Foršākās mazās daļiņas dabā. Prologs

Kāda ir mazākā zināmā daļiņa? Pašlaik tās tiek uzskatītas par mazākajām daļiņām Visumā. Vismazākā daļiņa Visumā ir Planka daļiņa melnais caurums(Planck Black Hole), kas līdz šim pastāv tikai teorētiski. Planka melnais caurums ir mazākais no visiem melnajiem caurumiem (masas spektra diskrētuma dēļ) un ir sava veida robežobjekts. Bet Visumā ir atklāta arī mazākā daļiņa, kas tagad tiek rūpīgi pētīta.

Krievijas augstākais punkts atrodas Kaukāzā. Tad par mazākajām daļiņām kļuva mezoni, tad par bozoniem. Šī daļiņa tiek klasificēta kā melnais caurums, jo tās gravitācijas rādiuss ir lielāks vai vienāds ar viļņa garumu. No visiem esošajiem melnajiem caurumiem Planka ir mazākais.

Un tie veidojas, kā parasti tiek uzskatīts, rezultātā kodolreakcijas. Neskatoties uz šīs Vismazākās daļiņas hipotētisko esamību, tās praktisks atklājums nākotnē tas ir pilnīgi iespējams. Tieši tā atklāšanai tika izveidota instalācija, par kuru nav dzirdējis tikai slinkākais Zemes iedzīvotājs - Lielais hadronu paātrinātājs. Higsa bozons šobrīd mazākā daļiņa no tiem, kuru eksistence ir praktiski pierādīta.

Un, ja daļiņām nebūtu masas, Visums nevarētu pastāvēt. Tajā nevarēja veidoties neviena viela. Neskatoties uz praktiski pierādīto šīs daļiņas, Higsa bozona, esamību, praktiski pielietojumi tai vēl nav izgudroti. Mūsu pasaule ir milzīga un tajā katru dienu notiek kaut kas interesants, kaut kas neparasts un aizraujošs. Palieciet kopā ar mums un uzziniet katru dienu par lielāko daļu interesanti fakti no visas pasaules, ak neparasti cilvēki vai lietas, par dabas vai cilvēka radīto.

Elementārdaļiņa ir daļiņa bez iekšējas struktūras, tas ir, nesatur citas daļiņas [apm. 1]. Elementārās daļiņas- kvantu lauka teorijas fundamentālie objekti. Tos var klasificēt pēc griešanās: fermioniem ir pusvesela skaitļa griešanās, un bozoniem ir pilns griešanās. Daļiņu fizikas standarta modelis ir teorija, kas apraksta elementārdaļiņu īpašības un mijiedarbību.

Tos klasificē pēc viņu līdzdalības spēcīgajā mijiedarbībā. Hadroni tiek definēti kā spēcīgas mijiedarbības saliktas daļiņas. Skatīt arī parton (daļiņa). Tajos ietilpst pions, kaons, J/ψ mezons un daudzi citi mezonu veidi. Kodolreakcijas un radioaktīvā sabrukšana var pārveidot vienu nuklīdu citā.

Atoms sastāv no maza, smaga, pozitīvi lādēta kodola, ko ieskauj salīdzinoši liels, viegls elektronu mākonis. Ir arī īslaicīgi eksotiski atomi, kuros kodola (pozitīvi lādētas daļiņas) lomu spēlē pozitrons (pozitronijs) vai pozitīvais mūons (muonijs).

Diemžēl tos vēl nav izdevies kaut kā reģistrēt, un tie pastāv tikai teorētiski. Un, lai gan šodien ir ierosināti eksperimenti melno caurumu noteikšanai, to ieviešanas iespēja saskaras ar ievērojamu problēmu. Gluži pretēji, sīkas lietas var palikt nepamanītas, lai gan tas nepadara tās mazāk svarīgas. Šaragvas sfēra (Sphaerodactylus ariasae) ir mazākais rāpulis pasaulē. Tā garums ir tikai 16-18 mm un svars ir 0,2 grami.

Mazākās lietas pasaulē

Mazākais vienpavedienu DNS vīruss ir cūku cirkovīruss. Pēdējā gadsimta laikā zinātne ir spērusi milzīgus soļus, lai izprastu Visuma plašumu un tā mikroskopiskos būvmateriālus.

Savulaik mazākā daļiņa tika uzskatīta par atomu. Tad zinātnieki atklāja protonu, neitronu un elektronu. Tagad mēs zinām, ka, sadalot daļiņas kopā (kā lielajā hadronu paātrinātājā), tās var sadalīt vēl vairākās daļiņās, piemēram, kvarkos, leptonos un pat antimatērijā. Problēma ir tikai noteikt, kas ir mazāks. Tātad dažām daļiņām nav masas, dažām ir negatīva masa. Šī jautājuma risinājums ir tāds pats kā dalīt ar nulli, tas ir, tas nav iespējams.

Vai jūs domājat, ka tajā ir kaut kas?, proti: mazākā Higsa daļiņa.

Un, lai gan šādām stīgām nav fizisku parametru, cilvēka tieksme visu attaisnot liek secināt, ka šie ir vismazākie objekti Visumā. Astronomija un teleskopi → Jautājums un atbilde no astronoma un astrofizikas → Vai jūs domājat, ka tajā ir kaut kas?, proti…

Mazākais vīruss

Fakts ir tāds, ka, lai sintezētu šādas daļiņas, paātrinātājā ir jāsasniedz 1026 elektronvoltu enerģija, kas tehniski nav iespējams. Šādu daļiņu masa ir aptuveni 0,00001 grami, un rādiuss ir 1/1034 metri. Šāda melnā cauruma viļņa garums ir salīdzināms ar tā gravitācijas rādiusa lielumu.

Kur Visumā atrodas Zeme? Kas bija Visumā pirms lielā sprādziena? Kas notika pirms Visuma veidošanās? Cik vecs ir Visums? Kā izrādījās, šī nebija vienīgā munīcija 13 gadus vecā zēna kolekcijā. Šādu daļiņu struktūra ir kritiski minimāla - tām gandrīz nav masas un vispār nav atomu lādiņa, jo kodols ir pārāk mazs. Ir skaitļi, kas ir tik neticami, neticami lieli, ka būtu vajadzīgs viss Visums, lai tos pat pierakstītu.

Mazākie objekti, kas redzami ar neapbruņotu aci

Google radās 1920. gadā, lai radītu bērnu interesi par lieliem skaitļiem. Šis ir skaitlis, saskaņā ar Miltonu, kurā pirmā vieta ir 1, un pēc tam tik daudz nulles, cik varēji uzrakstīt, pirms esi noguris. Ja mēs runājam par lielāko nozīmīgo skaitli, ir pamatots arguments, ka tas patiešām nozīmē, ka mums ir jāatrod lielākais skaitlis ar vērtību, kas patiesībā pastāv pasaulē.

Tādējādi Saules masa tonnās būs mazāka nekā mārciņās. Lielākais skaitlis ar jebkuru reālās pasaules pielietojumu vai šajā gadījumā reālās pasaules lietojumu, iespējams, ir viens no jaunākajiem aprēķiniem par visumu skaitu multiversā. Šis skaitlis ir tik liels, ka cilvēka smadzenes burtiski nespēs uztvert visus šos dažādos Visumus, jo smadzenes spēj tikai aptuveni konfigurēt.

Šeit ir pasaules mazāko lietu kolekcija, sākot no sīkām rotaļlietām, miniatūriem dzīvniekiem un cilvēkiem līdz hipotētiskai subatomiskai daļiņai. Atomi ir mazākās daļiņas, kurās vielu var sadalīt ķīmiskās reakcijās. Pasaulē mazāko tējkannu radījis slavenais keramiķis Vu Ruišens, un tā sver tikai 1,4 gramus. 2004. gadā Rumaisa Rahman kļuva par mazāko jaundzimušo bērnu.

Fizikā elementārdaļiņas bija fiziski objekti atoma kodola mērogā, kurus nevar sadalīt to sastāvdaļās. Tomēr šodien zinātniekiem ir izdevies dažus no tiem sadalīt. Šo sīko objektu struktūru un īpašības pēta daļiņu fizika.

Mazākās daļiņas, kas veido visu matēriju, ir zināmas kopš seniem laikiem. Tomēr tā dēvētā “atomisma” dibinātāji tiek uzskatīti par filozofiem Senā Grieķija Leikips un viņa slavenākais skolnieks Demokrits. Tiek pieņemts, ka pēdējais radīja terminu “atoms”. No sengrieķu valodas “atomos” tiek tulkots kā “nedalāms”, kas nosaka seno filozofu uzskatus.

Vēlāk kļuva zināms, ka atomu joprojām var sadalīt divos fizikālos objektos – kodolā un elektronā. Pēdējā vēlāk kļuva par pirmo elementārdaļiņu, kad 1897. gadā anglis Džozefs Tomsons veica eksperimentu ar katodstariem un atklāja, ka tie ir identisku daļiņu plūsma ar vienādu masu un lādiņu.

Paralēli Tomsona darbam Anrī Bekerels, kurš pēta rentgenstaru starojumu, veic eksperimentus ar urānu un atklāj jauns izskats starojums. 1898. gadā franču fiziķu pāris Marī un Pjērs Kirī pēta dažādas radioaktīvās vielas, atklājot vienu un to pašu. radioaktīvais starojums. Vēlāk tiks noteikts, ka tas sastāv no alfa (2 protoniem un 2 neitroniem) un beta daļiņām (elektroniem), un Bekerels un Kirī saņems Nobela prēmija. Veicot pētījumus ar tādiem elementiem kā urāns, rādijs un polonijs, Marija Sklodovska-Kirī neveica nekādus drošības pasākumus, tostarp pat neizmantoja cimdus. Rezultātā 1934. gadā viņu pārņēma leikēmija. Pieminot izcilā zinātnieka sasniegumus, Kirī pāra atklātais elements polonijs tika nosaukts par godu Marijas dzimtenei - Polonijai, no latīņu valodas - Polija.

Foto no V Solvay kongresa 1927. gadā. Mēģiniet šajā fotoattēlā atrast visus zinātniekus no šī raksta.

