Elementārās daļiņas ir vismazākie zināmie Visuma celtniecības bloki. Tiek uzskatīts, ka viņiem nav iekšējas struktūras, kas nozīmē, ka pētnieki domā par tiem kā nulles dimensijas punktiem, kas neaizņem vietu. Elektroni, iespējams, ir vispazīstamākās elementārdaļiņas, bet fizikas standarta modelis, kas apraksta daļiņu un gandrīz visu spēku mijiedarbību, atpazīst 10 elementārdaļiņas.
Elektroni un radniecīgas daļiņas
Elektroni ir atomu negatīvi lādēti komponenti. Kaut arī tiek uzskatīts, ka tās ir nulles dimensijas punktu daļiņas, elektronus ieskauj citu virtuālo daļiņu mākonis, kas nepārtraukti mirgo un eksistē, kas būtībā darbojas kā paša elektrona daļa. Dažas teorijas ir paredzējušas, ka elektronam ir nedaudz pozitīvs un nedaudz negatīvs pols, kas nozīmē, ka tāpēc šim virtuālo daļiņu mākonim vajadzētu būt mazliet asimetriskam.
Ja tas tā būtu, elektroni varētu izturēties savādāk, nekā to dubultā antimērija, pozitroni, potenciāli izskaidrojot daudzus noslēpumus par matēriju un antimatēriju. Bet fiziķi vairākkārt ir izmērījuši elektronu formu un, cik viņiem zināms, ir atzinuši, ka tas ir perfekti apaļš, atstājot tos bez atbildēm par antimateriāla izdomām.
Elektronam ir divi smagāki brālēni, kurus sauc par muonu un tau. Mēnesi var tikt izveidoti, kad kosmiskie augstas enerģijas stari no kosmosa nonāk Zemes atmosfēras augšpusē, radot eksotisku daļiņu dušu. Taus ir vēl retāk un grūtāk ražojams, jo tie ir vairāk nekā 3400 reizes smagāki par elektroniem. Neitrīni, elektroni, mūoni un tausi veido pamatdaļiņu kategoriju, ko sauc par leptoniem.
Kvarki un to izveicība
Kvarki, kas veido protonus un neitronus, ir vēl viens pamatdaļiņu veids. Kopā ar leptoniem kvarki veido lietas, kuras mēs uzskatām par matērijām.
Savulaik zinātnieki uzskatīja, ka atomi ir pēc iespējas mazāki objekti; vārds nāk no grieķu valodas “atomos”, kas nozīmē “nedalāms”. Apmēram 20. gadsimta mijā tika parādīts, ka atomu kodoli sastāv no protoniem un neitroniem. Tad 1950. un 60. gados daļiņu paātrinātāji turpināja atklāt eksotisku subatomisko daļiņu, piemēram, pionu un kaonu, lielgabalu.
1964. gadā fiziķi Murray Gell-Mann un Georgs Zweig patstāvīgi ierosināja modeli, kas varētu izskaidrot protonu, neitronu un pārējā daļiņu zoodārza iekšējo darbību, teikts vēsturiskajā ziņojumā no SLAC Nacionālās paātrinātāja laboratorijas Kalifornijā. Protonu un neitronu iekšienē ir sīkas daļiņas, ko sauc par kvarkiem un kurām ir seši iespējamie veidi vai aromāti: augšā, lejā, savādi, šarmā, apakšā un augšpusē.
Protoni ir izgatavoti no diviem kvarkiem augšup un leju kvarka, bet neitronus veido divi kritumi un augšup. Augšup un lejā kvarki ir vieglākās šķirnes. Tā kā masīvākas daļiņas mēdz sadalīties mazāk masīvās daļiņās, arī augšup un lejā esošie kvarki ir visizplatītākie; tāpēc protoni un neitroni veido lielāko daļu no mums zināmajiem jautājumiem.
Līdz 1977. gadam fiziķi bija izolējuši piecus no sešiem laboratorijas kvarkiem - uz augšu, uz leju, dīvaini, šarmu un dibenu -, bet tikai 1995. gadā Ilinoisas Fermilab Nacionālās paātrinātāja laboratorijas pētnieki atrada galīgo kvarku - augšējo kvarku. Tā meklēšana bija tikpat intensīva kā vēlākās Higsa boza medības. Augstāko kvarku bija tik grūti ražot, jo tas ir aptuveni 100 triljonus reizes smagāks nekā augšējais kvarks, kas nozīmē, ka tas prasīja daudz vairāk enerģijas, lai saražotu daļiņu paātrinātājus.
Dabas pamatdaļiņas
Tad ir četri pamata dabas spēki: elektromagnētisms, smagums un spēcīgie un vājie kodolspēki. Katram no tiem ir saistīta pamata daļiņa.
Vispopulārākie ir fotoni; tie nes elektromagnētisko spēku. Gluoniem ir spēcīgs kodolspēks un tie atrodas protonu un neitronu kvarkos. Vājo spēku, kas pastarpina noteiktas kodolreakcijas, nes divas pamata daļiņas - W un Z bozons. Neitrīni, kas izjūt tikai vāju spēku un smagumu, mijiedarbojas ar šiem bozoniem, un tāpēc fiziķi vispirms varēja sniegt pierādījumus par viņu eksistenci, izmantojot neitrīnus, saskaņā ar CERN.
Smagums šeit ir autsaideris. Tas nav iestrādāts standarta modelī, lai gan fiziķiem ir aizdomas, ka tam varētu būt saistīta pamata daļiņa, kuru sauktu par gravitonu. Ja būtu gravitoni, tos varētu būt iespējams izveidot Lielajā hadronu sadursmē (LHC) Ženēvā, Šveicē, taču tie ātri pazustu papildu dimensijās, atstājot aiz tukšas zonas, kur tie būtu bijuši, saskaņā ar CERN. Līdz šim LHC nav redzējis gravitonu vai papildu dimensiju pierādījumus.
Nenotveramais Higsa bozons
Visbeidzot, ir Higsa bozons, elementāro daļiņu karalis, kurš ir atbildīgs par visu pārējo daļiņu masas piešķiršanu. Medības pēc Higsa bija galvenais zinātnieku centiens, kas centās pabeigt standarta modeļa katalogu. Kad Higgs beidzot tika pamanīts, 2012. gadā fiziķi priecājās, taču rezultāti viņus atstāja arī grūtā vietā.
Higsa izskatās diezgan precīzi tā, kā tika prognozēts, bet zinātnieki cerēja uz ko vairāk. Ir zināms, ka standarta modelis ir nepilnīgs; piemēram, tam trūkst gravitācijas apraksta, un pētnieki domāja, ka Higsa atrašana palīdzēs norādīt uz citām teorijām, kuras varētu aizstāt standarta modeli. Bet līdz šim viņi šajos meklējumos ir nonākuši tukši.
Papildu resursiem:
