Bildiğimiz en küçük parçacık nedir? Fizikçinin cevabı şaşırtıcı
Fizikçiler bir elektronla bir proton ilk kez çarpıştığında, elektronun protonun içindeki üç küçük sert çekirdek tarafından zıpladığını gözlemlediler. Bu çekirdekler daha sonra protonları oluşturan daha küçük parçacıklar olduğu bulunan kuarklar olarak adlandırıldı. Kuarklar, bilimsel araştırmalarda karşılaştığımız en küçük parçacıklardır. Kuarkların keşfi, protonların ve nötronların artık en temel parçacıklar olmadığı anlamına gelir.
Derinlemesine anlayış için, maddenin her katmanını inceleyelim ve bileşimini inceleyelim.
Kuşbakışı bakıldığında, madde ayrılmaz görünür ve özellikleri kolaylıkla ölçülebilir. Bununla birlikte, 6 yaşındaki bir çocuk bile, özenle tasarlanmış kumdan kalesinin milyarlarca minik kum tanelerinden yapıldığı sonucuna varabilir. Öyleyse, sonraki soru, kumdan ne yapılır?
atom
Bir katmanı soyun ve atomik yapının çok düzgün olduğunu göreceksiniz. Atom kavramı başlangıçta, bir nesnenin tek ve bölünemez bir parçacık kalana kadar süresiz olarak ikiye bölünebileceğine inanan Yunanlılar tarafından önerildi. Bu düşünülemez birim artık bölünemez, bu nedenle Yunanca A-tomos kelimesinden türetilen "atom" olarak adlandırılır. A "hayır" anlamına gelir ve tomos "indirgenebilir" veya "bölünebilir" anlamına gelir.
Şaşırtıcı bir şekilde, bu teori başarılı olmadı. Temel malzemelerle ilgili literatürün çoğu yüzyıllar sonra kayboldu ve tekrar bulundu. Yaklaşık iki bin yıl sonra, atom gerçek bir temel fiziksel nesne olarak kabul edildi.
Resim: Dalton'un "The New System of Chemical Philosophy" adlı kitabında açıklanan çeşitli atomlar ve moleküller. 1808
19. yüzyıla kadar kimyager John Dalton, gazlar üzerinde bir dizi ustaca deney yaptı ve bu spekülasyon sonunda doğrulandı. Bir atomun ortalama çapı, bir kum tanesinin milyonda biri olan yaklaşık 50 nanometredir. O zamanlar atom, insanoğlunun bildiği en küçük parçacıktı.
Atomaltı parçacıklar
Tabii ki, Sir J.J. Thomson 1897'ye kadar derine indi ve daha temel elektronik bir şey keşfetti! Bu devrim niteliğinde bir keşifti ve elektronik teknolojisinin öncüleri bunun için minnettar oldular. Bir elektronun "ortalama" çapı, bir kum tanesinden 200 milyar kat daha küçük olan 0.0000000000001 cm'dir.
Örnek: Helyum atomu (şematik diyagram) İki proton (kırmızı), iki nötron (yeşil) ve iki elektron (sarı).
Atomlar elektriksel olarak nötr olduğundan, Thomson elektronun negatif yükünün içine gömülü küçük bir pozitif yük parçasıyla dengelenmesi gerektiğini tasarladı. Bu meşhur "üzümlü puding" modelidir.
1911'de Rutherford ince bir altın folyoyu alfa ışınlarıyla bombaladığında ve atomların çoğunlukla boş olduğunu ancak konsantre bir pozitif yük içerdiğini keşfettiğinde, fikir doğru bir şekilde reddedildi. Bu merkeze çekirdek adını verdi ve pozitif yüklü parçacıklara proton adını verdi. Ölçüme göre, bir protonun "ortalama" çapı, bir elektronun "ortalama" çapından üç kat daha küçüktür, ancak kütle olarak 1837 kat daha ağırdır!
Örnek: Sağ yarısı temel parçacıklar ve sol yarısı da kompozit parçacıklardır. Mezonlar bozonlara, hadronlar fermiyonlara aittir.
Ayrıca, güneş sisteminin gezegen modeline benzer şekilde, elektronların çekirdek çevresinde döndüğünü varsaydı. Bununla birlikte, bu iki modelde, merkezi varlık ile bağımlı merkezi varlık arasındaki mesafe ölçeği astronomik bir farklılık göstermektedir.
Ancak kutlama uzun sürmedi. Kısa süre sonra kimyagerler bir izotop keşfettiler - kimyasal olarak ayırt edilemeyen ancak farklı bir atom kütlesine sahip bir element. Bir çift izotop aynı sayıda protonu içeriyor gibi görünüyor, ancak toplam kütleleri hala farklı.
Örnek: Ark kaynağı işçilerinin kıvılcımların neden olabileceği hasarı önlemek için koruyucu ekipman giymesi gerekir Kıvılcımlar, ısıyla kaynak yüzeyinden uçan metal parçacıklardır.
Rutherford'un bu konuda bir görüşü var: Protonlardan biraz daha ağır, ancak elektriksel olarak nötr olan yeni bir tür temel parçacık olduğuna inanıyor. 1932'de James Chadwick bu temel parçacık nötronunu keşfetti. Nötronlar ve protonlar aynı büyüklükte ve kütledir - elektron kütlesinin yaklaşık 2000 katıdır.
Meseleyi biraz daha ayırabilir miyiz? 0,00000000000001 santimetre yeterince küçük değil mi? Elbette bu yeterince küçük değil.
Kuark
Elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan daha küçük parçacıkları bulmak için bir parçacık hızlandırıcı yaptık.