Kopš 1905. gada Alberts Einšteins ir veltījis savas publikācijas gaismas viļņu teorijas nepilnībām, kuru postulāti bija pretrunā ar eksperimentu rezultātiem. Kas vēlāk noveda izcilo fiziķi pie idejas par "gaismas kvantu" - gaismas daļu. Vēlāk, 1926. gadā, amerikāņu fizikālais ķīmiķis Gilberts N. Lūiss to nosauca par "fotonu", ko no grieķu valodas "phos" ("gaisma") tulkoja.

1913. gadā britu fiziķis Ernests Raterfords, balstoties uz tolaik jau veikto eksperimentu rezultātiem, atzīmēja, ka daudzu kodolu masas ķīmiskie elementi ir ūdeņraža kodola masas daudzkārtņi. Tāpēc viņš ierosināja, ka ūdeņraža kodols ir citu elementu kodolu sastāvdaļa. Savā eksperimentā Rezerfords apstaroja slāpekļa atomu ar alfa daļiņām, kas rezultātā izstaroja noteiktu daļiņu, kuru Ernests nosauca par “protonu”, no citiem grieķu “protos” (pirmais, galvenais). Vēlāk eksperimentāli tika apstiprināts, ka protons ir ūdeņraža kodols.

Acīmredzot protons nav vienīgais sastāvdaļaķīmisko elementu kodoli. Šo ideju virza fakts, ka divi protoni kodolā atgrūstu viens otru, un atoms acumirklī sadalītos. Tāpēc Rezerfords izvirzīja hipotēzi par citas daļiņas klātbūtni, kuras masa ir vienāda ar protona masu, bet ir neuzlādēta. Daži zinātnieku eksperimenti par radioaktīvo un vieglāko elementu mijiedarbību lika viņiem atklāt citu jaunu starojumu. 1932. gadā Džeimss Čedviks noteica, ka tas sastāv no tām ļoti neitrālajām daļiņām, kuras viņš sauca par neitroniem.

Tādējādi tika atklātas slavenākās daļiņas: fotons, elektrons, protons un neitrons.

Turklāt jaunu subnukleāro objektu atklāšana kļuva par arvien biežāku notikumu, un šobrīd ir zināmas aptuveni 350 daļiņas, kuras parasti tiek uzskatītas par “elementārām”. Tie, kas vēl nav sadalīti, tiek uzskatīti par bezstrukturāliem un tiek saukti par "fundamentāliem".

Kas ir spin?

Pirms virzīties uz priekšu ar turpmākiem jauninājumiem fizikas jomā, ir jānosaka visu daļiņu īpašības. Vispazīstamākais, izņemot masu un elektrisko lādiņu, ietver arī spin. Šo lielumu citādi sauc par "iekšējo leņķisko impulsu", un tas nekādā veidā nav saistīts ar subnukleārā objekta kustību kopumā. Zinātnieki spēja atklāt daļiņas ar griešanos 0, ½, 1, 3/2 un 2. Lai vizualizētu, lai arī vienkāršotu, spinu kā objekta īpašību, apsveriet šādu piemēru.

Lai objekta spins ir vienāds ar 1. Tad šāds objekts, pagriežot par 360 grādiem, atgriezīsies sākotnējā stāvoklī. Plaknē šis objekts var būt zīmulis, kas pēc 360 grādu pagrieziena nonāks sākotnējā stāvoklī. Nulles griešanās gadījumā neatkarīgi no tā, kā objekts griežas, tas vienmēr izskatīsies vienādi, piemēram, vienkrāsaina bumbiņa.

Lai veiktu ½ griešanos, jums būs nepieciešams priekšmets, kas saglabā savu izskatu, pagriežot to par 180 grādiem. Tas var būt viens un tas pats zīmulis, tikai simetriski uzasināts no abām pusēm. Lai pagrieztu par 2, forma jāsaglabā, kad to pagriež par 720 grādiem, un, lai pagrieztu par 3/2, būs nepieciešams 540.

Šī īpašība ir ļoti svarīga daļiņu fizikā.

Daļiņu un mijiedarbības standarta modelis

Kam ir iespaidīgs mikroobjektu komplekts, kas veido pasaule ap mums, zinātnieki nolēma tos strukturēt, un šādi tika izveidota labi zināmā teorētiskā struktūra, ko sauc par “Standarta modeli”. Viņa apraksta trīs mijiedarbības un 61 daļiņu, izmantojot 17 pamata daļiņas, no kurām dažas viņa paredzēja ilgi pirms atklājuma.

Trīs mijiedarbības ir:

• Elektromagnētiskais. Tas notiek starp elektriski lādētām daļiņām. Vienkāršā gadījumā, kas zināms no skolas, pretēji lādēti objekti piesaista, un līdzīgi lādēti objekti atgrūž. Tas notiek caur tā saukto elektromagnētiskās mijiedarbības nesēju - fotonu.
• Spēcīga, citādi pazīstama kā kodola mijiedarbība. Kā norāda nosaukums, tā darbība attiecas uz objektiem, kas pieder pie atoma kodola, tas ir atbildīgs par protonu, neitronu un citu daļiņu, kas arī sastāv no kvarkiem, piesaisti. Spēcīgo mijiedarbību veic gluoni.
• Vāja. Efektīva attālumos, kas ir par tūkstoti mazāki par serdes izmēru. Šajā mijiedarbībā piedalās leptoni un kvarki, kā arī to antidaļiņas. Turklāt vājas mijiedarbības gadījumā tie var pārveidoties viens par otru. Nesēji ir W+, W− un Z0 bozoni.

Tātad standarta modelis tika izveidots šādi. Tas ietver sešus kvarkus, no kuriem sastāv visi hadroni (daļiņas, kas pakļautas spēcīgai mijiedarbībai):

• Augšējais(u);
• Enchanted (c);
• patiess(t);
• Apakšējā (d);
• Dīvaini;
• Burvīgs (b).

Ir skaidrs, ka fiziķiem ir daudz epitetu. Pārējās 6 daļiņas ir leptoni. Tās ir pamatdaļiņas ar spin ½, kas nepiedalās spēcīgajā mijiedarbībā.

• elektrons;
• Elektronu neitrīno;
• Muons;
• muona neitrīno;
• Tau leptons;
• Tau neitrīno.

Trešā standarta modeļa grupa ir mērbozoni, kuru spins ir vienāds ar 1 un tiek attēloti kā mijiedarbības nesēji:

• Gluons – spēcīgs;
• Fotons – elektromagnētisks;
• Z-bozons - vājš;
• W bozons ir vājš.

Tajos ietilpst arī nesen atklātā spin-0 daļiņa, kas, vienkārši sakot, piešķir inertu masu visiem citiem subnukleārajiem objektiem.

Rezultātā saskaņā ar Standarta modeli mūsu pasaule izskatās šādi: visa matērija sastāv no 6 kvarkiem, kas veido hadronus un 6 leptonus; visas šīs daļiņas var piedalīties trīs mijiedarbībās, kuru nesēji ir mērbozoni.

Standarta modeļa trūkumi

Tomēr jau pirms Higsa bozona, pēdējās standarta modeļa prognozētās daļiņas, atklāšanas zinātnieki bija pārsnieguši tā robežas. Spilgts piemērs ir ts “gravitācijas mijiedarbība”, kas mūsdienās ir līdzvērtīga citām. Jādomā, ka tā nesējs ir daļiņa ar spin 2, kurai nav masas un kuru fiziķi vēl nav spējuši atklāt - “gravitons”.

Turklāt standarta modelis apraksta 61 daļiņu, un mūsdienās cilvēcei jau ir zināmas vairāk nekā 350 daļiņas. Tas nozīmē, ka teorētisko fiziķu darbs nav beidzies.

Daļiņu klasifikācija

Lai atvieglotu viņu dzīvi, fiziķi ir sagrupējuši visas daļiņas atkarībā no to struktūras īpatnībām un citām īpašībām. Klasifikācija balstās uz šādiem kritērijiem:

• Dzīves laiks.
  1. Stabils. Tie ietver protonu un antiprotonu, elektronu un pozitronu, fotonu un gravitonu. Stabilu daļiņu esamību neierobežo laiks, ja vien tās atrodas brīvvalsts, t.i. ne ar ko nesadarboties.
  2. Nestabils. Visas pārējās daļiņas pēc kāda laika sadalās savās sastāvdaļās, tāpēc tās sauc par nestabilām. Piemēram, mions dzīvo tikai 2,2 mikrosekundes, bet protons - 2,9 10 * 29 gadus, pēc tam tas var sadalīties par pozitronu un neitrālu pionu.
• Svars.
  1. Bezmasas elementārdaļiņas, no kurām ir tikai trīs: fotons, gluons un gravitons.
  2. Masīvas daļiņas ir viss pārējais.
• Spin nozīme.
  1. Viss grieziens, t.sk. nulle, ir daļiņas, ko sauc par bozoniem.
  2. Daļiņas ar pusvesela skaitļa spinu ir fermioni.
• Dalība mijiedarbībās.
  1. Hadroni (strukturālās daļiņas) ir subnukleāri objekti, kas piedalās visu četru veidu mijiedarbībā. Iepriekš tika minēts, ka tie sastāv no kvarkiem. Hadronus iedala divos apakštipos: mezonos (vesela skaitļa spins, bozoni) un barionos (pusvesela skaitļa spin, fermioni).
  2. Fundamentāls (bezstrukturālas daļiņas). Tajos ietilpst leptoni, kvarki un mērbozoni (lasiet iepriekš - "Standarta modelis..").

Iepazīstoties ar visu daļiņu klasifikāciju, jūs varat, piemēram, precīzi identificēt dažas no tām. Tātad neitrons ir fermions, hadrons vai drīzāk barions un nukleons, tas ir, tam ir pusvesela skaitļa spins, tas sastāv no kvarkiem un piedalās 4 mijiedarbībās. Nukleons ir parastais nosaukums protoniem un neitroniem.

