De kuleste små partiklene i naturen. Prolog

Hva er den minste kjente partikkelen? De regnes for tiden som de minste partiklene i universet. Den minste partikkelen i universet er Planck-partikkelen svart hull(Planck Black Hole), som så langt kun eksisterer i teorien. Planck sorte hull er det minste av alle sorte hull (på grunn av diskretiteten til massespekteret) og er et slags grenseobjekt. Men den minste partikkelen har også blitt oppdaget i universet, som nå blir nøye studert.

Det høyeste punktet i Russland ligger i Kaukasus. Da ble mesoner de minste partiklene, deretter bosoner. Denne partikkelen er klassifisert som et sort hull fordi dens gravitasjonsradius er større enn eller lik bølgelengden. Av alle de eksisterende sorte hullene er Plancks minste.

Og de blir dannet, som det er vanlig å tro, som et resultat kjernefysiske reaksjoner. Til tross for denne hypotetiske eksistensen av denne minste partikkelen i universet, er dens praktisk oppdagelse i fremtiden er fullt mulig. Det var for sin oppdagelse at det ble opprettet en installasjon som bare den lateste innbyggeren på jorden ikke har hørt om - Large Hadron Collider. Higgs boson for øyeblikket minste partikkel av dem hvis eksistens er praktisk talt bevist.

Og hvis partikler ikke hadde noen masse, kunne ikke universet eksistere. Ikke et eneste stoff kunne dannes i den. Til tross for den praktisk talt beviste eksistensen av denne partikkelen, Higgs-bosonet, er praktiske anvendelser for den ennå ikke oppfunnet. Verden vår er enorm og noe interessant, noe uvanlig og fascinerende skjer i den hver dag. Bli hos oss og lær om det meste hver dag interessante fakta fra hele verden, oh uvanlige mennesker eller ting, om skapelsen av naturen eller mennesket.

En elementær partikkel er en partikkel uten indre struktur, det vil si som ikke inneholder andre partikler [ca. 1]. Elementærpartikler- grunnleggende objekter for kvantefeltteori. De kan klassifiseres etter spinn: fermioner har et halvt heltallsspinn, og bosoner har fullt spinn. Standardmodellen for partikkelfysikk er en teori som beskriver egenskapene og interaksjonene til elementærpartikler.

De er klassifisert etter deres deltakelse i det sterke samspillet. Hadroner er definert som sterkt interagerende komposittpartikler. Se også parton (partikkel). Disse inkluderer pion, kaon, J/ψ meson og mange andre typer mesoner. Atomreaksjoner og radioaktivt forfall kan transformere en nuklid til en annen.

Et atom består av en liten, tung, positivt ladet kjerne omgitt av en relativt stor, lett sky av elektroner. Det er også kortlivede eksotiske atomer der rollen til kjernen (en positivt ladet partikkel) spilles av et positron (positronium) eller et positivt myon (muonium).

Dessverre har det ennå ikke vært mulig å registrere dem på en eller annen måte, og de eksisterer kun i teorien. Og selv om eksperimenter har blitt foreslått i dag for å oppdage sorte hull, står muligheten for implementering av dem overfor et betydelig problem. Tvert imot kan små ting gå ubemerket hen, selv om dette ikke gjør dem mindre viktige. Charaguan-sfæren (Sphaerodactylus ariasae) er det minste krypdyret i verden. Lengden er bare 16-18 mm og vekten er 0,2 gram.

De minste tingene i verden

Det minste enkeltstrengede DNA-viruset er porcint circovirus. I løpet av det siste århundret har vitenskapen gjort store fremskritt mot å forstå universets vidde og dets mikroskopiske byggematerialer.

På en gang ble den minste partikkelen ansett for å være et atom. Så oppdaget forskere protonet, nøytronet og elektronet. Nå vet vi at ved å knuse partikler sammen (som i Large Hadron Collider), kan de brytes ned til enda flere partikler, som kvarker, leptoner og til og med antimaterie. Problemet er bare å bestemme hva som er mindre. Så noen partikler har ingen masse, noen har negativ masse. Løsningen på dette spørsmålet er det samme som å dele med null, det vil si at det er umulig.

Tror du det er noe i dette?, nemlig: Den minste Higgspartikkelen.

Og selv om slike strenger ikke har fysiske parametere, fører den menneskelige tendensen til å rettferdiggjøre alt oss til den konklusjon at dette er de minste objektene i universet. Astronomi og teleskoper → Spørsmål og svar fra en astronom og astrofysikk → Hva tror du ligger i dette?, nemlig...

Det minste viruset

Faktum er at for å syntetisere slike partikler er det nødvendig å oppnå en energi på 1026 elektronvolt i en akselerator, noe som er teknisk umulig. Massen til slike partikler er i størrelsesorden 0,00001 gram, og radiusen er 1/1034 meter. Bølgelengden til et slikt sort hull er sammenlignbar med størrelsen på gravitasjonsradiusen.

Hvor ligger jorden i universet? Hva var i universet før big bang? Hva skjedde før dannelsen av universet? Hvor gammelt er universet? Det viste seg at dette ikke var den eneste ammunisjonen i den 13 år gamle guttens samling.» Strukturen til slike partikler er kritisk minimal - de har nesten ingen masse og ingen atomladning i det hele tatt, siden kjernen er for liten. Det er tall som er så utrolig, utrolig store at det ville ta hele universet å skrive dem ned.

De minste gjenstandene som er synlige for det blotte øye

Google ble født i 1920 som en måte å få barn interessert i store tall. Dette er et tall, ifølge Milton, der førsteplassen er 1, og deretter så mange nuller som du kunne skrive før du ble sliten. Hvis vi snakker om det største betydelige tallet, er det et rimelig argument for at dette egentlig betyr at vi må finne det største tallet med en verdi som faktisk finnes i verden.

Dermed vil massen til solen i tonn være mindre enn i pund. Det største tallet med en hvilken som helst applikasjon i den virkelige verden - eller i dette tilfellet applikasjon i den virkelige verden - er sannsynligvis et av de siste estimatene av antall universer i multiverset. Dette tallet er så stort at den menneskelige hjernen bokstavelig talt ikke vil være i stand til å oppfatte alle disse forskjellige universene, siden hjernen bare er i stand til omtrentlige konfigurasjoner.

Her er en samling av verdens minste ting, alt fra små leker, miniatyrdyr og mennesker til en hypotetisk subatomær partikkel. Atomer er de minste partiklene som materie kan deles inn i ved kjemiske reaksjoner. Verdens minste tekanne ble skapt av den kjente keramikeren Wu Ruishen og den veier bare 1,4 gram. I 2004 ble Rumaisa Rahman det minste nyfødte barnet.

I fysikk var elementærpartikler fysiske objekter på skalaen til atomkjernen som ikke kan deles inn i deres komponentdeler. Men i dag har forskere klart å splitte noen av dem. Strukturen og egenskapene til disse bittesmå gjenstandene studeres av partikkelfysikk.

De minste partiklene som utgjør all materie har vært kjent siden antikken. Imidlertid anses grunnleggerne av den såkalte "atomismen" for å være filosofen Antikkens Hellas Leucippus og hans mer kjente student, Demokrit. Det antas at sistnevnte laget begrepet "atom". Fra det eldgamle greske er "atomos" oversatt som "udelelig", som bestemmer synspunktene til eldgamle filosofer.

Senere ble det kjent at atomet fortsatt kan deles inn i to fysiske objekter - kjernen og elektronet. Sistnevnte ble senere den første elementarpartikkelen, da engelskmannen Joseph Thomson i 1897 utførte et eksperiment med katodestråler og oppdaget at de var en strøm av identiske partikler med samme masse og ladning.

Parallelt med Thomsons arbeid utfører Henri Becquerel, som studerer røntgenstråling, eksperimenter med uran og oppdager nytt utseende stråling. I 1898 studerte et par franske fysikere, Marie og Pierre Curie, forskjellige radioaktive stoffer, og oppdaget det samme. radioaktiv stråling. Det vil senere bli bestemt at den består av alfa (2 protoner og 2 nøytroner) og beta partikler (elektroner), og Becquerel og Curie vil motta Nobelprisen. Mens hun forsket med elementer som uran, radium og polonium, tok ikke Marie Sklodowska-Curie noen sikkerhetstiltak, inkludert ikke engang bruk av hansker. Som et resultat ble hun i 1934 innhentet av leukemi. Til minne om prestasjonene til den store vitenskapsmannen ble elementet oppdaget av Curie-paret, polonium, navngitt til ære for Marys hjemland - Polonia, fra latin - Polen.

Foto fra V Solvay-kongressen 1927. Prøv å finne alle forskerne fra denne artikkelen på dette bildet.

Siden 1905 har Albert Einstein viet sine publikasjoner til ufullkommenheten av bølgeteorien om lys, hvis postulat var i strid med resultatene av eksperimenter. Som senere førte den fremragende fysikeren til ideen om et "lyskvante" - en porsjon lys. Senere, i 1926, ble den kalt «foton», oversatt fra gresk «phos» («lys»), av den amerikanske fysikalske kjemikeren Gilbert N. Lewis.