Örnek: Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısında parçacık çarpışması
Hızlandırıcı, atom altı parçacıkları son derece yüksek hızlarda parçalayarak onları parçalamaktadır. Bu, bir televizyonun iç yapısını incelemeye, onu 20 katlı bir binanın tepesinden aşağıya atmaya ve ardından kırılan parçaları dikkatlice incelemeye benzer.
Fizikçiler elektronları protonlarla ilk kez çarpıştırmaya başladıklarında, elektronların protonların içindeki üç küçük sert çekirdek tarafından zıplatıldığını gözlemlediler. Bilim adamları, bu sert çekirdeklerin protonları oluşturan daha küçük parçacıklar olduğunu keşfettiler. Bu temel parçacıklara kuark denir ve kuarkların keşfi, protonların ve nötronların artık temel parçacıklar olmadığı anlamına gelir. Kuarkların doğasını ve davranışını tartışmaya adanmış daha ayrıntılı ve büyüleyici bir makale yazdık. Burada bulabilirsiniz.
Ama ya daha derine inersek?
Temel atom parçacıkları
Hayır, daha genç olamayız. Kuark, bilimsel keşif yapmak için kum kullandığımızda karşılaştığımız en küçük varlıktır. Aslında kuarklar ve elektronlar vb. Neden elektronlar?
Diğer parçacıkların aksine, elektron hala onun gerçek bir temel parçacık olduğuna inanıyor. Daha temel parçalara ayrılmayı reddediyor. Bununla birlikte, elektronlar ve kuarklar temel parçacıklarsa ve kuarklar protonlarda mevcutsa, yarıçapı nasıl protonun yarıçapından üç kat daha büyük olabilir?
Atomaltı parçacıkların yarıçapını belirli varsayımlara göre ölçüyoruz. Örneğin, bir elektronun kütle-enerji potansiyelinin tamamen içerildiği varsayıldığında, yarıçapı bir protonunkinden daha büyük olacaktır. Proton / elektron kütle oranı sayesinde elektron yarıçapını daha doğru hesaplayabiliriz.
Örnek: Standart Fizik Modeli kapsamındaki temel parçacıklar. İlk üç sütun, kuarklara ve leptonlara bölünebilen fermiyonlardır. Dördüncü sütun, gösterge bozondur. Beşinci sütun Higgs bozonudur.
Bu oranları kullanarak, bir elektronun yarıçapının daha önce düşündüğümüzden yaklaşık on kat daha küçük olduğunu bulduk; bir santimetrenin milyarda biri veya 0.00000000000000001 santimetrenin milyarda biri.
Bu yüzden bu parçacıkların fiziksel özelliklerini tanımlamak için "ortalama" kelimesini kullanıyorum. Yarıçap boyutsal bir yapıdır ve gerçek yarıçapla ilgisi yoktur.
Benzer şekilde kuarklar konusunda da bir ilerleme kaydetmedik. Ayrılmayı reddediyorlar ve ayrılsalar bile uzun sürmeyecek. Ayrılık saniyenin milyarda biri kadar sürer! Bir çift kuarkı ayırmak o kadar çok enerji gerektirir ki, sonunda iki kuark oluşturmak için kullanılır.
Buradaki enerjiden korkmayın. Şöyle düşünün ... aslında gerçekliğin özünü parçalamaya çalışıyorsunuz.
"Boyut" kavramımız neden yanlış?
Bu soruları sorduğumuzda akla gelen atom altı parçacıkların görüntüleri aslında yanlıştır! "Parçacık" kelimesi genellikle fizik ders kitaplarının her yerinde küçük çelik bilyelerin veya bilardo toplarının görüntülerini anımsatır. Ancak bu kadar küçük bir boyuttaki yapıları ve faaliyetleri günlük deneyimlerden tamamen farklıdır.
Fiziksel özellikleri tam olarak ölçülemez ve belirli bir alandaki varlıkları ancak olasılıkla tanımlanabilir.
Yine de, bilim adamları bir kuarkın boyutuna yaklaşmak için bazı zekice araştırmalar yapmayı başardılar. Bulabildiğim en son yaklaşım, elektronlarla aynı seviyede bir santimetrenin milyarda biri ile santimetrenin milyarda biri arasındadır.
Bu noktada, parçacık fiziğinin en önemli mücevheri olarak Standart Modelin, atom altı parçacıkları büyüklükleri veya kütleleri açısından değil, enerjileri açısından tanımladığını anlamalıyız. Bir proton veya nötronun sabit bir şekli veya hacmi yoktur - hacmi, bileşenlerinin bulunduğu alan tarafından belirlenir.
Kuarklar, elektronlar veya diğer atom altı parçacıklar konsantre enerjidir; belirli bir sıraları yoktur, kuarklar ve elektronlar gibi temel parçacıklar nokta benzeri kabul edilir. Boyutları yoktur ve uzayda boyutsal bir nokta olarak kabul edilirler. Bunları nokta olarak ele almak, yalnızca yararlı bir basitleştirmedir, çünkü tersine bir kanıt yoktur.
Bu düşüncelere dayanan model, şimdiye kadar bilinen tüm bilgileri inanılmaz bir doğrulukla elde etmeyi başardı. Herhangi bir alanda en doğru teori olarak kabul edilir. Elbette bu hipotez, bilimdeki herhangi bir hipotez gibi, yeni hipotezler ortaya çıktığında altüst olmaktan ve terk edilmekten korkmaz. Kanıt olduğu sürece bilim adamları tekrar başlangıç noktasına dönme konusunda endişeli değiller. Bu durumda, bir parçacığın içi keşfedilir.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
3. sciabc-En küçük parçacıkları keşfedin
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden baskı için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
