Найменша річ у Всесвіті

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці.

Якщо ви візьмете будь-який предмет, наприклад, чашку кави, і розділите її навпіл, потім кожну з частин ще навпіл, і ще, і ще, то що б ви отримали в підсумку?
Чи зможете ви продовжувати робити це вічно?
Або ж ви дійдете до неподільних частинок, з яких складається все навколо?
Фізики встановили, що речовина складається з фундаментальних частинок — найменших об’єктів у всесвіті.
Частинки взаємодіють одна з одною згідно з так званою стандартною моделлю.
Стандартна модель є надзвичайно елегантною теоретичною конструкцією, що описує дивний квантовий світ неподільних, безструктурних і нескінченно малих частинок.
Вона також описує сили, які визначають те, як частинки рухаються, взаємодіють і зв’язуються одна з одною, утворюючи більші об’єкти.
Тож, як все це працює?
Збільшивши масштаб на фрагменті чашки, ми бачимо молекули, утворені з атомів зв’язаних між собою.
Молекула є найменшою частинкою будь-якої простої речовини чи сполуку. що може існувати окремо.
Атом — це найменша хімічно неподільна частинка будь-якого хімічного елемента періодичної системи.
Але атом не є найменшою частинкою речовини.
Експериментально встановлено, що атом має крихітне масивне яро, яке оточено хмарою ще менших електронів.
Електрон, наскільки нам відомо, є одним з фундаментальних неподільних будівельних блоків всесвіту.
І він є першою відкритою частинкою стандартної моделі.
Електрони зв’язані з атомними ядрами електромагнітною взаємодією і їхнє притягання забезпечується обміном частинками під назвою фотони.
Фотони є квантами світла, або носіями електромагнітної взаємодії, однієї з фундаментальних взаємодій стандартної моделі.
Ядро не просте, як може здаватися, воно складається з протонів і нейтронів.
Колись їх вважали фундаментальними частинками, але в 1968 році фізики виявили, що протони й нейтрони насправді складаються з кварків, які власно і є неподільними.
Протон складається з трьох кварків — двох верхніх і одного нижнього.
Нейтрон складається з двох нижніх і одного верхнього кварка.
Частинки атомного ядра зв’язані сильною ядерною взаємодією, яка також є фундаментальною в стандартній моделі.
Подібно до фотонів, які переносять електромагнітну взаємодію, частинки під назвою глюони переносять сильну ядерну взаємодію.
Електронів разом з верхніми та ніжними кварками, на перший погляд, достатньо, щоб побудувати атоми, а, отже, й описати звичайну речовину.
Однак, експерименти фізики високих енергій показали, що насправді існує шість кварків — нижній і верхній, дивний і чарівний, а також красивий і правдивий, і їхні маси охоплюють дуже широкий діапазон.
Теж саме було відкрито і для електронів, які разом з мюонами й тау-лептонами є частинами одного сімейства.
Але чому існує три, і лише три версії кожної з цих частинок?
Це досі лишається загадкою.
Мюони й тау-лептони утворюються лише на дуже коротких проміжках часу при високоенергетичних зіткненнях частинок, тож вони зазвичай непомітні.
Це пояснюється тим, що вони дуже швидко розпадаються на більш легкі частинки.
Такі розпади задіюють обмін частинками, що переносять особливу взаємодію.
Ці частинки називають z- і w- бозонами й вони, на відміну від фотонів мають масу.
Вони переносять слабку взаємодію, останню взаємодію в стандартній моделі.
Ця ж взаємодія дозволяє протонам і нейтронам перетворюватися один в одного, що має величезне значення для процесу ядерного синтезу, який є джерелом енергії Сонця.
Для безпосереднього спостереження z- і w- бозонів нам потрібні високоенергетичні зіткнення, які реалізуються в прискорювачах частинок.
В стандартній моделі існує ще один тип фундаментальних частинок — нейтрино.
Вони взаємодіють з іншими частинками лише через слабку взаємодію.
Трильйони нейтрино, багато з яких утворені в ядрі Сонця, пролітають крізь нас щосекунди.
Дослідження слабкої взаємодії показали, що існують різні види нейтрино — електронне, мюонне і тау-нейтрино.
У всіх цих частинок є двійники — античастинки, які мають протилежний заряд, але решта їхніх характеристик ідентичні.
Частинки й античастинки утворюються парами у високоенергетичних зіткненнях, і вони взаємно знищуються — анігілюють — при зустрічі.
Остання фундаментальна частинка стандартної моделі — це бозон Гіггза.
Він є квантом поля Гіггза, і в цьому полі його можна вважати аналогом брижів на поверхні води.
Згідно зі стандартною моделлю всі фундаментальні частинки при взаємодії з цим полем набувають масу.
Метою експерименту Атлас на Великому адронному колайдері є глибоке дослідження стандартної моделі.
Завдяки точним вимірюванням частинок і сил, що складають всесвіт, фізики намагаються знайти відповіді на загадки, що не пояснюються стандартною моделлю.
Наприклад, як вбудувати гравітацію у модель?
Яким є зв’язок між частинками носіями взаємодій і частинками речовини?
Як описати темну матерію, яка складає більшу частину маси всесвіту, але і досі безпосередньо не виявлена?
У той час, як стандартна модель дає прекрасне пояснення навколишнього світу, у всесвіту існує багато таємниць, які ще належить відкрити.