• Interesanti, ka Demokrita atomisma pretinieki, kas paredzēja atomu esamību, paziņoja, ka jebkura viela pasaulē ir sadalīta uz nenoteiktu laiku. Zināmā mērā tie var izrādīties pareizi, jo zinātniekiem jau ir izdevies sadalīt atomu kodolā un elektronā, kodolu protonā un neitronos, un tos, savukārt, kvarkos.
• Dēmokrits pieņēma, ka atomiem ir skaidra ģeometriskā forma, un tāpēc deg “asie” uguns atomi, cieto vielu raupjos atomus stingri tur kopā ar to izvirzījumiem, un gludie ūdens atomi mijiedarbības laikā slīd, pretējā gadījumā tie plūst.
• Džozefs Tomsons sastādīja savu atoma modeli, ko viņš uzskatīja par pozitīvi lādētu ķermeni, kurā elektroni šķita “iestrēguši”. Viņa modeli sauca par "plūmju pudiņa modeli".
• Kvarki savu nosaukumu ieguvuši, pateicoties amerikāņu fiziķim Marejam Gelam-Mannam. Zinātnieks vēlējās lietot vārdu, kas līdzīgs pīles čukstēšanas skaņai (kwork). Bet Džeimsa Džoisa romānā Finnegans Wake rindā “Trīs kvarki Marka kungam!” viņš sastapās ar vārdu “kvarks”, kura nozīme nav precīzi definēta un, iespējams, Džoiss to izmantoja vienkārši atskaņai. Marejs nolēma saukt daļiņas ar šo vārdu, jo tajā laikā bija zināmi tikai trīs kvarki.
• Lai gan fotoni, gaismas daļiņas, ir bezmasas, melnā cauruma tuvumā tie, šķiet, maina savu trajektoriju, jo tos pievelk gravitācijas spēki. Faktiski supermasīvs ķermenis saliec telpas laiku, tāpēc jebkuras daļiņas, ieskaitot tās, kurām nav masas, maina savu trajektoriju melnā cauruma virzienā (sk.).
• Lielais hadronu paātrinātājs ir “hadronisks” tieši tāpēc, ka tas saduras ar diviem virzītiem hadronu stariem, daļiņām, kuru izmēri ir atbilstoši atoma kodolam un piedalās visās mijiedarbībās.

Ko mēs zinām par daļiņām, kas ir mazākas par atomu? Un kura ir mazākā daļiņa Visumā?

Pasaule mums apkārt... Kurš gan no mums nav apbrīnojis viņa burvīgo skaistumu? Tās bezdibenīgās nakts debesis, kas izkaisītas ar miljardiem mirgojošu noslēpumainu zvaigžņu un maigās saules gaismas siltumu. Smaragda lauki un meži, vētrainas upes un plaši jūras plašumi. Majestātisku kalnu dzirkstošās virsotnes un salkanas Alpu pļavas. Rīta rasa un lakstīgalas trille rītausmā. Smaržīga roze un klusa strauta šalkoņa. Liesmojošs saulriets un maiga bērzu birzs šalkoņa...

Vai ir iespējams iedomāties kaut ko skaistāku par pasauli mums apkārt?! Spēcīgāks un iespaidīgāks? Un tajā pašā laikā trauslāks un maigāks? Šī visa ir pasaule, kurā mēs elpojam, mīlam, priecājamies, priecājamies, ciešam un skumstam... Tā visa ir mūsu pasaule. Pasaule, kurā dzīvojam, ko jūtam, ko redzam un kuru vismaz kaut kā saprotam.

Tomēr tas ir daudz daudzveidīgāks un sarežģītāks, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Mēs zinām, ka leknas pļavas nebūtu parādījušās bez nebeidzamas, elastīgu zaļu zāles stiebru dejas fantastiskās dumpja, smaragda tērpā tērptiem sulīgiem kokiem - bez daudzām lapām uz to zariem, un zeltainām pludmalēm - bez daudziem dzirkstošiem smiltis kraukšķ zem basām kājām vasaras staros. maiga saule. Lielais vienmēr sastāv no mazā. Mazs - no vēl mazāka. Un, iespējams, šai secībai nav ierobežojumu.

Tāpēc zāles asmeņi un smilšu graudi, savukārt, sastāv no molekulām, kas veidojas no atomiem. Atomi, kā zināms, satur elementārdaļiņas - elektronus, protonus un neitronus. Bet tie arī netiek uzskatīti par galīgo autoritāti. Mūsdienu zinātne apgalvo, ka protoni un neitroni, piemēram, sastāv no hipotētiskām enerģijas saišķiem – kvarkiem. Pastāv pieņēmums, ka ir vēl mazāka daļiņa - preons, joprojām neredzams, nezināms, bet pieņemts.

Molekulu, atomu, elektronu, protonu, neitronu, fotonu utt pasaule. parasti sauc mikrokosms. Viņš ir pamats makrokosmoss- cilvēku pasaule un tai atbilstošie daudzumi uz mūsu planētas un megapasaule- zvaigžņu, galaktiku, Visuma un Kosmosa pasaule. Visas šīs pasaules ir savstarpēji saistītas un nepastāv viena bez otras.

Ar megapasauli jau iepazināmies savas pirmās ekspedīcijas atskaitē "Visuma elpa. Pirmais ceļojums" un mums jau ir priekšstats par tālām galaktikām un Visumu. Šajā bīstamajā ceļojumā mēs atklājām tumšās matērijas un tumšās enerģijas pasauli, iegremdējām melno caurumu dziļumus, sasniedzām izcilu kvazāru virsotnes un brīnumainā kārtā izbēgām no Lielā sprādziena un ne mazāk no Lielās krišanas. Visums parādījās mūsu priekšā visā savā skaistumā un varenībā. Mūsu ceļojuma laikā mēs sapratām, ka zvaigznes un galaktikas neparādās pašas no sevis, bet gan rūpīgi, miljardu gadu laikā, veidojās no daļiņām un atomiem.

Tās ir daļiņas un atomi, kas veido visu apkārtējo pasauli. Tieši viņi savās neskaitāmajās un daudzveidīgajās kombinācijās var parādīties mūsu priekšā vai nu skaistas Holandes rozes, vai skarbas Tibetas iežu kaudzes formā. Viss, ko mēs redzam, sastāv no šiem noslēpumainajiem noslēpumainā pārstāvjiem mikropasaule. Kāpēc “noslēpumains” un kāpēc “noslēpumains”? Jo cilvēce diemžēl vēl ļoti, ļoti maz zina par šo pasauli un tās pārstāvjiem.

Mūsdienu zinātne par mikrokosmosu nav iedomājama, neminot elektronu, protonu vai neitronu. Jebkurā atsauces materiālā par fiziku vai ķīmiju mēs atradīsim to masu ar precizitāti līdz devītajai zīmei aiz komata, to elektrisko lādiņu, kalpošanas laiku utt. Piemēram, saskaņā ar šīm atsauces grāmatām elektrona masa ir 9,10938291 (40) x 10 -31 kg, elektriskais lādiņš mīnus 1,602176565 (35) x 10 -19 C, kalpošanas laiks ir bezgalīgs vai vismaz 4,6 x 10. 26 gadi (Wikipedia).

Elektrona parametru noteikšanas precizitāte ir iespaidīga, un lepnums par civilizācijas zinātnes sasniegumiem piepilda mūsu sirdis! Tiesa, tajā pašā laikā iezogas arī dažas šaubas, no kurām, lai kā censtos, nevar tikt vaļā. Es uzskatu, ka elektrona masas noteikšana, kas vienāda ar vienu miljardu — miljardu miljardo daļu no kilograma, un pat nosvērt to līdz devītajai zīmei aiz komata, tas nemaz nav viegls uzdevums, tāpat kā elektrona dzīves ilguma mērīšana pie 4 600 000 000 000 000 000 000 000 000 gadi.

Turklāt neviens nekad nav redzējis šo elektronu. Mūsdienīgākie mikroskopi ļauj redzēt tikai elektronu mākoni ap atoma kodolu, kurā, kā uzskata zinātnieki, elektrons pārvietojas ar milzīgu ātrumu (1. att.). Mēs vēl nezinām precīzu elektrona izmēru, ne formu, ne rotācijas ātrumu. Patiesībā mēs ļoti maz zinām par elektronu, kā arī par protonu un neitronu. Mēs varam tikai spekulēt un minēt. Diemžēl šodien tas ir viss, ko varam darīt.

Rīsi. 1. Elektronu mākoņu fotogrāfija, ko fiziķi uzņēma Harkovas Fizikas un tehnoloģijas institūtā 2009. gada septembrī

Bet elektrons vai protons ir mazākās elementārdaļiņas, kas veido jebkuras vielas atomu. Un, ja mūsu tehniskie līdzekļi mikropasaules pētīšanai vēl neļauj mums redzēt daļiņas un atomus, varbūt mēs sāksim ar kaut ko citu O lielāka un zināmāka? Piemēram, no molekulas! Tas sastāv no atomiem. Molekula ir lielāks un saprotamāks objekts, kas, visticamāk, tiks pētīts dziļāk.

Diemžēl man atkal nākas jūs vilties. Molekulas mums ir saprotamas tikai uz papīra abstraktu formulu un to domājamās struktūras zīmējumu veidā. Mēs arī vēl nevaram iegūt skaidru priekšstatu par molekulu ar izteiktām saitēm starp atomiem.

2009. gada augustā, izmantojot atomu spēka mikroskopijas tehnoloģiju, Eiropas pētniekiem pirmo reizi izdevās attēlot diezgan lielas pentacēna molekulas (C 22 H 14) struktūru. Vismodernākās tehnoloģijas ļāva izšķirt tikai piecus gredzenus, kas nosaka šī ogļūdeņraža struktūru, kā arī atsevišķu oglekļa un ūdeņraža atomu plankumus (2. att.). Un tas ir viss, ko mēs šobrīd varam darīt...

Rīsi. 2. Pentacēna molekulas strukturālais attēlojums (augšā)

un viņas foto (zemāk)

No vienas puses, iegūtās fotogrāfijas ļauj apgalvot, ka ķīmiķu zinātnieku izvēlētais ceļš, aprakstot molekulu sastāvu un uzbūvi, vairs nav apšaubāms, bet, no otras puses, varam tikai nojaust.

Kā galu galā notiek atomu savienojums molekulā un elementārdaļiņas atomā? Kāpēc šīs atomu un molekulārās saites ir stabilas? Kā viņi veidojas, kādi spēki viņus atbalsta? Kā izskatās elektrons, protons vai neitrons? Kāda ir to struktūra? Kas ir atoma kodols? Kā protons un neitrons pastāv līdzās vienā telpā un kāpēc tie atgrūž no tā elektronu?

Ir daudz šāda veida jautājumu. Arī atbildes. Tiesa, daudzas atbildes ir balstītas tikai uz pieņēmumiem, kas rada jaunus jautājumus.