I 1913 bemerket Ernest Rutherford, en britisk fysiker, basert på resultatene av eksperimenter som allerede ble utført på den tiden, at massene av mange kjerner kjemiske elementer er multipler av massen til hydrogenkjernen. Derfor foreslo han at hydrogenkjernen er en komponent av kjernene til andre grunnstoffer. I sitt eksperiment bestrålt Rutherford et nitrogenatom med alfapartikler, som som et resultat sendte ut en viss partikkel, kalt av Ernest som et "proton", fra de andre greske "protos" (første, viktigste). Senere ble det eksperimentelt bekreftet at protonet er en hydrogenkjerne.

Det er klart at protonet ikke er den eneste komponent kjerner av kjemiske elementer. Denne ideen ledes av det faktum at to protoner i kjernen ville frastøte hverandre, og atomet ville umiddelbart gå i oppløsning. Derfor antok Rutherford tilstedeværelsen av en annen partikkel, som har en masse lik massen til et proton, men er uladet. Noen eksperimenter av forskere på samspillet mellom radioaktive og lettere elementer førte dem til oppdagelsen av en annen ny stråling. I 1932 bestemte James Chadwick at den består av de veldig nøytrale partiklene som han kalte nøytroner.

Dermed ble de mest kjente partiklene oppdaget: foton, elektron, proton og nøytron.

Videre ble oppdagelsen av nye subnukleære objekter en stadig hyppigere hendelse, og for øyeblikket er det kjent rundt 350 partikler, som generelt anses som "elementære". De av dem som ennå ikke er splittet, anses som strukturløse og kalles "fundamentale."

Hva er spinn?

Før man går videre med ytterligere innovasjoner innen fysikk, må egenskapene til alle partikler bestemmes. Det mest kjente, bortsett fra masse og elektrisk ladning, inkluderer også spinn. Denne størrelsen kalles ellers "intrinsic angular momentum" og er på ingen måte relatert til bevegelsen til det subnukleære objektet som helhet. Forskere var i stand til å oppdage partikler med spinn 0, ½, 1, 3/2 og 2. For å visualisere, om enn forenklet, spinn som en egenskap ved et objekt, vurdere følgende eksempel.

La en gjenstand ha et spinn lik 1. Da vil en slik gjenstand, når den roteres 360 grader, gå tilbake til sin opprinnelige posisjon. På et fly kan dette objektet være en blyant, som etter en 360-graders sving vil havne i sin opprinnelige posisjon. Ved null spinn, uansett hvordan objektet roterer, vil det alltid se likt ut, for eksempel en ensfarget ball.

For et halvt spinn trenger du en gjenstand som beholder utseendet når den roteres 180 grader. Det kan være den samme blyanten, bare spisset symmetrisk på begge sider. Et spinn på 2 vil kreve at formen opprettholdes når den roteres 720 grader, og et spinn på 3/2 vil kreve 540.

Denne egenskapen er svært viktig for partikkelfysikk.

Standard modell for partikler og interaksjoner

Å ha et imponerende sett med mikroobjekter som utgjør verden rundt oss, bestemte forskere seg for å strukturere dem, og dermed ble en velkjent teoretisk struktur kalt "Standardmodellen" dannet. Hun beskriver tre interaksjoner og 61 partikler ved å bruke 17 fundamentale, hvorav noen hun forutså lenge før oppdagelsen.

De tre interaksjonene er:

• Elektromagnetisk. Det oppstår mellom elektrisk ladede partikler. I et enkelt tilfelle, kjent fra skolen, tiltrekker motsatt ladede gjenstander, og lignende ladede gjenstander frastøter. Dette skjer gjennom den såkalte bæreren av elektromagnetisk interaksjon – fotonet.
• Sterk, ellers kjent som kjernefysisk interaksjon. Som navnet tilsier, strekker det seg til gjenstander av atomkjernens rekkefølge, det er ansvarlig for tiltrekningen av protoner, nøytroner og andre partikler som også består av kvarker. Det sterke samspillet bæres av gluoner.
• Svak. Effektiv på avstander som er tusen mindre enn størrelsen på kjernen. Leptoner og kvarker, så vel som deres antipartikler, deltar i denne interaksjonen. Dessuten, i tilfelle av svak interaksjon, kan de forvandle seg til hverandre. Bærerne er W+, W− og Z0 bosonene.

Så standardmodellen ble dannet som følger. Den inkluderer seks kvarker, hvorfra alle hadroner (partikler utsatt for sterk interaksjon) er sammensatt:

• Øvre(u);
• Fortryllet (c);
• sann(t);
• Nedre (d);
• Merkelig(e);
• Bedårende (b).

Det er klart at fysikere har mange epitet. De andre 6 partiklene er leptoner. Dette er fundamentale partikler med spin ½ som ikke deltar i den sterke interaksjonen.

• Elektron;
• Elektron nøytrino;
• Muon;
• myonnøytrino;
• Tau lepton;
• Tau nøytrino.

Og den tredje gruppen av standardmodellen er gauge bosoner, som har et spinn lik 1 og er representert som bærere av interaksjoner:

• Gluon - sterk;
• Foton – elektromagnetisk;
• Z-boson - svak;
• W-bosonet er svakt.

Disse inkluderer også den nylig oppdagede spin-0-partikkelen, som enkelt sagt gir inert masse til alle andre subnukleære objekter.

Som et resultat, ifølge Standardmodellen, ser vår verden slik ut: all materie består av 6 kvarker, som danner hadroner og 6 leptoner; alle disse partiklene kan delta i tre interaksjoner, hvis bærere er gauge bosoner.

Ulemper med standardmodellen

Selv før oppdagelsen av Higgs-bosonet, den siste partikkelen som ble forutsagt av standardmodellen, hadde imidlertid forskere gått utover grensene. Et slående eksempel det er en såkalt "gravitasjonsinteraksjon", som er på nivå med andre i dag. Antagelig er bæreren en partikkel med spinn 2, som ikke har noen masse, og som fysikere ennå ikke har vært i stand til å oppdage - "graviton".

Dessuten beskriver standardmodellen 61 partikler, og i dag er mer enn 350 partikler kjent for menneskeheten. Dette betyr at teoretiske fysikeres arbeid ikke er over.

Partikkelklassifisering

For å gjøre livet deres enklere, har fysikere gruppert alle partikler avhengig av deres strukturelle egenskaper og andre egenskaper. Klassifisering er basert på følgende kriterier:

• Livstid.
  1. Stabil. Disse inkluderer proton og antiproton, elektron og positron, foton og graviton. Eksistensen av stabile partikler er ikke begrenset av tid, så lenge de er inne fri stat, dvs. ikke samhandle med noe.
  2. Ustabil. Alle andre partikler, etter en tid, desintegrerer i deres komponentdeler, og det er derfor de kalles ustabile. For eksempel lever en myon bare 2,2 mikrosekunder, og et proton - 2,9 10 * 29 år, hvoretter det kan forfalle til en positron og en nøytral pion.
• Vekt.
  1. Masseløse elementærpartikler, hvorav det bare er tre: foton, gluon og graviton.
  2. Massive partikler er resten.
• Spin mening.
  1. Helspinn, inkl. null, har partikler kalt bosoner.
  2. Partikler med et halvt heltallsspinn er fermioner.
• Deltakelse i interaksjoner.
  1. Hadroner (strukturelle partikler) er subnukleære objekter som deltar i alle fire typer interaksjoner. Det ble nevnt tidligere at de er sammensatt av kvarker. Hadroner er delt inn i to undertyper: mesoner (heltallsspinn, bosoner) og baryoner (halvtallsspinn, fermioner).
  2. Fundamental (strukturløse partikler). Disse inkluderer leptoner, kvarker og gaugebosoner (les tidligere - "Standardmodell...").

Etter å ha gjort deg kjent med klassifiseringen av alle partikler, kan du for eksempel nøyaktig bestemme noen av dem. Så nøytronet er en fermion, et hadron, eller rettere sagt en baryon, og et nukleon, det vil si at det har et halvt heltallsspinn, består av kvarker og deltar i 4 interaksjoner. Nucleon er vanlig navn for protoner og nøytroner.

