REKLÁM

Végül is miből állunk? Melyek az Univerzum alapvető építőkövei?

Az ókori emberek azt hitték, hogy négy „elemből” állunk – vízből, földből, tűzből és levegőből; amelyekről ma már tudjuk, hogy nem elemek. Jelenleg mintegy 118 elem van. Minden elem olyan atomokból áll, amelyekről korábban úgy gondolták, hogy oszthatatlanok. A huszadik század elején JJ Thompson és Rutherford felfedezéseit követően ismert volt, hogy az atomok (protonokból és neutronokból álló) magokból és a körülöttük keringő elektronokból állnak. Az 1970-es évekre ismertté vált, hogy a protonok és a neutronok sem alapvetőek, hanem „up kvarkokból” és „down kvarkokból” állnak, így az „elektronok”, „fel kvarkok” és „le kvarkok” mindennek a három legalapvetőbb alkotórészei. az univerzumban. A kvantumfizika úttörő fejlődésével megtanultuk, hogy a részecskék valójában származékok, a részecskéket jelentő mezők energiakötegei vagy -csomagjai nem alapvetőek. Ami alapvető, az a mező, amely mögöttük állnak. Ma már elmondhatjuk, hogy a kvantumterek az univerzumban mindennek az alapvető építőkövei (beleértve a hozzánk hasonló fejlett biológiai rendszereket is). Mindannyian kvantummezőkből állunk. A részecskék tulajdonságai, mint például az elektromos töltés és a tömeg, arra vonatkozó kijelentések, hogy mezőik kölcsönhatásba lépnek más mezőkkel. Például az a tulajdonság, amelyet egy elektron elektromos töltésének nevezünk, egy kijelentés arra vonatkozóan, hogy az elektronmező hogyan lép kölcsönhatásba az elektromágneses mezővel. És. tömegének tulajdonsága az a kijelentés, hogy hogyan lép kölcsönhatásba a Higgs-mezővel.  

Ősidők óta kíváncsiak az emberek, hogy miből is állunk? Miből áll az univerzum? Melyek a természet alapvető építőkövei? És melyek azok az alapvető természeti törvények, amelyek az univerzumban mindent irányítanak? Szabványos modell a tudomány elmélete, amely választ ad ezekre a kérdésekre. Azt mondják, hogy ez az elmúlt évszázadok során valaha felépített sikeres tudományelmélet, egyetlen elmélet, amely megmagyarázza az univerzum legtöbb dolgot.  

Az emberek korán tudták, hogy elemekből állunk. Minden elem viszont atomokból áll. Kezdetben úgy gondolták, hogy az atomok oszthatatlanok. 1897-ben azonban JJ Thompson elektronokat fedezett fel katódsugárcsövön keresztüli elektromos kisülés segítségével. Nem sokkal ezután, 1908-ban, utódja, Rutherford híres aranyfólia-kísérletével bebizonyította, hogy egy atomnak van egy apró pozitív töltésű magja a központban, amely körül negatív töltésű elektronok keringenek. Ezt követően kiderült, hogy az atommagok protonokból és neutronokból állnak.  

Az 1970-es években felfedezték, hogy a neutronok és a protonok nem oszthatatlanok, tehát nem alapvetőek, de mindegyik proton és neutron három kisebb, kvarknak nevezett részecskebői áll, amelyek kétféle – „fel kvark” és „lefelé kvark” (“ up quark" és "down quark" pusztán különböző kvarkok. A 'fel' és 'down' kifejezések nem utalnak semmilyen viszonyra az irányhoz vagy az időhöz). A protonok két „fel kvarkból” és egy „lefelé kvarkból” állnak, míg a neutron két „down kvarkból” és egy „fel kvarkból” áll. Így az „elektronok”, a „fel kvarkok” és a „le kvarkok” a három legalapvetőbb részecske, amelyek az univerzumban mindennek az építőkövei. A tudomány fejlődésével azonban ez a felfogás is megváltozott. A mezők alapvetőek, és nem részecskék.  