Mani pirmie mēģinājumi iekļūt mikropasaules noslēpumos saskārās ar diezgan virspusēju mūsdienu zinātnes priekšstatu par daudzām fundamentālām zināšanām par mikropasaules objektu uzbūvi, to funkcionēšanas principiem, to savstarpējo saistību un attiecību sistēmām. Izrādījās, ka cilvēce joprojām skaidri nesaprot, kā ir uzbūvēts atoma kodols un to veidojošās daļiņas – elektroni, protoni un neitroni. Mums ir tikai vispārējs priekšstats par to, kas patiesībā notiek atoma kodola skaldīšanas laikā, kādi notikumi var notikt šī procesa ilgajā gaitā.

Kodolreakciju izpēte aprobežojās ar procesu novērošanu un noteiktu cēloņsakarību noteikšanu, kas iegūta eksperimentāli. Pētnieki ir iemācījušies noteikt tikai uzvedība noteiktas daļiņas vienā vai citā ietekmē. Tas arī viss! Neizprotot to uzbūvi, neatklājot mijiedarbības mehānismus! Tikai uzvedība! Pamatojoties uz šo uzvedību, tika noteiktas noteiktu parametru atkarības, un, lai iegūtu lielāku nozīmi, šie eksperimentālie dati tika ievietoti daudzlīmeņu matemātiskās formulās. Tā ir visa teorija!

Diemžēl ar to pietika, lai drosmīgi sāktu celtniecību. atomelektrostacijas, dažādi paātrinātāji, sadursmes un kodolbumbu radīšana. Saņēmusi primārās zināšanas par kodolprocesiem, cilvēce nekavējoties uzsāka bezprecedenta sacīksti par spēcīgas enerģijas glabāšanu tās kontrolē.

Ar kodolpotenciālu bruņoto valstu skaits pieauga ar lēcieniem un robežām. Kodolieroču raķetes milzīgā skaitā draudīgi paskatījās uz saviem nedraudzīgajiem kaimiņiem. Sāka parādīties atomelektrostacijas, kas nepārtraukti ražoja lēti elektriskā enerģija. Milzīgas naudas summas tika iztērētas arvien jaunu un jaunu projektu kodolizveidei. Zinātne, mēģinot ieskatīties atoma kodolā, intensīvi būvēja ultramodernus daļiņu paātrinātājus.

Tomēr matērija nesasniedza atoma un tā kodola struktūru. Aizraušanās pēc arvien jaunu daļiņu meklējumiem un tiekšanās pēc Nobela regālijām ir atstājusi otrajā plānā dziļu izpēti par atoma kodola uzbūvi un tajā ietvertajām daļiņām.

Bet virspusējas zināšanas par kodolprocesiem ekspluatācijas laikā uzreiz izpaudās negatīvi kodolreaktori un vairākās situācijās izraisīja spontānu kodolķēdes reakciju rašanos.

Šis saraksts parāda spontānu kodolreakciju datumus un vietas:

21.08.1945. ASV, Losalamos Nacionālā laboratorija.

21.05.1946. ASV, Losalamos Nacionālā laboratorija.

15.03.1953. PSRS, Čeļabinska-65, PA "Mayak".

21.04.1953. PSRS, Čeļabinska-65, PA "Mayak".

16/06/1958. ASV, Oak Ridge, radioķīmiskā rūpnīca Y-12.

15/10/1958. Dienvidslāvija, B. Kidriha institūts.

30.12.1958. ASV, Losalamosas Nacionālā laboratorija.

01/03/1963. PSRS, Tomska-7, Sibīrijas ķīmiskā rūpnīca.

23.07.1964. ASV, Woodreaver, radioķīmiskā rūpnīca.

30.12.1965 Beļģija, Mol.

03/05/1968. PSRS, Čeļabinska-70, VNIITF.

10.12.1968. PSRS, Čeļabinska-65, PA "Mayak".

26.05.1971. PSRS, Maskava, Atomenerģijas institūts.

13.12.1978. PSRS, Tomska-7, Sibīrijas ķīmiskā rūpnīca.

23.09.1983. Argentīna, RA-2 reaktors.

15.05.1997. Krievija, Novosibirska, ķīmisko koncentrātu rūpnīca.

17.06.1997. Krievija, Sarovs, VNIIEF.

30.09.1999. Japāna, Tokaimura, kodoldegvielas rūpnīca.

Šim sarakstam jāpievieno daudzi negadījumi, kuros iesaistīti gaisa un zemūdens pārvadātāji. kodolieroči, incidenti kodoldegvielas cikla uzņēmumos, ārkārtas situācijas atomelektrostacijās, ārkārtas situācijas kodolbumbu un kodoltermisko bumbu izmēģinājumu laikā. Černobiļas un Fukušimas traģēdijas uz visiem laikiem paliks mūsu atmiņā. Aiz šīm katastrofām un ārkārtas situācijām tūkstošiem miruši cilvēki. Un tas liek domāt ļoti nopietni.

Jau doma par atomelektrostaciju darbību, kas var acumirklī pārvērst visu pasauli par nepārtrauktu radioaktīvu zonu, ir biedējoša. Diemžēl šīs bailes ir pamatotas. Pirmkārt, tāpēc, ka kodolreaktoru radītāji savā darbībā izmantoja nevis fundamentālās zināšanas, bet gan atsevišķu matemātisku atkarību un daļiņu uzvedības izklāstu, uz kuru pamata tika uzbūvēta bīstama kodolbūve. Zinātniekiem kodolreakcijas joprojām ir sava veida “melnā kaste”, kas darbojas, ievērojot noteiktas darbības un prasības.

Taču, ja šajā “kastē” kaut kas sāk notikt un šis “kaut kas” nav aprakstīts instrukcijās un iziet ārpus iegūto zināšanu robežām, tad mēs, ja neskaitām savu varonību un neintelektuālo darbu, neko nevaram iebilst. uz notiekošo kodolkatastrofu. Cilvēku masas ir spiestas vienkārši pazemīgi gaidīt draudošās briesmas, gatavoties briesmīgām un neaptveramām sekām, virzoties uz, viņuprāt, drošā attālumā. Kodoltehniķi vairumā gadījumu tikai parausta plecus, lūdzot un gaidot palīdzību no augstākajiem spēkiem.

Japānas kodolzinātnieki, kas bruņoti ar vismodernākajām tehnoloģijām, joprojām nevar ierobežot Fukušimas atomelektrostaciju, kas ilgstoši bija bez sprieguma. Viņi var vien konstatēt, ka 2013.gada 18.oktobrī radiācijas līmenis gruntsūdeņos pārsniedza normu vairāk nekā 2500 reižu. Pēc dienas līmenis radioaktīvās vielasūdenī pieauga gandrīz 12 000 reižu! Kāpēc?! Japāņu speciālisti vēl nevar atbildēt uz šo jautājumu vai apturēt šos procesus.

Atombumbas radīšanas risks joprojām bija kaut kā pamatots. Saspringtā militāri politiskā situācija uz planētas prasīja no karojošajām valstīm bezprecedenta aizsardzības un uzbrukuma pasākumus. Pakļaujoties situācijai, kodolpētnieki riskēja, neiedziļinoties elementārdaļiņu un atomu kodolu uzbūves un darbības sarežģītībā.

Taču miera laikā bija jāsāk būvēt atomelektrostacijas un visa veida koliderus tikai ar nosacījumu, Kas Zinātne ir pilnībā izpratusi atoma kodola, elektrona, neitrona, protona uzbūvi un to attiecības. Turklāt atomelektrostacijās kodolreakcija ir stingri jākontrolē. Bet jūs varat patiešām un efektīvi pārvaldīt tikai to, ko jūs rūpīgi zināt. It īpaši, ja tas attiecas uz mūsdienu jaudīgāko enerģijas veidu, kuru nemaz nav viegli ierobežot. Tas, protams, nenotiek. Ne tikai atomelektrostaciju būvniecības laikā.

Pašlaik Krievijā, Ķīnā, ASV un Eiropā ir 6 dažādi sadursmētāji - spēcīgi pretplūsmu daļiņu paātrinātāji, kas paātrina tās līdz milzīgam ātrumam, piešķirot daļiņām augstu kinētiskā enerģija lai pēc tam tos piespiestu vienu pret otru. Sadursmes mērķis ir izpētīt daļiņu sadursmju produktus cerībā, ka to sabrukšanas procesā būs iespējams ieraudzīt ko jaunu un līdz šim nezināmu.

Ir skaidrs, ka pētnieki ir ļoti ieinteresēti redzēt, kas no tā visa sanāks. Daļiņu sadursmes rādītāji un zinātniskie pētījumi pieaug, bet zināšanas par sadursmes struktūru jau ir daudzus, daudzus gadus paliek tajā pašā līmenī. Joprojām nav pamatotu prognožu par plānoto pētījumu rezultātiem, un arī nevar būt. Ne jau nejauši. Mēs lieliski saprotam, ka zinātniskā prognozēšana ir iespējama tikai tad, ja mums ir precīzas un pārbaudītas zināšanas vismaz par prognozētā procesa detaļām. Mūsdienu zinātnei vēl nav tādu zināšanu par elementārdaļiņām. Šajā gadījumā var pieņemt, ka galvenais princips esošās metodes Pētījums kļūst par pozīciju: "Mēģināsim to izdarīt un redzēsim, kas notiks." Diemžēl.

Tāpēc ir gluži dabiski, ka mūsdienās arvien biežāk tiek apspriesti jautājumi, kas saistīti ar eksperimentu bīstamību. Runa pat nav par to, vai eksperimentu laikā var rasties mikroskopiski melnie caurumi, kas, augot, var aprīt mūsu planētu. Es neticu tādai iespējai, vismaz mūsdienu līmenī un savas intelektuālās attīstības stadijā.

Taču pastāv dziļākas un reālākas briesmas. Piemēram, lielajā hadronu paātrinātājā protonu vai svina jonu plūsmas saduras dažādās konfigurācijās. Šķiet, kādus draudus var radīt mikroskopiskas daļiņas un pat zem zemes tunelī, kas ir pārklāts ar spēcīgu metāla un betona aizsardzību? Daļiņa, kas sver 1 672 621 777(74) x 10 -27 kg, un ciets, vairākas tonnas smags, vairāk nekā 26 kilometrus garš tunelis smagas augsnes biezumā ir nepārprotami nesalīdzināmas kategorijas.