• Det er interessant at motstandere av atomismen til Democritus, som spådde eksistensen av atomer, uttalte at ethvert stoff i verden er delt på ubestemt tid. Til en viss grad kan de vise seg å ha rett, siden forskerne allerede har klart å dele atomet i en kjerne og et elektron, kjernen i et proton og et nøytron, og disse i sin tur til kvarker.
• Democritus antok at atomer har en klar geometrisk form, og derfor brenner de "skarpe" ildatomene, de grove atomene til faste stoffer holdes godt sammen av fremspringene deres, og de glatte vannatomene sklir under interaksjon, ellers flyter de.
• Joseph Thomson kompilerte sin egen modell av atomet, som han så på som et positivt ladet legeme der elektroner så ut til å sitte fast. Modellen hans ble kalt "Plum pudding-modellen."
• Quarks fikk navnet sitt takket være den amerikanske fysikeren Murray Gell-Mann. Forskeren ønsket å bruke et ord som ligner på lyden av en andekvaksalver (kwork). Men i James Joyces roman Finnegans Wake møtte han ordet «quark» i linjen «Three quarks for Mr. Mark!», hvis betydning ikke er nøyaktig definert, og det er mulig at Joyce bare brukte det for rim. Murray bestemte seg for å kalle partiklene dette ordet, siden bare tre kvarker var kjent på den tiden.
• Selv om fotoner, partikler av lys, er masseløse, ser det ut til at de i nærheten av et svart hull endrer banen når de tiltrekkes av gravitasjonskrefter. Faktisk bøyer et supermassivt legeme rom-tid, og det er grunnen til at alle partikler, inkludert de uten masse, endrer banen mot det sorte hullet (se).
• Large Hadron Collider er "hadronisk" nettopp fordi den kolliderer med to rettede stråler av hadroner, partikler med dimensjoner i størrelsesorden en atomkjerne som deltar i alle interaksjoner.

Hva vet vi om partikler mindre enn et atom? Og hva er den minste partikkelen i universet?

Verden rundt oss... Hvem av oss har ikke beundret hans fortryllende skjønnhet? Dens bunnløse nattehimmel, strødd med milliarder av blinkende mystiske stjerner og varmen fra det milde sollyset. Smaragdmarker og skoger, stormfulle elver og store havområder. De glitrende toppene av majestetiske fjell og frodige alpine enger. Morgendugg og nattergaltrill ved daggry. En duftende rose og den stille murren fra en bekk. En flammende solnedgang og det milde suset fra en bjørkelund...

Er det mulig å tenke på noe vakrere enn verden rundt oss?! Mer kraftfull og imponerende? Og samtidig mer skjør og øm? Alt dette er verden hvor vi puster, elsker, gleder oss, gleder oss, lider og er triste... Alt dette er vår verden. Verden vi lever i, som vi føler, som vi ser og som vi i det minste på en eller annen måte forstår.

Det er imidlertid mye mer mangfoldig og komplekst enn det kan virke ved første øyekast. Vi vet at frodige enger ikke ville ha dukket opp uten det fantastiske opprøret til en endeløs runddans av fleksible grønne gressstrå, frodige trær kledd i en smaragdkappe - uten veldig mange blader på grenene, og gylne strender - uten tallrike glitrende korn av sand som knaser under bare føtter i sommerstrålene. mild sol. Det store består alltid av det lille. Liten - fra enda mindre. Og det er sannsynligvis ingen grense for denne sekvensen.

Derfor består gressstrå og sandkorn på sin side av molekyler som er dannet av atomer. Atomer inneholder som kjent elementære partikler - elektroner, protoner og nøytroner. Men de anses heller ikke for å være den endelige autoriteten. Moderne vitenskap hevder at protoner og nøytroner for eksempel består av hypotetiske energibunter – kvarker. Det er en antagelse om at det er en enda mindre partikkel - en preon, fortsatt usynlig, ukjent, men antatt.

En verden av molekyler, atomer, elektroner, protoner, nøytroner, fotoner, etc. vanligvis kalt mikrokosmos. Han er grunnlaget makrokosmos- den menneskelige verden og mengder står i forhold til den på planeten vår og megaverden- en verden av stjerner, galakser, universet og verdensrommet. Alle disse verdenene henger sammen og eksisterer ikke uten hverandre.

Vi ble allerede kjent med megaverdenen i rapporten om vår første ekspedisjon "Universets pust. Første reise" og vi har allerede en idé om fjerne galakser og universet. På den farefulle reisen oppdaget vi verden av mørk materie og mørk energi, studerte dypet av sorte hull, nådde toppene av strålende kvasarer og slapp mirakuløst fra Big Bang og ikke mindre Big Crunch. Universet dukket opp foran oss i all sin skjønnhet og storhet. Under reisen vår innså vi at stjerner og galakser ikke dukket opp av seg selv, men ble møysommelig, over milliarder av år, dannet av partikler og atomer.

Det er partikler og atomer som utgjør hele verden rundt oss. Det er de, i sine utallige og mangfoldige kombinasjoner, som kan dukke opp foran oss, enten i form av en vakker nederlandsk rose, eller i form av en tøff haug med tibetanske steiner. Alt vi ser består av disse mystiske representantene for det mystiske mikroverden. Hvorfor "mystisk" og hvorfor "mystisk"? Fordi menneskeheten, dessverre, fortsatt vet veldig, veldig lite om denne verden og dens representanter.

Moderne vitenskap om mikrokosmos kan ikke forestilles uten å nevne elektronet, protonet eller nøytronet. I ethvert referansemateriale om fysikk eller kjemi vil vi finne deres masse nøyaktig til niende desimal, deres elektriske ladning, levetid osv. For eksempel, ifølge disse oppslagsbøkene, har et elektron en masse på 9,10938291(40) x 10 -31 kg, en elektrisk ladning på minus 1,602176565(35) x 10 -19 C, en levetid på uendelig eller minst 4,6 x 10 26 år (Wikipedia).

Nøyaktigheten av å bestemme parametrene til elektronet er imponerende, og stolthet over sivilisasjonens vitenskapelige prestasjoner fyller våre hjerter! Riktignok sniker det seg samtidig inn noen tvil, som du, uansett hvor hardt du prøver, ikke helt kan bli kvitt. Å bestemme massen til et elektron lik en milliard – milliard – milliarddels kilogram, og til og med veie den til niende desimal, er, tror jeg, slett ikke en enkel sak, akkurat som å måle levetiden til et elektron på 4.600.000.000.000.000.000.000,000. 000 år.

Dessuten har ingen noen gang sett akkurat dette elektronet. De mest moderne mikroskopene lar deg bare se elektronskyen rundt kjernen til et atom, innenfor hvilken, som forskerne tror, ​​elektronet beveger seg med enorm hastighet (fig. 1). Vi vet ennå ikke nøyaktig størrelsen på elektronet, heller ikke dets form eller rotasjonshastigheten. I virkeligheten vet vi veldig lite om elektronet, så vel som om protonet og nøytronet. Vi kan bare spekulere og gjette. Dessverre er dette alt vi kan gjøre i dag.

Ris. 1. Fotografi av elektronskyer tatt av fysikere ved Kharkov Institute of Physics and Technology i september 2009

Men et elektron eller et proton er de minste elementære partiklene som utgjør et atom av ethvert stoff. Og hvis våre tekniske metoder for å studere mikroverdenen ennå ikke tillater oss å se partikler og atomer, vil vi kanskje starte med noe annet O større og mer kjent? For eksempel fra et molekyl! Den består av atomer. Et molekyl er et større og mer forståelig objekt, som sannsynligvis vil bli studert dypere.

Dessverre må jeg skuffe deg igjen. Molekyler er forståelige for oss bare på papir i form av abstrakte formler og tegninger av deres antatte struktur. Vi kan heller ikke ennå få et klart bilde av et molekyl med uttalte bindinger mellom atomer.

I august 2009, ved hjelp av atomkraftmikroskopiteknologi, var europeiske forskere for første gang i stand til å avbilde strukturen til et ganske stort pentacenmolekyl (C 22 H 14). Den mest moderne teknologien gjorde det mulig å skjelne bare fem ringer som bestemmer strukturen til dette hydrokarbonet, samt flekker av individuelle karbon- og hydrogenatomer (fig. 2). Og det er alt vi kan gjøre for nå...

Ris. 2. Strukturell representasjon av pentacenmolekylet (øverst)

og hennes bilde (nedenfor)

På den ene siden lar de oppnådde fotografiene oss hevde at veien valgt av kjemikere, som beskriver sammensetningen og strukturen til molekyler, ikke lenger er gjenstand for tvil, men på den annen side kan vi bare gjette om

Hvordan oppstår tross alt koblingen av atomer i et molekyl og elementærpartikler i et atom? Hvorfor er disse atom- og molekylbindingene stabile? Hvordan dannes de, hvilke krefter støtter dem? Hvordan ser et elektron, proton eller nøytron ut? Hva er strukturen deres? Hva er en atomkjerne? Hvordan eksisterer et proton og et nøytron i samme rom, og hvorfor avviser de et elektron fra det?

Det er mange spørsmål av denne typen. Svar også. Riktignok er mange svar bare basert på antakelser som gir opphav til nye spørsmål.

Mine første forsøk på å trenge inn i mikroverdenens hemmeligheter kom over en ganske overfladisk presentasjon av moderne vitenskap av mye grunnleggende kunnskap om strukturen til objekter i mikroverdenen, prinsippene for deres funksjon, systemene for deres sammenkoblinger og relasjoner. Det viste seg at menneskeheten fortsatt ikke klart forstår hvordan kjernen til et atom og dets bestanddeler - elektroner, protoner og nøytroner - er strukturert. Vi har bare en generell ide om hva som faktisk skjer under fisjon av atomkjernen, hvilke hendelser som kan skje i løpet av det lange løpet av denne prosessen.

Studiet av kjernefysiske reaksjoner var begrenset til å observere prosesser og etablere visse årsak-og-virkning-forhold utledet eksperimentelt. Forskere har lært å bestemme bare oppførsel av visse partikler under en eller annen påvirkning. Det er det! Uten å forstå strukturen deres, uten å avsløre mekanismene for samhandling! Bare oppførsel! Basert på denne oppførselen ble avhengighetene til visse parametere bestemt, og for større betydning ble disse eksperimentelle dataene satt inn i matematiske formler på flere nivåer. Det er hele teorien!

Dessverre var dette nok til å modig begynne byggingen. kjernekraftverk, ulike akseleratorer, kollidere og opprettelse av atombomber. Etter å ha mottatt primær kunnskap om kjernefysiske prosesser, gikk menneskeheten umiddelbart inn i et enestående kappløp for å eie kraftig energi under dens kontroll.

Antall land bevæpnet med kjernefysisk potensial vokste med stormskritt. Kjernefysiske raketter i et stort antall kikket truende mot sine uvennlige naboer. Atomkraftverk begynte å dukke opp, som kontinuerlig produserte billig elektrisk energi. Enorme mengder penger ble brukt på kjernefysisk utvikling av flere og flere nye design. Vitenskap, som prøvde å se inn i atomkjernen, bygde intensivt ultramoderne partikkelakseleratorer.

Men saken nådde ikke strukturen til atomet og dets kjerne. Lidenskapen for å lete etter flere og flere nye partikler og jakten på Nobelregalier har skjøvet i bakgrunnen en dyp studie av strukturen til atomkjernen og partiklene som er inkludert i den.

Men overfladisk kunnskap om kjernefysiske prosesser manifesterte seg umiddelbart negativt under drift atomreaktorer og provoserte i en rekke situasjoner forekomsten av spontane kjernefysiske kjedereaksjoner.

Denne listen viser datoer og steder for spontane kjernefysiske reaksjoner:

21.08.1945. USA, Los Alamos National Laboratory.

21.05.1946. USA, Los Alamos National Laboratory.

15.03.1953. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

21.04.1953. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

16.06.1958. USA, Oak Ridge, radiokjemisk anlegg Y-12.

15.10.1958. Jugoslavia, B. Kidrich-instituttet.

30.12.1958. USA, Los Alamos National Laboratory.

01.03.1963. USSR, Tomsk-7, Sibirsk kjemisk anlegg.

23.07.1964. USA, Woodreaver, radiokjemisk anlegg.

30.12.1965 Belgia, Mol.

03.05.1968. USSR, Chelyabinsk-70, VNIITF.

10.12.1968. USSR, Chelyabinsk-65, PA "Mayak".

26.05.1971. USSR, Moskva, Institutt for atomenergi.

13.12.1978. USSR, Tomsk-7, Sibirsk kjemisk anlegg.

23.09.1983. Argentina, RA-2-reaktor.

15.05.1997. Russland, Novosibirsk, kjemisk konsentratanlegg.

17.06.1997. Russland, Sarov, VNIIEF.

30.09.1999. Japan, Tokaimura, atombrenselanlegg.

Til denne listen må det legges til en rekke ulykker som involverer luft- og ubåtskip. atomvåpen, hendelser ved kjernefysiske brenselssyklusbedrifter, nødsituasjoner ved kjernekraftverk, nødsituasjoner under testing av atom- og termonukleære bomber. Tragediene i Tsjernobyl og Fukushima vil for alltid forbli i vårt minne. Bak disse katastrofene og nødsituasjonene, tusenvis døde mennesker. Og dette får deg til å tenke veldig seriøst.

Bare tanken på å drive atomkraftverk, som øyeblikkelig kan gjøre hele verden til en kontinuerlig radioaktiv sone, er skremmende. Dessverre er denne frykten velbegrunnet. Først av alt, det faktum at skaperne av atomreaktorer i sitt arbeid brukte ikke grunnleggende kunnskap, men en uttalelse om visse matematiske avhengigheter og oppførsel av partikler, på grunnlag av hvilke en farlig kjernefysisk struktur ble bygget. For forskere er kjernefysiske reaksjoner fortsatt en slags "svart boks" som fungerer, underlagt visse handlinger og krav.

Men hvis noe begynner å skje i denne "boksen" og dette "noe" ikke er beskrevet i instruksjonene og går utover omfanget av den ervervede kunnskapen, så kan vi, bortsett fra vårt eget heltemot og ikke-intellektuelle arbeid, ikke motsette oss noe. til den utfoldende atomkatastrofen. Masser av mennesker blir tvunget til å bare ydmykt avvente den forestående faren, forberede seg på forferdelige og uforståelige konsekvenser, flytte til en avstand som er trygg, etter deres mening. Atomspesialister trekker i de fleste tilfeller bare på skuldrene, ber og venter på hjelp fra høyere makter.

Japanske kjernefysiske forskere, bevæpnet med den mest moderne teknologien, kan fortsatt ikke dempe det lenge utslåtte atomkraftverket i Fukushima. De kan bare konstatere at 18. oktober 2013 oversteg strålingsnivået i grunnvann normen med mer enn 2500 ganger. Etter en dag nivået radioaktive stoffer i vann økte nesten 12.000 ganger! Hvorfor?! Japanske spesialister kan ennå ikke svare på dette spørsmålet eller stoppe disse prosessene.

Risikoen for å lage en atombombe var på en eller annen måte berettiget. Den anspente militærpolitiske situasjonen på planeten krevde enestående tiltak for forsvar og angrep fra de krigførende landene. Ved å underkaste seg situasjonen tok kjernefysiske forskere risikoer uten å fordype seg i vanskelighetene ved strukturen og funksjonen til elementærpartikler og atomkjerner.

Men i fredstid måtte byggingen av atomkraftverk og kollidere av alle typer begynne kun på betingelse, Hva Vitenskapen har fullstendig forstått strukturen til atomkjernen, elektronet, nøytronet, protonet og deres relasjoner. Dessuten, ved atomkraftverk må atomreaksjonen være strengt kontrollert. Men du kan virkelig og effektivt administrere bare det du vet grundig. Spesielt hvis det gjelder den kraftigste energitypen i dag, som slett ikke er lett å dempe. Dette skjer selvsagt ikke. Ikke bare under bygging av kjernekraftverk.

For tiden er det i Russland, Kina, USA og Europa 6 forskjellige kollidere - kraftige akseleratorer av motstrømmer av partikler som akselererer dem til enorm hastighet, noe som gir partiklene høye kinetisk energi for så å skyve dem mot hverandre. Formålet med kollisjonen er å studere produktene fra kollisjonen av partikler i håp om at det i løpet av deres forfall vil være mulig å se noe nytt og hittil ukjent.

Det er tydelig at forskerne er veldig interessert i å se hva som vil komme ut av alt dette. Partikkelkollisjonsrater og vitenskapelig forskning øker, men kunnskap om strukturen til det som kolliderer er allerede i mange, mange år forbli på samme nivå. Det er fortsatt ingen underbyggede prognoser om resultatene av planlagte studier, og det kan det ikke være. Ikke tilfeldig. Vi forstår godt at vitenskapelig prognose bare er mulig hvis vi har nøyaktig og verifisert kunnskap om i det minste detaljene i den forutsagte prosessen. Moderne vitenskap har ennå ikke slik kunnskap om elementærpartikler. I dette tilfellet kan det antas at hovedprinsippet eksisterende metoder forskning blir posisjonen: "La oss prøve å gjøre det og se hva som skjer." Dessverre.

Derfor er det ganske naturlig at i dag diskuteres spørsmål knyttet til farene ved eksperimenter stadig oftere. Det er ikke engang et spørsmål om muligheten for at mikroskopiske sorte hull oppstår under eksperimenter, som vokser og kan sluke planeten vår. Jeg tror egentlig ikke på en slik mulighet, i det minste på dagens nivå og stadium av min intellektuelle utvikling.

Men det er en dypere og mer reell fare. For eksempel, i Large Hadron Collider, kolliderer strømmer av protoner eller blyioner i forskjellige konfigurasjoner. Det ser ut til, hva slags trussel kan komme fra en mikroskopisk partikkel, og til og med under jorden, i en tunnel innkapslet i kraftig metall- og betongbeskyttelse? En partikkel som veier 1.672.621.777(74) x 10 -27 kg og en solid, multitonn, mer enn 26 kilometer lang tunnel i tykkelsen av tung jord er klart uforlignelige kategorier.

