenli, düzenli, desenli makroskopik dünyayı üretir. [Garip kuarklar ve müonlarla, Aman Tanrım! Doğanın En Küçük Parçacıkları Disseke Edildi (İnfografik)]
Kişi, hükümdarlar ve hükümdarlar arasında, istikrarlı kalelerine rahatça oturanlar ile işi gerçekten yapan alçak köylüler arasında açık çizgilerle katı bir hiyerarşiye ayrılmış küçük dünyayı anlayabilir. Çeşitli sakinler arasındaki etkileşimler değişmez kurallar ile taşlaşmıştır: Herkes için bir yer vardır ve herkesin bir yeri vardır.
Gel, ziyaret edelim.
Kral olmak güzel
Bunun merkezinde en büyük kararlı parçacıklar vardır: yukarı ve aşağı kuarklar. Uzun ömürlülükleri, neredeyse emprenye edilemeyen kalelere bağlanmalarını sağlar: protonlar ve nötronlar olarak bilinen nükleon kaleleri. Fakat bu nükleonik kaleleri koruma işi kuarkların kendileri değil. Gerçekten de, bir nükleondaki tüm kuarkların birleşik kütlesi, bir proton veya nötronun kütlesinden çok daha küçüktür.
Bunun yerine, yukarı ve aşağı kuarklar, alemdeki diğer parçacıklar tarafından bilinmeyen özel bir yetenekle doludur. Güçlü nükleer gücü hissedebilirler. Şimdiye kadar en güçlü kuvvet, kuarkları o kadar yoğun bir şekilde yapıştırır ki, tek bir tane asla tek başına görülemez. Bu etkileşim makroskopik dünyamızın görünmeyen omurgasını oluşturur. Protonları ve nötronları kabul ediyoruz - kale duvarlarını bu kadar sağlam bir şekilde inşa ediyorlar. Ve kitleleri çoğunlukla bireysel kuarklardan ziyade iç nükleer bağlarının gücünden kaynaklanıyor.
Güçlü nükleer kuvvet proton ve nötron seviyesinde durmaz. Kuarkları birbirine bağlayan ve diğer tüm parçacıklar üzerinde hakimiyet veren yapıştırıcı o kadar baskındır ki, bu kalelerden birkaçını atom çekirdeği olarak bilinen sağlam bir kaleye toplayabilir. Bu yapı protonlar ve nötronların kendileri gibi emprenye edilemezken, bir çekirdeği devirmek hala büyük çaba gerektirir.
Yine de, tüm otoriter güçleri için kuarkların mengene benzeri kavrayışının menzili, kendi kaleleri ve yakın çevresi ile sınırlıdır. Çünkü güçlü kuvvet, tüm gücü için, menzil içinde ciddi şekilde sınırlıdır. Kalelerimizin, kalelerin boyutunu belirleyen ve dünyamızın nükleonları olarak tanımladığımız şey budur. [Kuarklar Hakkında 7 Tuhaf Gerçek]
Alanları işleme
Bu sınırlı aralığın ötesinde, kuarklar alanlarını kontrol altında tutar ve kraliyet habercileri - fotonlar aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurar. Bu hızlı ayaklı elçiler evrende bir yerden bir yere sıçrarlar, asla yorulmazlar, elektromanyetik gücü - elektrik, manyetizma ve hatta ışığın kendisi - elektrik yükü olan herhangi bir parçacığa taşırlar. Bu etki tüm kozmosa uzanır, ancak elbette, kaynaktan ne kadar uzak olursanız, etki zayıflar.
Bu elektromanyetik bağlanma atomaltı dünyanın altını aynı hizada tutar ve kuarklar günlerini güvenli ve gözlerden uzak kalelerinin göreceli rahatlığında rölantide geçirirken, "köylüler" - elektronlar - zengin varyasyonları yapmak için tüm işleri yapar kimyasal reaksiyonlar mümkündür. Bu doğru - kuark ustaları için köle olan fakir, cahil elektronlar. Elektromanyetizma ile çekirdeğe bağlanır - ancak genellikle kuantum mekaniği kurallarına girmesi engellenir - elektronlar atomlar arasında değiştirilir ve bize günlük yaşamlarımız hakkında neredeyse her şeyi mümkün kılan kimyayı verir.
İktidar kuarkları, komşu bir alandan mütevazi bir elektron ticareti, çalması ve ödünç alarak, hareketlerini fotonlardan ağır elli prodüksiyonlarla şekillendirir - bireysel umutlarını, hayallerini veya hırslarını umursamadan (evrenden serbestçe akıyor, manyetik dolaşıyor) alanlar vb.).