Tomēr draudi pastāv. Veicot eksperimentus, visticamāk, notiks nekontrolēta milzīga enerģijas daudzuma izdalīšanās, kas parādīsies ne tikai intranukleāro spēku pārrāvuma rezultātā, bet arī enerģija, kas atrodas protonu vai svina jonu iekšpusē. Kodolsprādziens Mūsdienu ballistiskās raķetes, kas balstītas uz atoma intranukleārās enerģijas izlaišanu, nešķitīs sliktākas par Jaungada krekeri salīdzinājumā ar jaudīgo enerģiju, kas var izdalīties elementārdaļiņu iznīcināšanas laikā. Pavisam negaidīti varam izlaist pasaku džinu no pudeles. Bet ne jau tas lokanais, labsirdīgais un džeks, kurš tikai klausās un paklausa, bet gan nevaldāms, visvarens un nesaudzīgs briesmonis, kurš nepazīst žēlastību un žēlastību. Un tas nebūs pasakains, bet diezgan reāls.

Bet pats ļaunākais ir tas, ka, gluži kā kodolbumbā, arī paātrinātājā var sākties ķēdes reakcija, atbrīvojot arvien vairāk enerģijas un iznīcinot visas pārējās elementārdaļiņas. Tajā pašā laikā ir pilnīgi vienalga, no kā tās sastāvēs - no metāla tuneļa konstrukcijām, betona sienām vai akmeņiem. Enerģija izdalīsies visur, saplosot visu, kas ir saistīts ne tikai ar mūsu civilizāciju, bet ar visu planētu. Vienā mirklī no mūsu saldi zilā skaistuma var palikt tikai nožēlojamas, bezveidīgas skaidiņas, kas izkliedējas pa lielajiem un plašajiem Visuma plašumiem.

Tas, protams, ir šausmīgs, bet ļoti reāls scenārijs, un daudzi eiropieši mūsdienās to ļoti labi saprot un aktīvi iebilst pret bīstamiem neparedzamiem eksperimentiem, pieprasot nodrošināt planētas un civilizācijas drošību. Ar katru reizi šīs runas kļūst arvien organizētākas un vairo iekšējās bažas par esošo situāciju.

Es neesmu pret eksperimentiem, jo ​​lieliski saprotu, ka ceļš uz jaunām zināšanām vienmēr ir ērkšķains un grūts. Bez eksperimentiem to pārvarēt ir gandrīz neiespējami. Tomēr esmu dziļi pārliecināts, ka katrs eksperiments ir jāveic tikai tad, ja tas ir drošs cilvēkiem un videi. Šodien mums nav pārliecības par šādu drošību. Nē, jo nav zināšanu par tām daļiņām, ar kurām mēs jau šodien eksperimentējam.

Situācija izrādījās daudz satraucošāka, nekā iepriekš biju iedomājies. Nopietni noraizējies, es iegrimu zināšanu pasaulē par mikrokosmu. Atzīšos, tas man nesagādāja lielu prieku, jo izstrādātajās mikropasaules teorijās, izmantojot kvantu fizikas, kvantu mehānikas teorētiskos principus, bija grūti aptvert skaidru saistību starp dabas parādībām un secinājumiem, uz kuriem daži zinātnieki balstījās. un elementārdaļiņu teorija kā pētniecības aparāts.

Iedomājieties manu izbrīnu, kad pēkšņi atklāju, ka zināšanas par mikropasauli vairāk balstās uz pieņēmumiem, kuriem nav skaidra loģiska pamatojuma. Ņemot vērā piesātinātus matemātiskos modeļus ar noteiktām konvencijām Planka konstantes formā ar konstanti, kas pārsniedz trīsdesmit nulles aiz komata, dažādiem aizliegumiem un postulātiem, tomēr teorētiķi aprakstīja pietiekami detalizēti un precīzi. A Vai ir praktiskas situācijas, kas atbild uz jautājumu: "Kas notiks, ja...?" Taču galvenais jautājums: “Kāpēc tas notiek?” diemžēl palika neatbildēts.

Man šķita, ka izprast bezgalīgo Visumu un tā ļoti tālajām galaktikām, kas izplatās fantastiski lielos attālumos, ir daudz grūtāk nekā atrast zināšanu ceļu uz to, kas patiesībā "guļ zem mūsu kājām". Pamatojoties uz jūsu vidējo un augstākā izglītība, es patiesi ticēju, ka mūsu civilizācijai vairs nav jautājumu par atoma un tā kodola uzbūvi vai par elementārdaļiņām un to uzbūvi, vai par spēkiem, kas notur elektronu orbītā un uztur stabilu savienojumu starp protoniem un neitroniem atoma kodols.

Līdz tam brīdim man nebija jāmācās kvantu fizikas pamati, taču es biju pārliecināts un naivi pieņēmu, ka šī jaunā fizika ir tā, kas mūs patiešām izvedīs no mikropasaules pārpratuma tumsas.

Bet, man par dziļu skumju, es kļūdījos. Mūsdienu kvantu fizika, atoma kodola un elementārdaļiņu fizika un visa mikropasaules fizika, manuprāt, nav tikai nožēlojamā stāvoklī. Viņi ilgu laiku ir iestrēguši intelektuālā strupceļā, kas nevar ļaut viņiem attīstīties un pilnveidoties, virzoties pa atoma un elementārdaļiņu zināšanu ceļu.

Mikropasaules pētnieki, kurus stingri ierobežo 19. un 20. gadsimta lielo teorētiķu iedibinātie nesatricināmie viedokļi, vairāk nekā simts gadus nav uzdrošinājušies atgriezties pie savām saknēm un atkal sākt grūto pētījumu ceļu uz pasaules dziļumiem. mūsu apkārtējā pasaule. Mans ļoti kritiskais skatījums uz pašreizējo situāciju mikropasaules izpēte nebūt nav vienīgā. Daudzi progresīvi pētnieki un teorētiķi ne reizi vien ir pauduši savu viedokli par problēmām, kas rodas, izprotot atoma kodola un elementārdaļiņu teorijas, kvantu fizikas un kvantu mehānikas pamatus.

Mūsdienu teorētiskās kvantu fizikas analīze ļauj izdarīt noteiktu secinājumu, ka teorijas būtība slēpjas noteiktu daļiņu un atomu vidējo vērtību matemātiskā attēlojumā, pamatojoties uz noteiktas mehānistiskās statistikas rādītājiem. Teorijā galvenais nav elementārdaļiņu, to struktūras, savienojumu un mijiedarbības izpēte noteiktu izpausmēs. dabas parādības, bet vienkāršoti varbūtības matemātiskie modeļi, kuru pamatā ir eksperimentu laikā iegūtās atkarībās.

Diemžēl šeit, kā arī relativitātes teorijas izstrādes gaitā pirmajā vietā tika izvirzītas atvasinātās matemātiskās atkarības, kas aizēnoja parādību būtību, to savstarpējās attiecības un rašanās cēloņus.

Elementārdaļiņu struktūras izpēte aprobežojās ar pieņēmumu par trīs hipotētisku kvarku klātbūtni protonos un neitronos, kuru šķirnes, attīstoties šim teorētiskajam pieņēmumam, mainījās no diviem, pēc tam trim, četriem, sešiem, divpadsmit. Zinātne vienkārši pielāgojās eksperimentu rezultātiem, spiesta izgudrot jaunus elementus, kuru esamība joprojām nav pierādīta. Šeit mēs varam dzirdēt par preoniem un gravitoniem, kas vēl nav atrasti. Varat būt pārliecināti, ka hipotētisko daļiņu skaits turpinās pieaugt, jo zinātne par mikropasauli arvien dziļāk nonāk strupceļā.

Sapratnes trūkums fizikālie procesi, kas notiek elementārdaļiņu un atomu kodolu iekšienē, mikropasaules sistēmu un elementu mijiedarbības mehānisms mūsdienu zinātnes arēnā ienesa hipotētiskus elementus - mijiedarbības nesējus - piemēram, mērinstrumentu un vektoru bozonus, gluonus, virtuālos fotonus. Viņi ir tie, kas atrodas to vienību saraksta augšgalā, kas ir atbildīgi par dažu daļiņu mijiedarbības procesiem ar citām. Un tas nav svarīgi, ka pat viņu netiešās pazīmes nav atklātas. Ir svarīgi, lai viņi vismaz kaut kādā veidā būtu atbildīgi par to, ka atoma kodols nesadalās tā sastāvdaļās, ka Mēness nekrīt uz Zemes, ka elektroni joprojām griežas savā orbītā un ka planētas magnētiskais lauks joprojām pasargā mūs no kosmiskās ietekmes.

Tas viss mani sarūgtināja, jo, jo vairāk iedziļinājos mikropasaules teorijās, jo vairāk pieauga mana izpratne par pasaules uzbūves teorijas svarīgākās sastāvdaļas strupceļa attīstību. Mūsdienu zinātnes nostāja par mikrokosmosu nav nejauša, bet gan dabiska. Fakts ir tāds, ka deviņpadsmitā gadsimta beigās un divdesmitā gadsimta sākumā kvantu fizikas pamatus lika Nobela prēmijas laureāti Makss Planks, Alberts Einšteins, Nīls Bors, Ervins Šrēdingers, Volfgangs Pauli un Pols Diraks. Fiziķiem tajā laikā bija tikai dažu sākotnējo eksperimentu rezultāti, kuru mērķis bija izpētīt atomus un elementārdaļiņas. Tomēr jāatzīst, ka šie pētījumi tika veikti ar tam laikam atbilstošām nepilnīgām iekārtām, un eksperimentālā datu bāze tikai sāka aizpildīties.

Tāpēc nav pārsteidzoši, ka klasiskā fizika ne vienmēr varēja atbildēt uz daudzajiem jautājumiem, kas radās mikropasaules izpētes laikā. Tāpēc divdesmitā gadsimta sākumā zinātnes pasaulē sāka runāt par fizikas krīzi un nepieciešamību pēc revolucionārām izmaiņām mikropasaules izpētes sistēmā. Šī situācija noteikti mudināja progresīvos teorētiskos zinātniekus meklēt jaunus veidus un jaunas metodes mikropasaules izpratnei.

Problēma, jāatzīst, nebija klasiskās fizikas novecojušajos priekšrakstos, bet gan nepietiekami attīstītā tehniskajā bāzē, kas tolaik, gluži saprotami, nespēja nodrošināt nepieciešamos pētījumu rezultātus un dot barību dziļākām teorētiskām izstrādnēm. Vajadzēja aizpildīt robu. Un tas bija piepildīts. Jauna teorija - kvantu fizika, kuras pamatā galvenokārt ir varbūtība matemātiskie attēlojumi. Tam nebija nekā slikta, izņemot to, ka tajā pašā laikā viņi aizmirsa filozofiju un atrāvās no reālās pasaules.

Klasiskās idejas par atomu, elektronu, protonu, neitronu utt. tika aizstāti ar to varbūtības modeļiem, kas atbilda noteiktam zinātnes attīstības līmenim un pat ļāva atrisināt ļoti sarežģītus lietišķus inženiertehniskās problēmas. Nepieciešamās tehniskās bāzes trūkums un daži panākumi mikropasaules elementu un sistēmu teorētiskajā un eksperimentālajā attēlojumā radīja apstākļus zināmai zinātniskās pasaules atdzišanai pretī padziļinātai elementārdaļiņu, atomu un to kodolu struktūras izpētei. . Turklāt šķita, ka mikropasaules fizikas krīze ir apdzisusi, bija notikusi revolūcija. Zinātniskā sabiedrība dedzīgi steidzās pētīt kvantu fiziku, nepūloties izprast elementāro un fundamentālo daļiņu pamatus.

Dabiski, ka šis mūsdienu zinātnes stāvoklis par mikropasauli mani nespēja vien sajūsmināt, un es uzreiz sāku gatavoties jaunai ekspedīcijai, jaunam ceļojumam. Uz ceļojumu mikropasaulē. Mēs jau esam veikuši līdzīgu braucienu. Šis bija pirmais ceļojums galaktiku, zvaigžņu un kvazāru pasaulē, tumšās matērijas un tumšās enerģijas pasaulē, pasaulē, kurā piedzimst mūsu Visums un dzīvo pilnvērtīgu dzīvi. Savā ziņojumā "Visuma elpa. Pirmais brauciens“Mēs centāmies izprast Visuma uzbūvi un tajā notiekošos procesus.

Saprotot, ka arī otrais ceļojums nebūs viegls un prasīs miljardiem triljonu reižu, lai samazinātu telpas mērogu, kurā man būs jāpēta apkārtējā pasaule, sāku gatavoties iekļūt ne tikai atoma struktūrā. vai molekulā, bet arī elektrona un protona, neitrona un fotona dziļumos, un tilpumos, kas miljoniem reižu mazāki par šo daļiņu tilpumiem. Tam bija nepieciešama īpaša apmācība, jaunas zināšanas un moderns aprīkojums.

Gaidāmais ceļojums ietvēra no pašiem mūsu pasaules radīšanas pirmsākumiem, un tieši šis sākums bija visbīstamākais un ar visneparedzamāko iznākumu. Bet no mūsu ekspedīcijas bija atkarīgs, vai mēs atradīsim izeju no pašreizējās situācijas mikrokosmosa zinātnē, vai arī paliksim balansējot uz mūsdienu kodolenerģijas drebošā virves tilta, katru sekundi pakļaujot sevi nāves briesmas civilizācijas dzīve un pastāvēšana uz planētas.

Lieta tāda, ka, lai uzzinātu sākotnējos mūsu pētījuma rezultātus, bija jānokļūst Visuma melnajā caurumā un, atstājot novārtā pašsaglabāšanās sajūtu, jāiesteidzas universālā tuneļa degošajā ellē. Tikai tur, īpaši augstas temperatūras un fantastiska spiediena apstākļos, uzmanīgi pārvietojoties strauji rotējošās materiāla daļiņu plūsmās, mēs varētu redzēt, kā notiek daļiņu un antidaļiņu iznīcināšana un kā atdzimst visu lietu lielais un varenais sencis - ēteris. , izprast visus notiekošos procesus, tostarp daļiņu, atomu un molekulu veidošanos.

Ticiet man, uz Zemes nav daudz pārdrošnieku, kas varētu izlemt to darīt. Turklāt rezultātu neviens negarantē un neviens nav gatavs uzņemties atbildību par šī brauciena veiksmīgo iznākumu. Civilizācijas pastāvēšanas laikā neviens pat nav apmeklējis galaktikas melno caurumu, bet šeit - VISUMS!Šeit viss ir pieaudzis, grandiozs un kosmiski mērogots. Šeit nav joku. Šeit viņi vienā mirklī var pagriezties cilvēka ķermenis mikroskopiskā karstās enerģijas receklī vai izkaisīt to pa bezgalīgi aukstiem kosmosa plašumiem bez atjaunošanas un atkalapvienošanās tiesībām. Tas ir Visums! Milzīgs un majestātisks, auksts un karsts, bezgalīgs un noslēpumains...

Tāpēc, aicinot visus pievienoties mūsu ekspedīcijai, man jābrīdina, ka, ja kādam ir šaubas, nav par vēlu atteikties. Jebkuri iemesli tiek pieņemti. Mēs pilnībā apzināmies briesmu apmēru, taču esam gatavi drosmīgi stāties tām pretī par katru cenu! Mēs gatavojamies ienirt Visuma dzīlēs.

Ir skaidrs, ka pasargāt sevi un palikt dzīvam, ienirstot karstā universālajā tunelī, kas piepildīts ar spēcīgiem sprādzieniem un kodolreakcijām, nebūt nav viegli, un mūsu aprīkojumam ir jāatbilst apstākļiem, kādos mums būs jāstrādā. Tāpēc visiem šīs bīstamās ekspedīcijas dalībniekiem ir obligāti jāsagatavo labākais aprīkojums un rūpīgi jāapsver aprīkojums.

Pirmkārt, mūsu otrajā ceļojumā mēs dosimies uz to, kas ļāva mums pārvarēt ļoti sarežģītu ceļu pāri Visuma plašumiem, kad mēs strādājām pie savas ekspedīcijas ziņojuma. "Visuma elpa. Pirmais brauciens." Protams, ka tā ir pasaules likumi. Bez to izmantošanas mūsu pirmais ceļojums diez vai varētu beigties veiksmīgi. Tieši likumi ļāva atrast pareizo ceļu starp nesaprotamu parādību uzkrāšanos un apšaubāmajiem pētnieku secinājumiem to izskaidrošanai.

Ja atceries pretstatu līdzsvara likums, iepriekš nosakot, ka pasaulē jebkurai realitātes izpausmei, jebkurai sistēmai ir pretēja būtība un tā ir vai cenšas būt ar to līdzsvarā, ļāva saprast un pieņemt apkārtējā pasaulē papildus parastajai enerģijai arī tumsas klātbūtni. enerģiju, kā arī, papildus parastajai matērijai, arī tumšo vielu. Pretstatu līdzsvara likums ļāva pieņemt, ka pasaule sastāv ne tikai no ētera, bet arī ēteris sastāv no diviem tā veidiem – pozitīvā un negatīvā.

Universālā starpsavienojuma likums, kas nozīmē stabilu, atkārtotu savienojumu starp visiem objektiem, procesiem un sistēmām Visumā neatkarīgi no to mēroga, un hierarhijas likums, sakārtojot jebkuras sistēmas līmeņus Visumā no zemākā līdz augstākajam, ļāva izveidot loģiskas “būtņu kāpnes” no ētera, daļiņām, atomiem, vielām, zvaigznēm un galaktikām uz Visumu. Un pēc tam atrodiet veidus, kā pārvērst neticami milzīgu galaktiku, zvaigžņu, planētu un citu materiālo objektu skaitu, vispirms daļiņās un pēc tam karsta ētera plūsmās.

Mēs atradām apstiprinājumu šiem uzskatiem darbībā. attīstības likums, kas nosaka evolūcijas kustību visās mums apkārtējās pasaules sfērās. Analizējot šo likumu darbību, mēs nonācām pie Visuma formas un struktūras izpratnes, uzzinājām galaktiku evolūciju un redzējām daļiņu un atomu, zvaigžņu un planētu veidošanās mehānismus. Mums kļuva pilnīgi skaidrs, kā no mazā veidojas lielais, no lielā – mazais.

Tikai izpratne kustības nepārtrauktības likums, kas interpretē objektīvu nepārtrauktas kustības kosmosā procesa nepieciešamību bez izņēmuma visiem objektiem un sistēmām, ļāva mums realizēt Visuma un galaktiku kodola rotāciju ap universālo tuneli.

Pasaules uzbūves likumi bija sava veida mūsu ceļojuma karte, kas palīdzēja virzīties pa maršrutu un pārvarēt tā grūtākos posmus un šķēršļus, ar kādiem nākas saskarties pasaules izpratnes ceļā. Tāpēc pasaules uzbūves likumi būs mūsu tehnikas svarīgākais atribūts šajā ceļojumā Visuma dzīlēs.

Otrs svarīgais nosacījums, lai veiksmīgi iekļūtu Visuma dzīlēs, protams, būs eksperimentālie rezultāti zinātniekus viņi veica vairāk nekā simts gadus, un viss zināšanu un informācijas krājums par parādībām mikropasaule uzkrājusi mūsdienu zinātne. Pirmajā ceļojumā pārliecinājāmies, ka daudzas dabas parādības var interpretēt dažādi un izdarīt pilnīgi pretējus secinājumus.

Nepareizi secinājumi, ko atbalsta apgrūtinošas matemātiskās formulas, kā likums, noved zinātni strupceļā un nesniedz nepieciešamo attīstību. Tie liek pamatu turpmākai kļūdainai domāšanai, kas savukārt veido izstrādāto kļūdaino teoriju teorētiskās pozīcijas. Runa nav par formulām. Formulas var būt pilnīgi pareizas. Taču pētnieku lēmumi par to, kā un pa kādu ceļu virzīties uz priekšu, var nebūt pilnīgi pareizi.