Imidlertid eksisterer trusselen. Når du utfører eksperimenter, er det sannsynlig at en ukontrollert frigjøring av en enorm mengde energi vil oppstå, som ikke bare vil vises som et resultat av brudd på intranukleære krefter, men også energien som ligger inne i protoner eller blyioner. Atomeksplosjon av et moderne ballistisk missil, basert på frigjøring av den intranukleære energien til et atom, vil ikke virke verre enn en nyttårscracker sammenlignet med den kraftige energien som kan frigjøres under ødeleggelsen av elementærpartikler. Helt uventet kan vi slippe fe-ånden ut av flasken. Men ikke det fleksible, godmodige og ypperlige som bare lytter og adlyder, men et ukontrollerbart, allmektig og hensynsløst monster som ikke kjenner nåde og barmhjertighet. Og det blir ikke fabelaktig, men ganske ekte.

Men det verste er at, som i en atombombe, kan en kjedereaksjon begynne i en kolliderer, frigjøre flere og flere deler av energi og ødelegge alle andre elementærpartikler. Samtidig spiller det ingen rolle i det hele tatt hva de vil bestå av - metalltunnelkonstruksjoner, betongvegger eller steiner. Energi vil frigjøres overalt, og rive fra hverandre alt som ikke bare er forbundet med vår sivilisasjon, men med hele planeten. På et øyeblikk kan bare ynkelige, formløse stykker gjenstå av vår søte blå skjønnhet, som sprer seg over universets store og store vidder.

Dette er selvfølgelig et forferdelig, men veldig reelt scenario, og mange europeere i dag forstår dette veldig godt og motsetter seg aktivt farlige uforutsigbare eksperimenter, og krever å sikre sikkerheten til planeten og sivilisasjonen. Hver gang blir disse talene mer og mer organiserte og øker intern bekymring for den nåværende situasjonen.

Jeg er ikke imot eksperimenter, for jeg forstår godt at veien til ny kunnskap alltid er tornefull og vanskelig. Det er nesten umulig å overvinne det uten eksperimentering. Jeg er imidlertid dypt overbevist om at ethvert eksperiment bare bør utføres hvis det er trygt for mennesker og miljø. I dag har vi ingen tillit til slik sikkerhet. Nei, for det er ingen kunnskap om de partiklene som vi allerede eksperimenterer med i dag.

Situasjonen viste seg å være mye mer alarmerende enn jeg tidligere hadde forestilt meg. Seriøst bekymret kastet jeg meg hodestups inn i en verden av kunnskap om mikrokosmos. Jeg innrømmer at dette ikke ga meg mye glede, siden det i de utviklede teoriene om mikroverdenen var vanskelig å forstå et klart forhold mellom naturfenomener og konklusjonene som noen forskere var basert på, ved å bruke de teoretiske prinsippene for kvantefysikk, kvantemekanikk og teorien om elementærpartikler som forskningsapparat.

Se for deg min forundring da jeg plutselig oppdaget at kunnskap om mikroverdenen er mer basert på antakelser som ikke har klare logiske begrunnelser. Etter å ha mettede matematiske modeller med visse konvensjoner i form av Plancks konstant med en konstant som overstiger tretti nuller etter desimaltegnet, forskjellige forbud og postulater, men teoretikere, beskrevet tilstrekkelig detaljert og nøyaktig EN Er det praktiske situasjoner som svarer på spørsmålet: "Hva vil skje hvis...?" Imidlertid forble hovedspørsmålet: "Hvorfor skjer dette?", dessverre ubesvart.

Det virket for meg som om å forstå det grenseløse universet og dets svært fjerne galakser, spredt over fantastiske store avstander, er mye vanskeligere enn å finne en vei med kunnskap til det som faktisk "ligger under føttene våre." Basert på grunnlaget for ditt gjennomsnitt og høyere utdanning, jeg trodde oppriktig at vår sivilisasjon ikke lenger har spørsmål om strukturen til atomet og dets kjerne, eller om elementærpartikler og deres struktur, eller om kreftene som holder elektronet i bane og opprettholder en stabil forbindelse mellom protoner og nøytroner i kjernen til atomet.

Inntil det øyeblikket hadde jeg ikke trengt å studere det grunnleggende om kvantefysikk, men jeg var trygg og naivt antok at denne nye fysikken var det som virkelig ville lede oss ut av mørket av misforståelser av mikroverdenen.

Men til min dype sorg tok jeg feil. Moderne kvantefysikk, fysikken til atomkjernen og elementærpartikler, og hele fysikken til mikroverdenen, er etter min mening ikke bare i en begredelig tilstand. De har sittet fast lenge i en intellektuell blindvei, som ikke kan tillate dem å utvikle seg og forbedre seg, og beveger seg langs veien for kunnskap om atomet og elementærpartiklene.

Forskere i mikroverdenen, strengt begrenset av de etablerte urokkelige meningene til de store teoretikere på 1800- og 1900-tallet, har ikke våget på mer enn hundre år å vende tilbake til røttene sine og igjen begynne den vanskelige veien for forskning i dypet av vår omverden. Mitt svært kritiske syn på nåværende situasjon rundt studiet av mikroverdenen er langt fra den eneste. Mange progressive forskere og teoretikere har mer enn en gang uttrykt sitt synspunkt angående problemene som oppstår i løpet av å forstå det grunnleggende i teorien om atomkjernen og elementærpartikler, kvantefysikk og kvantemekanikk.

En analyse av moderne teoretisk kvantefysikk lar oss trekke en klar konklusjon om at essensen av teorien ligger i den matematiske representasjonen av visse gjennomsnittsverdier av partikler og atomer, basert på indikatorer for visse mekanistiske statistikker. Det viktigste i teorien er ikke studiet av elementærpartikler, deres struktur, deres forbindelser og interaksjoner i manifestasjonen av visse naturfenomener, men forenklede sannsynlige matematiske modeller basert på avhengigheter oppnådd under eksperimenter.

Dessverre, her, så vel som under utviklingen av relativitetsteorien, ble de avledede matematiske avhengighetene satt på første plass, noe som overskygget fenomenenes natur, deres innbyrdes sammenhenger og årsakene til deres forekomst.

Studiet av strukturen til elementærpartikler var begrenset til antakelsen om tilstedeværelsen av tre hypotetiske kvarker i protoner og nøytroner, hvis varianter, ettersom denne teoretiske antagelsen utviklet seg, endret seg fra to, deretter tre, fire, seks, tolv. . Vitenskapen justerte seg ganske enkelt til resultatene av eksperimenter, tvunget til å finne opp nye elementer hvis eksistens fortsatt ikke er bevist. Her kan vi høre om preoner og gravitoner som ennå ikke er funnet. Du kan være sikker på at antallet hypotetiske partikler vil fortsette å vokse etter hvert som vitenskapen om mikroverdenen går dypere og dypere inn i en blindvei.

Mangel på forståelse fysiske prosesser, som forekommer inne i elementære partikler og atomkjerner, mekanismen for interaksjon mellom systemer og elementer i mikroverdenen brakt inn på arenaen for moderne vitenskap, hypotetiske elementer - bærere av interaksjon - som gauge- og vektorbosoner, gluoner, virtuelle fotoner. Det er de som topper listen over enheter som er ansvarlige for prosessene for interaksjon mellom noen partikler med andre. Og det spiller ingen rolle at selv deres indirekte tegn ikke har blitt oppdaget. Det er viktig at de i det minste på en eller annen måte kan holdes ansvarlige for det faktum at kjernen til et atom ikke faller fra hverandre i dets komponenter, at månen ikke faller på jorden, at elektronene fortsatt roterer i deres bane, og at planetens magnetfelt beskytter oss fortsatt mot kosmiske påvirkninger.

Alt dette gjorde meg trist, for jo mer jeg fordypet meg i teoriene om mikroverdenen, jo mer vokste min forståelse av blindveisutviklingen av den viktigste komponenten i teorien om verdens struktur. Posisjonen til dagens vitenskap om mikrokosmos er ikke tilfeldig, men naturlig. Faktum er at grunnlaget for kvantefysikk ble lagt av nobelprisvinnerne Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli og Paul Dirac på slutten av det nittende og begynnelsen av det tjuende århundre. Fysikere på den tiden hadde bare resultatene av noen innledende eksperimenter rettet mot å studere atomer og elementærpartikler. Det må imidlertid innrømmes at disse studiene ble utført på ufullkommen utstyr tilsvarende den tiden, og den eksperimentelle databasen begynte bare så vidt å bli fylt.

Derfor er det ikke overraskende at klassisk fysikk ikke alltid kunne svare på de mange spørsmålene som dukket opp under studiet av mikroverdenen. Derfor, på begynnelsen av det tjuende århundre, begynte den vitenskapelige verden å snakke om fysikkens krise og behovet for revolusjonerende endringer i systemet for mikroverdenforskning. Denne situasjonen presset definitivt progressive teoretiske forskere til å søke etter nye måter og nye metoder for å forstå mikroverdenen.

Problemet, vi må hylle, lå ikke i de utdaterte bestemmelsene i klassisk fysikk, men i et utilstrekkelig utviklet teknisk grunnlag, som på den tiden, ganske forståelig nok, ikke kunne gi de nødvendige forskningsresultatene og gi mat til dypere teoretiske utviklinger. Gapet måtte fylles. Og den ble fylt. En ny teori - kvantefysikk, basert primært på sannsynlighet matematiske representasjoner. Det var ikke noe galt med dette, bortsett fra at de samtidig glemte filosofien og brøt bort fra den virkelige verden.