A részecskék nem alapvetőek. Ami alapvető, az a terület, amely mögöttük állnak. Mindannyian kvantummezőkből állunk

A tudomány jelenlegi felfogása szerint az univerzumban minden láthatatlan absztrakt entitásokból, úgynevezett „mezőkből” áll, amelyek a természet alapvető építőköveit képviselik. A mező olyan dolog, amely az univerzumban szétterül, és a tér minden pontján meghatározott értéket vesz fel, amely idővel változhat. Olyan, mint a folyadék hullámai, amelyek az univerzumban ringatóznak, például a mágneses és elektromos mezők szétszóródnak az univerzumban. Bár nem látunk elektromos vagy mágneses tereket, ezek valódiak és fizikaiak, amint azt az az erő is bizonyítja, amelyet két mágnes közelítésekor érzünk. A kvantummechanika szerint a mezőket folytonosnak tekintik, ellentétben az energiával, amely mindig diszkrét csomókban van felosztva.

A kvantumtérelmélet a kvantummechanika és a mezők összekapcsolásának ötlete. Eszerint az elektronfolyadék (azaz e folyadék hullámainak hullámzása) kis energiakötegekbe kötődik. Ezeket az energiakötegeket elektronoknak nevezzük. Így az elektronok nem alapvetőek. Ugyanannak a mögöttes mezőnek a hullámai. Hasonlóképpen, a két kvarkmező hullámzása „fel kvarkokat” és „lefelé kvarkokat” eredményez. És ugyanez igaz az univerzum összes többi részecskéjére is. A mezők mindennek hátterében állnak. Amit részecskéknek gondolunk, az valójában a mezők hullámai, amelyek kis energiakötegbe vannak kötve. Univerzumunk alapvető építőkövei ezek a folyadékszerű anyagok, amelyeket mezőknek nevezünk. A részecskék ezeknek a mezőknek csupán származékai. Tiszta vákuumban, amikor a részecskéket teljesen eltávolítják, még mindig léteznek mezők.   

A természet három legalapvetőbb kvantummezője az „elektron”, a „fel kvark” és a „lefelé kvark”. Létezik egy negyedik is, a neutrínó, de ezek nem alkotnak minket, hanem fontos szerepet játszanak máshol az univerzumban. A neutrínók mindenhol ott vannak, mindenen keresztül áramlanak mindenhol anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének.

Anyagmezők: A négy alapvető kvantummező és a hozzájuk tartozó részecskék (azaz „elektron”, „up kvark”, „down kvark” és „neutrínó”) alkotják az univerzum alapkőzetét. Ismeretlen okokból ez a négy alapvető részecske kétszer reprodukálja magát. Az elektronok reprodukálják a „müont” és „tau”-t (amelyek 200-szor, illetve 3000-szer nehezebbek, mint az elektronok); az up kvarkok „furcsa kvarkot” és „alsó kvarkot” eredményeznek; a down kvarkból a „charm quark” és a „top quark” jön létre; míg a neutrínókból „müonneutrínó” és „tau neutrínó” keletkezik.  

Így 12 olyan mező van, amely részecskéket idéz elő, ezeket nevezzük anyagmezők.

Az alábbiakban felsoroljuk a 12 anyagmezőt, amelyek 12 részecskét alkotnak az univerzumban.  

Erőmezők: A 12 anyagmező négy különböző erőn keresztül hat egymásra – gravitációs, elektromágnesesség, erős nukleáris erők (csak kis méretű atommagban működnek, protonokon és neutronokon belül tartják össze a kvarkokat) és gyenge nukleáris erők (csak kis léptékű atommagnál működnek, felelősek a radioaktív bomlásért és beindítják a magfúziót). Ezen erők mindegyike egy mezőhöz, az elektromágneses erőhöz kapcsolódik gluon mező, erős és gyenge nukleáris erőkkel kapcsolatos mezők azok W és Z bozonmező a gravitációhoz kapcsolódó mező pedig az téridő maga.