Gölgelerin içinde gizleniyor
Ancak evrendeki tüm parçacıklar despotik kuarkların başparmağı altında tutulmaz. Bazıları evren boyunca özgürce akabilir, güçlü kuvveti hissetmez ve herhangi bir geçen fotondan gelen nötrinoları güvenli bir şekilde görmezden gelir: nötrinolar. Bu hayalet parçacıklar kendilerini düz bir şekilde gizleyebilirler, böylece efervesan onlarca yıl boyunca tamamen kütlesiz olduklarını düşündük.
Nötrinolar üç tipte gelir: elektron-nötrino, muon-nötrino ve tau-nötrino, ama o kadar iyi gizlenmişler ki hangisini görüntülediğinizden asla emin değilsiniz. Seyahat ettiklerinde, giydikleri maskeler arasında geçiş yapabilirler ve kimliklerini deneyimli bir casusun kolaylığıyla değiştirebilirler. Maskeleri, (bazen) evrendeki diğer parçacıklarla nasıl etkileşime girdiklerini belirler: Örneğin, bir elektron-nötrino yalnızca elektronları içeren reaksiyonlara katılacaktır.
Ancak nötrinoların yaramaz doğası nedeniyle, bu parçacığın belirli bir lezzetini üreten bir süreç, orijinal çeşitliliği tekrar yakalamak için her zaman tersine çevrilemez - anahtarlanmış kimlikler.
Yine de, tüm hilelerine ve alt düzeylerine rağmen, nötrinolar kuarkların alanlarından etkilenmeye karşı bağışık değildir. Ancak bu tür bir etkinin ortaya çıkması için özel kuvvetler gereklidir. Zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcıları olan W ve Z bozonları olarak adlandırılan uzman parçacıklar, sadece kötü nötrinolarla iletişim kurabilenlerdir. Bazı durumlarda, bozonlar nötrinoları elektronlar gibi daha uyumlu canlılara dönüştürmeyi başarır.
O zaman bile, bu şanslı bir şans: Çoğu zaman, sinsi nötrinolar scot içermez.
Ancak parçacık dünyasının gizli siyah-ops savaşçıları olan W ve Z bozonlarının beceri seti, seyrek nötrino karşılaşmasından daha da uzanıyor. Ayrıca, nükleon kalesinin iç kutsallığına neredeyse münhasır erişimleri vardır ve bir tür kuarkı diğerine dönüştürebilirler. Bir nötron atom çekirdeğinin güvenliğinden kaçarsa, bu özel bozonlar bu parçacığı daha kararlı bir protona dönüştürebilir.
Bölge Dışı
Tabii ki, bu atomaltı dünyanın tam resmini vermiyor. Tüm Standart Model, bu küçük yaratıkların portresi ve tüm meşgul vücut etkileşimleri birkaç paragrafta yer alabileceğinden çok daha büyük ve karmaşıktır. Standart Model, onlarca yıl boyunca acı dolu, modern tahminler ve kesin deneylerle bir araya getirilmiş modern fiziğin zaferi olsa da, dünyamızın da eksik bir resmidir.
Birincisi, şu anda en iyi şekilde eksik olan genel görelilik teorisi tarafından tarif edilen yerçekimi içermiyor. Ayrıca, geleneksel Standart Modelin sessiz olduğu karanlık maddenin ve karanlık enerjinin doğası hakkında devam eden kozmolojik sorular da vardır (çünkü bu fenomenler yakın zamanda keşfedilmiştir). Dahası da var: nötrino kütlesi, kuvvetler hiyerarşisi vb.
Ancak, fiziksel dünyayı modellemek için çiğneme sakızı ve kanal bandı yaklaşımında tam olmaktan ve belki de biraz tatmin edici olmamakla birlikte, Standart Model inanılmaz derecede faydalıdır. Bu atomaltı sakinlerin hareketlerini ve hareketlerini ve tüm hain planlarını şaşırtıcı bir doğrulukla tahmin edebilir.
"Parçacık Hayvanat Bahçesinde Kim Yaşıyor?" iTunes'da ve web'de http://www.askaspaceman.com adresinde bulunan "Spaceman'a Sor" podcast'inde. Alessandro M., Roger, Martin N., Daniel C. ve @PoZokhr'a bu parçaya yol açan sorular için teşekkürler! #AskASpaceman kullanarak veya Paul @PaulMattSutter ve facebook.com/PaulMattSutter'i takip ederek Twitter'da kendi sorunuzu sorun.