Klassiske ideer om atom, elektron, proton, nøytron, etc. ble erstattet av deres probabilistiske modeller, som tilsvarte et visst nivå av vitenskapelig utvikling og til og med gjorde det mulig å løse svært komplekse anvendte tekniske problemer. Mangelen på den nødvendige tekniske basen og noen suksesser i den teoretiske og eksperimentelle representasjonen av elementene og systemene i mikroverdenen skapte forutsetningene for en viss avkjøling av den vitenskapelige verden mot en dyp studie av strukturen til elementærpartikler, atomer og deres kjerner . Dessuten så det ut til at krisen i mikroverdenens fysikk var slukket, en revolusjon hadde skjedd. Det vitenskapelige samfunnet skyndte seg ivrig for å studere kvantefysikk, uten å bry seg om å forstå det grunnleggende om elementære og fundamentale partikler.

Naturligvis kunne denne tilstanden til moderne vitenskap om mikroverdenen ikke annet enn å begeistre meg, og jeg begynte umiddelbart å forberede meg på en ny ekspedisjon, for en ny reise. Til en reise inn i mikroverdenen. Vi har allerede gjort en lignende tur. Dette var den første reisen inn i verden av galakser, stjerner og kvasarer, inn i verden av mørk materie og mørk energi, inn i verden der universet vårt er født og lever et fullverdig liv. I rapporten hans "Universets pust. Første tur"Vi prøvde å forstå strukturen til universet og prosessene som skjer i det.

Da jeg innså at den andre reisen heller ikke ville være lett og ville kreve milliarder av billioner av ganger for å redusere omfanget av rom der jeg måtte studere verden rundt meg, begynte jeg å forberede meg på å trenge ikke bare inn i strukturen til et atom. eller molekyl, men også inn i dypet av elektronet og protonet, nøytronet og fotonet, og i volumer millioner av ganger mindre enn volumene til disse partiklene. Dette krevde spesiell opplæring, ny kunnskap og avansert utstyr.

Den kommende reisen innebar å starte helt fra begynnelsen av skapelsen av vår verden, og det var denne begynnelsen som var det farligste og med det mest uforutsigbare utfallet. Men det var avhengig av vår ekspedisjon om vi ville finne en vei ut av den nåværende situasjonen i vitenskapen om mikrokosmos eller om vi ville fortsette å balansere på den vaklende taubroen til moderne atomenergi, og utsette oss hvert sekund for dødelig fare livet og eksistensen av sivilisasjonen på planeten.

Saken er at for å vite de første resultatene av forskningen vår, var det nødvendig å komme til universets sorte hull og, forsømme følelsen av selvoppholdelse, skynde seg inn i det brennende helvete i den universelle tunnelen. Bare der, under forhold med ultrahøye temperaturer og fantastisk trykk, forsiktig beveget seg i raskt roterende strømmer av materialpartikler, kunne vi se hvordan utslettelse av partikler og antipartikler skjer og hvordan den store og mektige stamfaren til alle ting - Ether - gjenfødes. , forstå alle prosessene som finner sted, inkludert dannelsen av partikler, atomer og molekyler.

Tro meg, det er ikke mange våghalser på jorden som kan bestemme seg for å gjøre dette. Dessuten er resultatet ikke garantert av noen, og ingen er klare til å ta ansvar for det vellykkede resultatet av denne reisen. Under eksistensen av sivilisasjonen har ingen engang besøkt galaksens sorte hull, men her - UNIVERS! Alt her er voksent, grandiost og kosmisk skalert. Ingen spøk her. Her kan de snu på et øyeblikk menneskekroppen inn i en mikroskopisk varm energiklump eller spre den over de endeløse kalde vidder av verdensrommet uten rett til restaurering og gjenforening. Dette er universet! Enormt og majestetisk, kaldt og varmt, uendelig og mystisk...

Derfor, med å invitere alle til å bli med på ekspedisjonen vår, må jeg advare at hvis noen er i tvil, er det ikke for sent å nekte. Alle grunner godtas. Vi er fullstendig klar over farens omfang, men vi er klare til å ta den modige oppgjør for enhver pris! Vi forbereder oss på å dykke ned i dypet av universet.

Det er klart at det er langt fra enkelt å beskytte seg selv og holde seg i live mens man stuper inn i en rødglødende universaltunnel fylt med kraftige eksplosjoner og atomreaksjoner, og utstyret vårt må samsvare med forholdene vi må jobbe under. Derfor er det viktig å forberede det beste utstyret og nøye vurdere utstyret for alle deltakere i denne farlige ekspedisjonen.

Først av alt, på vår andre tur vil vi ta det som tillot oss å overvinne en veldig vanskelig vei over universets vidder da vi jobbet med rapporten om ekspedisjonen vår "Universets pust. Den første reisen." Selvfølgelig er det det verdens lover. Uten bruken av dem kunne vår første reise neppe ha endt vellykket. Det var lovene som gjorde det mulig å finne den rette veien blant opphopningen av uforståelige fenomener og forskernes tvilsomme konklusjoner for å forklare dem.

Hvis du husker loven om balanse mellom motsetninger, forhåndsbestemme at i verden enhver manifestasjon av virkeligheten, ethvert system har sin motsatte essens og er eller streber etter å være i balanse med det, tillot oss å forstå og akseptere nærværet i verden rundt oss, i tillegg til vanlig energi, også av mørke energi, og også, i tillegg til vanlig materie, mørk materie. Loven om balanse mellom motsetninger gjorde det mulig å anta at verden ikke bare består av eter, men også eter består av to typer av den - positiv og negativ.

Loven om universell sammenkobling, som antyder en stabil, repeterende forbindelse mellom alle objekter, prosesser og systemer i universet, uavhengig av deres skala, og hierarkiets lov, ved å sortere nivåene til ethvert system i universet fra laveste til høyeste, gjorde det mulig å bygge en logisk "stige av vesener" fra eter, partikler, atomer, stoffer, stjerner og galakser til universet. Og finn måter å forvandle et utrolig stort antall galakser, stjerner, planeter og andre materielle objekter på, først til partikler, og deretter til strømmer av varm eter.

Vi fant bekreftelse på disse synspunktene i praksis. utviklingsloven, som bestemmer den evolusjonære bevegelsen i alle sfærer av verden rundt oss. Gjennom analysen av virkningen av disse lovene kom vi til en beskrivelse av formen og forståelsen av universets struktur, vi lærte utviklingen av galakser, og så mekanismene for dannelsen av partikler og atomer, stjerner og planeter. Det ble helt klart for oss hvordan det store dannes av det lille, og det lille av det store.

Bare forståelse loven om kontinuitet i bevegelse, som tolker den objektive nødvendigheten av prosessen med konstant bevegelse i rommet for alle objekter og systemer uten unntak, tillot oss å realisere rotasjonen av universets kjerne og galakser rundt den universelle tunnelen.

Lovene for verdens struktur var et slags kart over reisen vår, som hjalp oss å bevege oss langs ruten og overvinne de vanskeligste seksjonene og hindringene vi møtte på veien til å forstå verden. Derfor vil lovene for verdens struktur være den viktigste egenskapen til utstyret vårt på denne reisen inn i dypet av universet.

Den andre viktige betingelsen for å lykkes med å trenge inn i dypet av universet vil selvfølgelig være eksperimentelle resultater vitenskapsmenn de utførte i mer enn hundre år, og alt lager av kunnskap og informasjon om fenomener mikroverden akkumulert av moderne vitenskap. Under vår første tur ble vi overbevist om at mange naturfenomener kan tolkes på forskjellige måter og helt motsatte konklusjoner kan trekkes.

Uriktige konklusjoner, støttet av tungvinte matematiske formler, fører som regel vitenskapen inn i en blindvei og gir ikke nødvendig utvikling. De legger grunnlaget for ytterligere feiltenkning, som igjen former de teoretiske posisjonene til de feilaktige teoriene som utvikles. Det handler ikke om formler. Formler kan være helt riktige. Men forskernes avgjørelser om hvordan og langs hvilken vei de skal avansere er kanskje ikke helt korrekte.

Situasjonen kan sammenlignes med ønsket om å komme seg fra Paris til flyplassen oppkalt etter Charles De Gaulle langs to veier. Den første er den korteste, som ikke kan ta mer enn en halv time, med bare en bil, og den andre er akkurat det motsatte, rundt om i verden med bil, skip, spesialutstyr, båter, hundesleder over Frankrike, Atlanterhavet, Sør-Amerika, Antarktis, Stillehavet, Arktis og til slutt gjennom Nordøst-Frankrike rett til flyplassen. Begge veiene vil føre oss fra ett punkt til samme sted. Men over hvilken tid og med hvilken innsats? Ja, og å opprettholde nøyaktighet og nå målet ditt under en lang og vanskelig reise er svært problematisk. Derfor er ikke bare bevegelsesprosessen viktig, men også valget av riktig vei.