Situāciju var salīdzināt ar vēlmi pa diviem ceļiem nokļūt no Parīzes uz Šarla de Golla vārdā nosaukto lidostu. Pirmā ir īsākā, kas var aizņemt ne vairāk kā pusstundu, izmantojot tikai automašīnu, bet otrā ir tieši otrādi, visā pasaulē ar automašīnu, kuģi, speciālu aprīkojumu, laivām, suņu pajūgiem pāri Francijai, Atlantijas okeānam, Dienvidamerika, Antarktīda, Klusais okeāns, Arktiku un visbeidzot cauri Francijas ziemeļaustrumiem tieši uz lidostu. Abi ceļi mūs vedīs no viena punkta uz vienu un to pašu vietu. Bet pa kuru laiku un ar kādām pūlēm? Jā, un saglabāt precizitāti un sasniegt galamērķi garā un grūtā ceļojumā ir ļoti problemātiski. Tāpēc svarīgs ir ne tikai kustības process, bet arī pareizā ceļa izvēle.

Savā ceļojumā, tāpat kā pirmajā ekspedīcijā, mēģināsim nedaudz savādāk paskatīties uz jau izdarītajiem un visas zinātnes pasaules pieņemtajiem secinājumiem par mikropasauli. Pirmkārt, saistībā ar zināšanām, kas iegūtas, pētot elementārdaļiņas, kodolreakciju un esošo mijiedarbību. Pilnīgi iespējams, ka mūsu iegremdēšanas rezultātā Visuma dzīlēs elektrons mūsu priekšā parādīsies nevis kā bezstruktūras daļiņa, bet gan kā kāds sarežģītāks mikropasaules objekts, un atoma kodols atklās savu daudzveidību. struktūra, dzīvo savu neparasto un aktīvu dzīvi.

Neaizmirsīsim paņemt līdzi loģiku. Viņa ļāva mums atrast savu ceļu visvairāk sarežģītas vietas mūsu pēdējais ceļojums. Loģika bija sava veida kompass, kas norādīja virzienu pareizais ceļš ceļojumā pa Visuma plašumiem. Skaidrs, ka arī tagad bez tā neiztikt.

Tomēr ar loģiku vien noteikti nepietiks. Šajā ekspedīcijā mēs nevaram iztikt bez intuīcijas. Intuīcijaļaus mums atrast kaut ko tādu, par ko vēl nevaram pat nojaust un kur pirms mums neviens neko nav meklējis. Tieši intuīcija ir mūsu brīnišķīgais palīgs, kura balsī mēs uzmanīgi klausīsimies. Intuīcija liks mūs kustēties neatkarīgi no lietus un aukstuma, sniega un sala, bez stingras cerības un skaidras informācijas, taču tieši tas ļaus mums sasniegt mērķi pretēji visiem noteikumiem un vadlīnijām, kuras ievēro visa cilvēce. pieraduši kopš skolas laikiem.

Visbeidzot, mēs nekur nevaram doties bez mūsu neierobežotās iztēles. Iztēle- tas ir mums nepieciešamais zināšanu rīks, kas ļaus mums bez vismodernākajiem mikroskopiem redzēt to, kas ir daudz mazāks par jau atklātajām vai tikai pētnieku pieņemtajām mazākajām daļiņām. Iztēle mums demonstrēs visus melnajā caurumā un universālajā tunelī notiekošos procesus, nodrošinās rašanās mehānismus gravitācijas spēki daļiņu un atomu veidošanās laikā tas vedīs pa atoma kodola galerijām un dos iespēju veikt aizraujošu lidojumu uz viegli rotējoša elektrona ap cieto, bet neveiklo protonu un neitronu kompāniju atoma kodolā.

Diemžēl šajā ceļojumā Visuma dziļumos mēs neko citu nevarēsim paņemt - vietas ir ļoti maz, un mums ir jāierobežo sevi pat ar visnepieciešamākajām lietām. Bet tas mūs nevar apturēt! Mērķis mums ir skaidrs! Visuma dzīles mūs sagaida!

Neitrīni, neticami niecīga daļiņa Visumā, ir fascinējuši zinātniekus gandrīz gadsimtu. Par neitrīno pētījumiem ir piešķirts vairāk Nobela prēmiju nekā par darbu ar jebkuru citu daļiņu, un tiek būvētas milzīgas iekārtas, lai to pētītu ar mazo valstu budžeta līdzekļiem. Aleksandrs Noziks, Krievijas Zinātņu akadēmijas Kodolpētniecības institūta vecākais pētnieks, MIPT pasniedzējs un neitrīno masas meklēšanas eksperimenta “Troitsk nu-mass” dalībnieks, stāsta, kā to pētīt, taču lielākā daļa galvenais, kā to vispirms noķert.

Nozagtās enerģijas noslēpums

Neitrīno izpētes vēsturi var lasīt kā aizraujošu detektīvu. Šī daļiņa ne reizi vien ir pārbaudījusi zinātnieku deduktīvās spējas: ne katru mīklu varēja atrisināt uzreiz, un dažas vēl nav atrisinātas. Sāksim ar atklājuma vēsturi. Radioaktīvā sabrukšana gadā sāka pētīt dažādus veidus XIX beigas gadsimtā, un nav pārsteidzoši, ka 20. gadsimta 20. gados zinātnieku arsenālā bija ne tikai instrumenti, lai reģistrētu pašu sabrukšanu, bet arī izmērītu izplūstošo daļiņu enerģiju, kaut arī ne īpaši precīzi pēc mūsdienu standartiem. Pieaugot instrumentu precizitātei, pieauga arī zinātnieku prieks un apjukums, kas cita starpā saistīts ar beta sabrukšanu, kurā no radioaktīvā kodola izlido elektrons, un pats kodols maina savu lādiņu. Šo sabrukšanu sauc par divu daļiņu, jo tā rada divas daļiņas - jaunu kodolu un elektronu. Jebkurš vidusskolēns paskaidros, ka šādā sabrukšanas laikā ir iespējams precīzi noteikt fragmentu enerģiju un impulsu, izmantojot saglabāšanas likumus un zinot šo fragmentu masas. Citiem vārdiem sakot, jebkura elementa kodola sabrukšanas gadījumā, piemēram, elektrona enerģija vienmēr būs vienāda. Praksē tika novērota pavisam cita aina. Elektronu enerģija ne tikai nebija fiksēta, bet arī tika izplatīta nepārtrauktā spektrā līdz nullei, kas izraisīja zinātnieku neizpratni. Tas var notikt tikai tad, ja kāds nozog enerģiju no beta sabrukšanas. Bet šķiet, ka nav neviena, kas to nozagtu.

Laika gaitā instrumenti kļuva arvien precīzāki, un drīz vien pazuda iespēja šādu anomāliju attiecināt uz iekārtas kļūdu. Tādējādi radās noslēpums. Meklējot tā risinājumu, zinātnieki izteikuši dažādus, pat pēc mūsdienu standartiem pilnīgi absurdus pieņēmumus. Pats Nīls Bors, piemēram, izteica nopietnu paziņojumu, ka saglabāšanas likumi elementārdaļiņu pasaulē nedarbojas. Volfgangs Pauli izglāba situāciju 1930. gadā. Viņš nevarēja ierasties uz fizikas konferenci Tībingenā un, nevarēdams piedalīties attālināti, nosūtīja vēstuli, kuru lūdza nolasīt. Šeit ir izvilkumi no tā:

“Dārgie radioaktīvie dāmas un kungi! Es lūdzu jūs ar uzmanību visērtākajā brīdī uzklausīt sūtni, kurš nogādājis šo vēstuli. Viņš jums pateiks, ka esmu atradis lielisku līdzekli saglabāšanas likumam un pareizai statistikai. Tas slēpjas elektriski neitrālu daļiņu pastāvēšanas iespējamībā... B spektra nepārtrauktība kļūs skaidra, ja pieņemsim, ka B sabrukšanas laikā šāds “neitrons” izdalās kopā ar katru elektronu, un summa "neitrona" un elektrona enerģija ir nemainīga..."

Vēstules beigās bija šādas rindas:

"Ja jūs neuzņematies risku, jūs neuzvarēsit. Situācijas smagums, ņemot vērā nepārtraukto B spektru, kļūst īpaši skaidrs pēc prof. Debijs, kurš man ar nožēlu teica: "Ak, labāk nedomāt par to visu ... kā par jauniem nodokļiem." Tāpēc ir nopietni jāapspriež katrs ceļš uz pestīšanu. Tātad, dārgie radioaktīvie cilvēki, pārbaudiet to un spriediet.

Vēlāk pats Pauli pauda bažas, ka, lai gan viņa ideja izglāba mikropasaules fiziku, jaunā daļiņa nekad netiks atklāta eksperimentāli. Viņi saka, ka viņš pat strīdējās ar saviem kolēģiem, ka, ja daļiņa pastāvētu, viņu dzīves laikā to nebūtu iespējams atklāt. Dažu nākamo gadu laikā Enriko Fermi izstrādāja beta sabrukšanas teoriju, iesaistot daļiņu, ko viņš sauca par neitrīno, kas lieliski piekrita eksperimentam. Pēc tam nevienam nebija šaubu, ka hipotētiskā daļiņa patiešām pastāv. 1956. gadā, divus gadus pirms Pauli nāves, Frederika Reinesa un Klaida Kovana komanda eksperimentāli atklāja neitrīnus reversās beta sabrukšanas procesā (Reins par to saņēma Nobela prēmiju).

Pazudušo saules neitrīnu lieta

Tiklīdz kļuva skaidrs, ka neitrīnos, lai arī sarežģītus, tomēr var atklāt, zinātnieki sāka mēģināt notvert neitrīnos. ārpuszemes izcelsme. Viņu visredzamākais avots ir Saule. Tajā pastāvīgi notiek kodolreakcijas, un var aprēķināt, ka katru zemes virsmas kvadrātcentimetru sekundē iziet aptuveni 90 miljardi saules neitrīno.

Tajā brīdī visvairāk efektīva metode Saules neitrīno ķeršana bija radioķīmiska metode. Tās būtība ir šāda: Saules neitrīno ierodas uz Zemes, mijiedarbojas ar kodolu; rezultāts ir, teiksim, 37Ar kodols un elektrons (tieši tāda reakcija tika izmantota Raimonda Deivisa eksperimentā, par ko viņam vēlāk tika piešķirta Nobela prēmija). Pēc tam, saskaitot argona atomu skaitu, mēs varam pateikt, cik neitrīno mijiedarbojās detektora tilpumā ekspozīcijas laikā. Praksē, protams, viss nav tik vienkārši. Jums jāsaprot, ka mērķī, kas sver simtiem tonnu, ir jāsaskaita atsevišķi argona atomi. Masu attiecība ir aptuveni tāda pati kā starp skudras masu un Zemes masu. Toreiz tika atklāts, ka ir nozagta ⅔ saules neitrīno (izmērītā plūsma bija trīs reizes mazāka nekā prognozēts).