Az alábbiakban a négy erőhöz kapcsolódó négy erőtér listája található.    

elektromágneses erő  gluon mező 
Erős és gyenge nukleáris erők w & z bozonmező 
gravitációs  téridő  

Az univerzum tele van ezzel a 16 mezővel (12 anyagmező plusz 4 mező, amelyek négy erőhöz kapcsolódnak). Ezek a mezők harmonikusan hatnak egymásra. Például amikor az elektronmező (az anyagmezők egyike) elkezd fel és le hullámozni (mert ott van egy elektron), az elindítja a többi mező egyikét, mondjuk az elektromágneses mezőt, amely viszont oszcillál és hullámzik is. Lesz olyan fény, amely egy kicsit oszcillálni fog. Egy bizonyos ponton kölcsönhatásba lép a kvark mezővel, ami viszont oszcillálni és hullámozni fog. A végső kép, amelyre végül rátalálunk, a harmonikus tánc ezek között a mezők között, egymásba fonódva.  

Higgs mező

Az 1960-as években egy másik területet jósolt meg Peter Higgs. Az 1970-es évekre ez az univerzummal kapcsolatos ismereteink szerves részévé vált. Ám 2012-ig nem volt kísérleti bizonyíték (azaz ha a Higgs-mezőt hullámzóvá tesszük, akkor ehhez kapcsolódó részecskéket kell látnunk) egészen 10-ig, amikor az LHC CERN kutatói beszámoltak a felfedezésről. A részecske pontosan a modell által előre jelzett módon viselkedett. A Higgs-részecske élettartama nagyon rövid, körülbelül XNUMX-22 másodperc.  

Ez volt az univerzum utolsó építőköve. Ez a felfedezés azért volt fontos, mert ez a mező felelős azért, amit tömegnek nevezünk világegyetem.  

A részecskék tulajdonságai (például az elektromos töltés és a tömeg) arra vonatkozó kijelentések, hogy mezőik hogyan hatnak kölcsönhatásba más mezőkkel.  

Az univerzumban jelenlévő mezők kölcsönhatása eredményezi a különböző részecskék általunk tapasztalt tulajdonságait, például tömegét, töltését stb. Például az a tulajdonság, amelyet egy elektron elektromos töltésének nevezünk, egy kijelentés arra vonatkozóan, hogy az elektronmező hogyan lép kölcsönhatásba az elektromágneses mezővel. Hasonlóképpen, tömegének tulajdonsága az a kijelentés, hogy hogyan lép kölcsönhatásba a Higgs-mezővel.

A Higgs-mező megértésére valóban szükség volt, hogy megértsük a tömeg jelentését az univerzumban. Higgs területének felfedezése egyben az 1970-es évek óta érvényben lévő Standard Modell megerősítése is volt.

A kvantumterek és a részecskefizika dinamikus tudományterületek. A Higgs-mező felfedezése óta számos olyan fejlesztés történt, amelyek hatással vannak a Standard modellre. Folytatódik a válaszkeresés a Standard modell korlátaira.

*** 

Források:  

The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – David Tonggal. Elérhető online a címen https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg  

***

Umesh Prasad
Umesh Prasad
Tudományos újságíró | A Scientific European folyóirat alapító szerkesztője

Iratkozzon fel hírlevelünkre

A legfrissebb hírekkel, ajánlatokkal és külön értesítésekkel kell frissíteni.

Legnépszerűbb cikkek

Epilepsziás rohamok észlelése és megállítása

A kutatók kimutatták, hogy egy elektronikus eszköz képes észlelni és...

COVID-19: A hiperbár oxigénterápia (HBOT) alkalmazása súlyos esetek kezelésében

A COVID-19 világjárvány jelentős gazdasági hatást okozott minden...

A „Fusion Ignition” negyedik alkalommal mutatkozott be a Lawrence Laboratoryban  

A „Fusion Ignition” először 2022 decemberében sikerült...
- Reklám -
94,877VentilátorokMint
47,765KövetőKövesse
1,772KövetőKövesse
30ElőfizetőkFeliratkozás