På vår reise, akkurat som i den første ekspedisjonen, vil vi prøve å se litt annerledes på konklusjonene om mikroverdenen som allerede er laget og akseptert av hele den vitenskapelige verden. Først av alt, i forhold til kunnskapen oppnådd fra studiet av elementærpartikler, kjernefysiske reaksjoner og eksisterende interaksjoner. Det er fullt mulig at som et resultat av vår nedsenking i dypet av universet, vil elektronet ikke vises foran oss som en strukturløs partikkel, men som et mer komplekst objekt i mikroverdenen, og atomkjernen vil avsløre dens mangfoldige struktur, leve sitt eget uvanlige og aktive liv.

La oss ikke glemme å ta med oss ​​logikken. Hun lot oss finne veien i det meste vanskelige steder vår siste tur. Logikk var et slags kompass som viste retningen den rette veien på en reise gjennom universets vidder. Det er klart at selv nå kan vi ikke klare oss uten det.

Men logikk alene vil helt klart ikke være nok. Vi kan ikke klare oss uten intuisjon på denne ekspedisjonen. Intuisjon vil tillate oss å finne noe vi ikke engang kan gjette oss til ennå, og hvor ingen har lett etter noe før oss. Det er intuisjonen som er vår fantastiske assistent, hvis stemme vi vil lytte nøye til. Intuisjon vil tvinge oss til å bevege oss, uavhengig av regn og kulde, snø og frost, uten fast håp og klar informasjon, men det er nettopp dette som vil tillate oss å nå målet vårt i strid med alle regler og retningslinjer som hele menneskeheten har. blitt vant siden skolen.

Til slutt kan vi ikke gå noe sted uten vår uhemmede fantasi. Fantasi– dette er kunnskapsverktøyet vi trenger, som vil tillate oss, uten de mest moderne mikroskopene, å se hva som er mye mindre enn de minste partiklene som allerede er oppdaget eller bare antatt av forskere. Fantasi vil demonstrere for oss alle prosessene som skjer i et sort hull og i den universelle tunnelen, gi mekanismene for forekomsten gravitasjonskrefter under dannelsen av partikler og atomer vil den lede deg gjennom galleriene til atomkjernen og gi deg muligheten til å foreta en spennende flytur på et lett roterende elektron rundt det faste, men klønete selskapet av protoner og nøytroner i atomkjernen.

Dessverre vil vi ikke være i stand til å ta noe annet på denne reisen inn i dypet av universet - det er veldig lite plass og vi må begrense oss selv til de mest nødvendige tingene. Men det kan ikke stoppe oss! Målet er klart for oss! Dypet av universet venter på oss!

Nøytrinoer, en utrolig liten partikkel i universet, har fascinert forskere i nesten et århundre. Flere Nobelpriser har blitt delt ut for forskning på nøytrinoer enn for arbeid med noen annen partikkel, og det bygges enorme anlegg for å studere den med små staters budsjett. Alexander Nozik, seniorforsker ved Institute of Nuclear Research ved det russiske vitenskapsakademiet, lærer ved MIPT og deltaker i «Troitsk nu-mass»-eksperimentet for å søke etter nøytrinomassen, forteller hvordan man studerer den, men de fleste viktigere, hvordan å fange det i utgangspunktet.

Mysteriet med stjålet energi

Historien om nøytrinoforskning kan leses som en fascinerende detektivhistorie. Denne partikkelen har testet de deduktive evnene til forskere mer enn én gang: ikke hver gåte kunne løses umiddelbart, og noen er ennå ikke løst. La oss starte med historien til funnet. Radioaktivt forfall forskjellige typer begynte å bli studert tilbake i sent XIXårhundre, og det er ikke overraskende at forskerne på 1920-tallet hadde instrumenter i sitt arsenal ikke bare for å registrere selve forfallet, men også for å måle energien til de unnslippende partiklene, om enn ikke spesielt nøyaktige etter dagens standarder. Etter hvert som instrumentenes nøyaktighet økte, økte også gleden for forskere og forvirringen knyttet til blant annet beta-forfall, der et elektron flyr ut av en radioaktiv kjerne, og selve kjernen endrer ladning. Dette forfallet kalles to-partikkel, siden det produserer to partikler - en ny kjerne og et elektron. Enhver videregående elev vil forklare at det er mulig å nøyaktig bestemme energien og momentumet til fragmenter i et slikt forfall ved å bruke bevaringslover og kjenne massene til disse fragmentene. Med andre ord vil energien til for eksempel et elektron alltid være den samme ved ethvert forfall av kjernen til et bestemt grunnstoff. I praksis ble det observert et helt annet bilde. Elektronenergien var ikke bare ikke fiksert, men ble også spredt ut i et kontinuerlig spektrum ned til null, noe som forbløffet forskerne. Dette kan bare skje hvis noen stjeler energi fra beta-forfall. Men det ser ut til at det ikke er noen som stjeler det.

Over tid ble instrumentene mer og mer nøyaktige, og snart forsvant muligheten for å tilskrive en slik anomali til en utstyrsfeil. Dermed oppsto et mysterium. På leting etter løsningen har forskere uttrykt forskjellige, til og med helt absurde etter dagens standarder, antakelser. Niels Bohr selv kom for eksempel med en seriøs uttalelse om at fredningslover ikke gjelder i elementærpartiklers verden. Wolfgang Pauli reddet dagen i 1930. Han klarte ikke å komme til fysikkkonferansen i Tübingen, og fordi han ikke kunne delta eksternt, sendte han et brev som han ba om å bli lest. Her er utdrag fra den:

«Kjære radioaktive damer og herrer. Jeg ber deg om å lytte med oppmerksomhet på det mest passende øyeblikket til budbringeren som leverte dette brevet. Han vil fortelle deg at jeg har funnet et utmerket middel for bevaringsloven og korrekt statistikk. Det ligger i muligheten for eksistensen av elektrisk nøytrale partikler... Kontinuiteten til B-spekteret vil bli tydelig hvis vi antar at under B-nedbrytning sendes et slikt "nøytron" ut sammen med hvert elektron, og summen av energiene til "nøytronet" og elektronet er konstant ..."

På slutten av brevet var det følgende linjer:

«Hvis du ikke tar risiko, vinner du ikke. Alvorligheten av situasjonen når man vurderer det kontinuerlige B-spekteret blir spesielt tydelig etter ordene til prof. Debye, som sa til meg med beklagelse: "Å, det er bedre å ikke tenke på alt dette ... som nye skatter." Derfor er det nødvendig å seriøst diskutere hver vei til frelse. Så, kjære radioaktive mennesker, sett dette på prøve og døm."

Senere uttrykte Pauli selv frykt for at selv om ideen hans reddet fysikken til mikroverdenen, ville den nye partikkelen aldri bli oppdaget eksperimentelt. De sier at han til og med argumenterte med kollegene om at hvis partikkelen fantes, ville det ikke være mulig å oppdage den i løpet av deres levetid. I løpet av de neste årene utviklet Enrico Fermi en teori om beta-forfall som involverte en partikkel han kalte nøytrinoen, som stemte glimrende med eksperimentet. Etter dette var det ingen som var i tvil om at den hypotetiske partikkelen faktisk eksisterte. I 1956, to år før Paulis død, ble nøytrinoer eksperimentelt oppdaget i omvendt beta-forfall av teamet til Frederick Reines og Clyde Cowan (Reines mottok Nobelprisen for dette).

Saken om de manglende solnøytrinoene

Så snart det ble klart at nøytrinoer, selv om de er komplekse, fortsatt kunne oppdages, begynte forskere å prøve å fange nøytrinoer utenomjordisk opprinnelse. Deres mest åpenbare kilde er solen. Kjernereaksjoner skjer hele tiden i den, og det kan beregnes at rundt 90 milliarder solnøytrinoer per sekund passerer gjennom hver kvadratcentimeter av jordoverflaten.

I det øyeblikket mest effektiv metodeÅ fange solnøytrinoer var en radiokjemisk metode. Dens essens er dette: en solnøytrino ankommer jorden, samhandler med kjernen; resultatet er for eksempel en 37Ar-kjerne og et elektron (dette er akkurat reaksjonen som ble brukt i forsøket til Raymond Davis, som han senere fikk Nobelprisen for). Etter dette kan vi ved å telle antall argonatomer si hvor mange nøytrinoer som interagerte i detektorvolumet under eksponeringen. I praksis er selvfølgelig ikke alt så enkelt. Du må forstå at du må telle enkle argonatomer i et mål som veier hundrevis av tonn. Masseforholdet er omtrent det samme som mellom massen til en maur og massen til jorden. Det var da det ble oppdaget at ⅔ av solnøytrinoer var blitt stjålet (den målte fluksen var tre ganger mindre enn spådd).