Protams, aizdomas vispirms krita uz pašu Sauli. Galu galā par viņa iekšējo dzīvi mēs varam spriest tikai pēc netiešām pazīmēm. Nav zināms, kā uz tā rodas neitrīni, un pat iespējams, ka visi Saules modeļi ir nepareizi. Tika apspriests diezgan daudz dažādu hipotēžu, taču galu galā zinātnieki sāka sliecas uz domu, ka tā nav Saule, bet gan pašu neitrīno viltīgā daba.

Neliela vēsturiska atkāpe: laika posmā starp eksperimentālo neitrīno atklāšanu un saules neitrīno izpētes eksperimentiem notika vēl vairākas interesanti atklājumi. Pirmkārt, tika atklāti antineitrīni un tika pierādīts, ka neitrīno un antineitrono mijiedarbībā piedalās atšķirīgi. Turklāt visi neitrīno visās mijiedarbībās vienmēr ir kreisi (griešanās projekcija kustības virzienam ir negatīva), un visi antineitrīni ir labās puses. Šī īpašība ne tikai tiek novērota starp visām elementārdaļiņām tikai neitrīnos, bet arī netieši norāda, ka mūsu Visums principā nav simetrisks. Otrkārt, tika atklāts, ka katram lādētam leptonam (elektronam, mionam un tau leptonam) ir savs neitrīno tips jeb aromāts. Turklāt katra veida neitrīno mijiedarbojas tikai ar savu leptonu.

Atgriezīsimies pie mūsu Saules problēmas. 20. gadsimta 50. gados tika ierosināts, ka leptoniskā garša (neitrīna veids) nav jāsaglabā. Tas ir, ja vienā reakcijā piedzima elektronu neitrīno, tad ceļā uz citu reakciju neitrīno var pārģērbties un darboties kā mions. Tas varētu izskaidrot saules neitrīno trūkumu radioķīmiskos eksperimentos, kas ir jutīgi tikai pret elektronu neitrīniem. Šo hipotēzi lieliski apstiprināja Saules neitrīno plūsmas mērījumi SNO un Kamiokandes lielo ūdens mērķa scintilācijas eksperimentos (par kuriem nesen tika piešķirta vēl viena Nobela prēmija). Šajos eksperimentos vairs netiek pētīta apgrieztā beta sabrukšana, bet gan neitrīno izkliedes reakcija, kas var notikt ne tikai ar elektronu, bet arī ar mionu neitrīniem. Kad elektronu neitrīno plūsmas vietā sāka mērīt visu veidu neitrīno kopējo plūsmu, rezultāti lieliski apstiprināja neitrīno pāreju no viena veida uz otru jeb neitrīno svārstībām.

Uzbrukums standarta modelim

Neitrīno svārstību atklāšana, atrisinot vienu problēmu, radīja vairākas jaunas. Lieta ir tāda, ka kopš Pauli laikiem neitrīno tika uzskatīti par bezmasas daļiņām, piemēram, fotoniem, un tas bija piemērots visiem. Mēģinājumi izmērīt neitrīno masu turpinājās, taču bez liela entuziasma. Svārstības mainīja visu, jo to pastāvēšanai ir nepieciešama masa, lai arī cik maza. Masas atklāšana neitrīnos, protams, iepriecināja eksperimentētājus, bet mulsināja teorētiķus. Pirmkārt, masīvie neitrīno neietilpst daļiņu fizikas standarta modelī, ko zinātnieki ir veidojuši kopš 20. gadsimta sākuma. Otrkārt, tā pati noslēpumainā neitrīno kreisība un antineitronu labroba ir labi izskaidrota tikai bezmasas daļiņām. Ja ir masa, kreisajiem neitrīniem ar zināmu varbūtību vajadzētu pārveidoties par labročiem, tas ir, par antidaļiņām, pārkāpjot šķietami nemainīgo leptona skaitļa saglabāšanas likumu, vai pat pārvērsties par kaut kādiem neitrīniem, kas to dara. nepiedalīties mijiedarbībā. Mūsdienās šādas hipotētiskas daļiņas parasti sauc par steriliem neitrīniem.

Neitrīno detektors "Super Kamiokande" © Kamioka observatorija, ICRR (Kosmisko staru pētniecības institūts), Tokijas universitāte

Protams, eksperimentālie neitrīno masas meklējumi nekavējoties strauji atsākās. Taču uzreiz radās jautājums: kā izmērīt masu tam, ko nevar noķert? Atbilde ir tikai viena: neitrīnos vispār neķer. Mūsdienās visaktīvāk tiek attīstīti divi virzieni - tiešā neitrīno masas meklēšana beta sabrukšanas procesā un bez neitrīno dubultās beta sabrukšanas novērošana. Pirmajā gadījumā ideja ir ļoti vienkārša. Kodols sadalās ar elektronu un neitrīno starojumu. Nav iespējams noķert neitrīno, bet ir iespējams noķert un izmērīt elektronu ar ļoti augstu precizitāti. Elektronu spektrs satur arī informāciju par neitrīno masu. Šāds eksperiments ir viens no grūtākajiem daļiņu fizikā, taču tā neapšaubāmā priekšrocība ir tā, ka tā pamatā ir pamatprincipi enerģijas un impulsa saglabāšanās un tās rezultāts ir atkarīgs no maz. Pašlaik labākais neitrīno masas ierobežojums ir aptuveni 2 eV. Tas ir 250 tūkstošus reižu mazāk nekā elektronam. Tas ir, pati masa netika atrasta, bet to ierobežoja tikai augšējais rāmis.

Ar dubultu beta samazināšanos lietas ir sarežģītākas. Ja pieņemam, ka griešanās laikā neitrīno pārvēršas par antineitrīnu (šis modelis tiek saukts itāļu fiziķa Ettore Majorana vārdā), tad ir iespējams process, kad kodolā vienlaicīgi notiek divas beta sabrukšanas, bet neitrīno neizlido bet tiek samazināti. Šāda procesa iespējamība ir saistīta ar neitrīno masu. Augšējās robežas šādos eksperimentos ir labākas - 0,2 - 0,4 eV -, bet ir atkarīgas no fiziskā modeļa.

Masveida neitrīno problēma vēl nav atrisināta. Higsa teorija nevar izskaidrot tik mazas masas. Tas prasa ievērojamu sarežģījumu vai dažu viltīgāku likumu izmantošanu, saskaņā ar kuriem neitrīno mijiedarbojas ar pārējo pasauli. Neitrīno pētījumos iesaistītajiem fiziķiem bieži tiek uzdots jautājums: “Kā neitrīno pētījumi var palīdzēt vidusmēra cilvēkam? Kādu finansiālu vai citu labumu no šīs daļiņas var gūt? Fiziķi parausta plecus. Un viņi to tiešām nezina. Savulaik pusvadītāju diožu izpēte bija tīri fundamentāla fizika, bez jebkāda praktiska pielietojuma. Atšķirība ir tāda, ka tehnoloģijas, kas tiek izstrādātas, lai radītu modernus eksperimentus neitrīno fizikā, šobrīd tiek plaši izmantotas rūpniecībā, tāpēc katrs šajā jomā ieguldītais santīms atmaksājas diezgan ātri. Šobrīd pasaulē tiek veikti vairāki eksperimenti, kuru mērogs ir salīdzināms ar Lielā hadronu paātrinātāja mērogiem; šie eksperimenti ir paredzēti tikai neitrīno īpašību izpētei. Nav zināms, kurā no tām fizikā varēs atvērt jaunu lappusi, taču tā noteikti tiks atvērta.

Pasaule un zinātne nekad nestāv uz vietas. Pavisam nesen fizikas mācību grāmatas pārliecinoši rakstīja, ka elektrons ir mazākā daļiņa. Tad par mazākajām daļiņām kļuva mezoni, tad par bozoniem. Un tagad zinātne ir atklājusi jaunu mazākā daļiņa Visumā- Planka melnais caurums. Tiesa, tas joprojām ir atvērts tikai teorētiski. Šī daļiņa tiek klasificēta kā melnais caurums, jo tās gravitācijas rādiuss ir lielāks vai vienāds ar viļņa garumu. No visiem esošajiem melnajiem caurumiem Planka ir mazākais.

Šo daļiņu kalpošanas laiks ir pārāk īss, lai būtu iespējams to praktiski noteikt. Vismaz pagaidām. Un tie veidojas, kā parasti tiek uzskatīts, kodolreakciju rezultātā. Taču ne tikai Planka melno caurumu kalpošanas laiks neļauj tos atklāt. Tagad diemžēl tas nav iespējams no tehniskā viedokļa. Lai sintezētu Planka melnos caurumus, ir nepieciešams vairāk nekā tūkstoš elektronvoltu enerģijas paātrinātājs.

Video:

Neskatoties uz šīs mazākās daļiņas hipotētisku esamību Visumā, tās praktiskā atklāšana nākotnē ir pilnīgi iespējama. Galu galā ne tik sen nevarēja atklāt arī leģendāro Higsa bozonu. Tieši tā atklāšanai tika izveidota instalācija, par kuru nav dzirdējis tikai slinkākais Zemes iedzīvotājs - Lielais hadronu paātrinātājs. Zinātnieku pārliecība par šo pētījumu panākumiem palīdzēja sasniegt sensacionālu rezultātu. Higsa bozons šobrīd ir mazākā daļiņa, kuras eksistence ir praktiski pierādīta. Tā atklājums ir ļoti svarīgs zinātnei, tas ļāva visām daļiņām iegūt masu. Un, ja daļiņām nebūtu masas, Visums nevarētu pastāvēt. Tajā nevarēja veidoties neviena viela.

Neskatoties uz praktiski pierādīto šīs daļiņas, Higsa bozona, esamību, praktiski pielietojumi tai vēl nav izgudroti. Pagaidām tās ir tikai teorētiskas zināšanas. Bet nākotnē viss ir iespējams. Ne visiem atklājumiem fizikas jomā uzreiz bija praktisks pielietojums. Neviens nezina, kas notiks pēc simts gadiem. Galu galā, kā minēts iepriekš, pasaule un zinātne nekad nestāv uz vietas.