Mistanken falt selvfølgelig først på selve solen. Tross alt kan vi dømme hans indre liv bare ved indirekte tegn. Det er ikke kjent hvordan nøytrinoer skapes på den, og det er til og med mulig at alle modeller av solen er feil. Ganske mange forskjellige hypoteser ble diskutert, men til slutt begynte forskere å lene seg mot ideen om at det ikke var Solen, men nøytrinoenes utspekulerte natur.

En liten historisk digresjon: i perioden mellom den eksperimentelle oppdagelsen av nøytrinoer og eksperimenter i studiet av solnøytrinoer, skjedde flere flere interessante funn. Først ble antinøytrinoer oppdaget og det ble bevist at nøytrinoer og antinøytrinoer deltar forskjellig i interaksjoner. Dessuten er alle nøytrinoer i alle interaksjoner alltid venstrehendte (projeksjonen av spinn på bevegelsesretningen er negativ), og alle antinøytrinoer er høyrehendte. Ikke bare er denne egenskapen observert blant alle elementærpartikler bare i nøytrinoer, den indikerer også indirekte at universet vårt i prinsippet ikke er symmetrisk. For det andre ble det oppdaget at hvert ladet lepton (elektron, myon og taulepton) har sin egen type, eller smak, av nøytrino. Dessuten samhandler nøytrinoer av hver type bare med deres lepton.

La oss gå tilbake til solproblemet vårt. Tilbake på 50-tallet av 1900-tallet ble det antydet at den leptoniske smaken (en type nøytrino) ikke trenger å bli bevart. Det vil si at hvis en elektronnøytrino ble født i en reaksjon, så kan nøytrinoen på vei til en annen reaksjon skifte klær og løpe som en myon. Dette kan forklare mangelen på solnøytrinoer i radiokjemiske eksperimenter som kun er følsomme for elektronnøytrinoer. Denne hypotesen ble briljant bekreftet av målinger av solnøytrinofluksen i SNO og Kamiokande store vannmålscintillasjonseksperimenter (som en annen Nobelpris nylig ble tildelt). I disse eksperimentene er det ikke lenger omvendt beta-forfall som studeres, men nøytrino-spredningsreaksjonen, som ikke bare kan oppstå med elektron, men også med myonnøytrinoer. Da de i stedet for fluksen av elektronnøytrinoer begynte å måle den totale fluksen til alle typer nøytrinoer, bekreftet resultatene perfekt overgangen til nøytrinoer fra en type til en annen, eller nøytrinoscillasjoner.

Angrep på standardmodellen

Oppdagelsen av nøytrinoscillasjoner, etter å ha løst ett problem, skapte flere nye. Poenget er at siden Paulis tid har nøytrinoer blitt ansett som masseløse partikler som fotoner, og dette passet alle. Forsøk på å måle massen av nøytrinoer fortsatte, men uten særlig entusiasme. Oscillasjoner endret alt, siden masse, uansett hvor liten, er nødvendig for deres eksistens. Oppdagelsen av masse i nøytrinoer gledet selvfølgelig eksperimentere, men forvirret teoretikere. For det første passer ikke massive nøytrinoer inn i standardmodellen for partikkelfysikk, som forskere har bygget siden begynnelsen av det 20. århundre. For det andre er den samme mystiske venstrehendelsen til nøytrinoer og høyrehendtheten til antinøytrinoer godt forklart bare, igjen, for masseløse partikler. Hvis det er masse, bør venstrehendte nøytrinoer med en viss sannsynlighet forvandles til høyrehendte, det vil si til antipartikler, bryte den tilsynelatende uforanderlige loven om bevaring av leptontallet, eller til og med bli til en slags nøytrinoer som gjør det ikke delta i samhandlingen. I dag kalles slike hypotetiske partikler vanligvis sterile nøytrinoer.

Nøytrinodetektor "Super Kamiokande" © Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo

Selvfølgelig ble eksperimentelle søk etter nøytrinomassen umiddelbart gjenopptatt kraftig. Men spørsmålet oppsto umiddelbart: hvordan måle massen til noe som ikke kan fanges? Det er bare ett svar: ikke fange nøytrinoer i det hele tatt. I dag utvikles det mest aktivt av to retninger – direkte søk etter nøytrinomasse i beta-forfall og observasjon av nøytrinoløst dobbeltbeta-forfall. I det første tilfellet er ideen veldig enkel. Kjernen forfaller med elektron- og nøytrinostråling. Det er ikke mulig å fange et nøytrino, men det er mulig å fange og måle et elektron med svært høy nøyaktighet. Elektronspekteret bærer også informasjon om nøytrinomassen. Et slikt eksperiment er et av de vanskeligste innen partikkelfysikk, men dets utvilsomme fordel er at det er basert på grunnleggende prinsipper bevaring av energi og fart og resultatet avhenger av lite. For øyeblikket er den beste grensen for nøytrinomasse omtrent 2 eV. Dette er 250 tusen ganger mindre enn for et elektron. Det vil si at selve massen ikke ble funnet, men kun begrenset av den øvre rammen.

Med dobbel beta-forfall er ting mer komplisert. Hvis vi antar at en nøytrino blir til en antinøytrino under en spin flip (denne modellen er kalt etter den italienske fysikeren Ettore Majorana), så er en prosess mulig når to beta-forfall skjer samtidig i kjernen, men nøytrinoene ikke flyr ut, men reduseres. Sannsynligheten for en slik prosess er relatert til nøytrinomassen. De øvre grensene i slike eksperimenter er bedre – 0,2 – 0,4 eV – men avhenger av den fysiske modellen.

Problemet med massive nøytrinoer er ennå ikke løst. Higgsteorien kan ikke forklare så små masser. Det krever betydelig komplikasjon eller bruk av noen mer utspekulerte lover i henhold til hvilke nøytrinoer samhandler med resten av verden. Fysikere involvert i nøytrinoforskning blir ofte stilt spørsmålet: «Hvordan kan nøytrinoforskning hjelpe gjennomsnittsmennesket? Hvilken økonomisk eller annen fordel kan man få fra denne partikkelen? Fysikere trekker på skuldrene. Og de vet det virkelig ikke. En gang i tiden var studiet av halvlederdioder rent grunnleggende fysikk, uten noen praktisk anvendelse. Forskjellen er at teknologiene som utvikles for å lage moderne eksperimenter innen nøytrinofysikk er mye brukt i industrien nå, så hver krone som investeres i dette området betaler seg ganske raskt. For tiden utføres det flere eksperimenter rundt om i verden, hvis skala er sammenlignbar med skalaen til Large Hadron Collider; disse eksperimentene er utelukkende rettet mot å studere egenskapene til nøytrinoer. Det er ukjent i hvilken av dem det vil være mulig å åpne en ny side i fysikk, men den vil definitivt bli åpnet.

Verden og vitenskapen står aldri stille. For nylig skrev fysikklærebøker trygt at elektronet er den minste partikkelen. Da ble mesoner de minste partiklene, deretter bosoner. Og nå har vitenskapen oppdaget en ny den minste partikkelen i universet- Planck sort hull. Riktignok er den fortsatt åpen bare i teorien. Denne partikkelen er klassifisert som et sort hull fordi dens gravitasjonsradius er større enn eller lik bølgelengden. Av alle de eksisterende sorte hullene er Plancks minste.

Levetiden til disse partiklene er for kort til å gjøre deres praktisk påvisning mulig. I hvert fall foreløpig. Og de dannes, som man vanligvis tror, ​​som et resultat av kjernefysiske reaksjoner. Men det er ikke bare levetiden til Planck sorte hull som forhindrer at de oppdages. Nå er dette dessverre umulig fra et teknisk synspunkt. For å syntetisere Planck sorte hull trengs en energiakselerator på mer enn tusen elektronvolt.

Video:

Til tross for den hypotetiske eksistensen av denne minste partikkelen i universet, er dens praktiske oppdagelse i fremtiden ganske mulig. Tross alt, for ikke så lenge siden kunne det legendariske Higgs-bosonet heller ikke oppdages. Det var for sin oppdagelse at det ble opprettet en installasjon som bare den lateste innbyggeren på jorden ikke har hørt om - Large Hadron Collider. Forskernes tillit til suksessen til disse studiene bidro til å oppnå et sensasjonelt resultat. Higgs-bosonet er for tiden den minste partikkelen hvis eksistens er praktisk talt bevist. Oppdagelsen er veldig viktig for vitenskapen, den tillot alle partikler å tilegne seg masse. Og hvis partikler ikke hadde noen masse, kunne ikke universet eksistere. Ikke et eneste stoff kunne dannes i den.

Til tross for den praktisk talt beviste eksistensen av denne partikkelen, Higgs-bosonet, er praktiske anvendelser for den ennå ikke oppfunnet. Foreløpig er dette bare teoretisk kunnskap. Men i fremtiden er alt mulig. Ikke alle oppdagelser innen fysikk hadde umiddelbart praktisk anvendelse. Ingen vet hva som vil skje om hundre år. Tross alt, som nevnt tidligere, står verden og vitenskapen aldri stille.