Atomismul, adică doctrina existenței celor mai mici particule indivizibile care compun materia, a apărut cu mult înainte ca oamenii de știință să poată verifica dispozițiile sale prin experiment. Cu toate acestea, atunci când au făcut acest lucru, s-a dovedit că microcosmosul este umplut nu numai cu atomi, ci și cu particule și mai mici care demonstrează proprietăți uimitoare.
D-le microcosmos
Conceptul de „atom” a fost readus la uz științific de John Dalton, un învățător din Manchester, care a creat o teorie convingătoare a interacțiunii chimice la începutul secolului XIX. El a ajuns la concluzia că în natură există substanțe simple, pe care le-a numit „elemente” și fiecare este format din atomi care sunt caracteristici numai pentru el. Dalton a introdus, de asemenea, conceptul de greutate atomică, care a permis ordonarea elementelor în faimoasa tabelă periodică, propusă de Dmitry Mendeleev în martie 1869.
Faptul că pe lângă atomi există și alte particule, oamenii de știință au început să ghicească atunci când studiază fenomenele electrice. În 1891, fizicianul irlandez George Stoney a sugerat să apeleze la o particulă încărcată ipotetic un electron. După 6 ani, englezul Joseph Thomson a descoperit că electronul este mult mai ușor decât atomul elementului cel mai ușor (hidrogen), de fapt, descoperind prima dintre particulele fundamentale.
În 1911, Ernest Rutherford, pe baza datelor experimentale, a propus un model planetar al atomului, conform căruia în centrul său se află un nucleu dens și încărcat pozitiv, în jurul căruia se învârtesc electroni încărcați negativ. Particula subatomică cu sarcină pozitivă, din care sunt alcătuiți nuclei, a fost numită proton.
Curând o altă descoperire surprinzătoare a fizicienilor așteptați: numărul protonilor dintr-un atom este egal cu numărul unui element din tabelul periodic. Apoi a apărut o ipoteză că în compoziția nucleelor atomice există alte particule. În 1921, chimistul american William Harkins și-a propus să-i numim neutroni, dar a fost nevoie de încă 10 ani pentru a înregistra și descrie radiațiile de neutroni, descoperirea cărora, după cum știm, a avut o importanță esențială pentru dezvoltarea energiei nucleare.
Video promotional:
Fantomele Anti-Lumii
La începutul anilor 1930, fizicienii cunoșteau patru particule fundamentale: foton, electron, proton și neutron. Părea că sunt suficiente pentru a descrie microcosmosul.
Situația s-a schimbat dramatic când Paul Dirac a dovedit posibilitatea teoretică a existenței antielectronilor. Dacă un electron și un anti-electron se ciocnesc, atunci anihilarea va avea loc odată cu eliberarea unui foton cu energie mare. La început, Dirac a crezut că protonul este anti-electronul, dar colegii lui i-au ridiculizat ideea, pentru că atunci toți atomii din lume se vor anihila instantaneu. În septembrie 1931, savantul a sugerat că trebuie să existe o particulă specială (mai târziu numită pozitron), care se naște dintr-un vid atunci când razele gamma dure se ciocnesc. În curând a devenit clar că oamenii de știință au înregistrat o astfel de particulă mai devreme, dar nu au putut oferi manifestărilor sale o bază rezonabilă. Descoperirea pozitronului a sugerat că protonul și neutronul trebuie să aibă aceleași analogi.
Fizicianul rus Vladimir Rozhansky a mers și mai departe, publicând un articol în 1940 în care a susținut că unele corpuri din sistemul solar (de exemplu, meteoriți, comete și asteroizi) sunt compuse din antimaterie. Publicul educat, în primul rând scriitori de ficțiune științifică, a preluat ideea, crezând în realitatea fizică a lumii anti-lume care există undeva în apropiere.
Procesul de obținere artificială a antiparticulelor s-a dovedit a fi destul de laborios: pentru aceasta a fost necesar să se construiască un accelerator special "Bevatron". Antiprotonii și antineutronii au fost depistați pe acesta la mijlocul anilor '50. De atunci, în ciuda costurilor forței de muncă în creștere, a fost posibilă obținerea doar a unor cantități neglijabile de antimaterie, astfel căutarea „depozitelor” sale naturale continuă.
Speranța susținătorilor ipotezei Rozhansky este alimentată de discrepanța înregistrată (cu un factor de 100!) Între intensitatea anticipată teoretic și cea reală a fluxurilor antiprotonice în razele cosmice. Această discrepanță poate fi explicată, printre altele, cu ajutorul presupunerii că undeva în afara galaxiei noastre (sau chiar a Metagalaxiei) există într-adevăr o regiune vastă formată din antimaterie.
Particula evazivă
În 1900, fizicienii au stabilit că razele beta produse de descompunerea radioactivă sunt de fapt electroni.
În cursul altor observații, s-a dovedit că energia electronilor emise se dovedește a fi diferită, ceea ce a încălcat clar legea conservării energiei. Nici o trucuri teoretice și practice nu au ajutat să explice ce se întâmplă, iar în 1930, Niels Bohr, patriarhul fizicii cuantice, a cerut abandonarea acestei legi în raport cu microworld.
Elvețianul Wolfgang Pauli a găsit o cale de ieșire: el a sugerat ca, în timpul degradării nucleelor atomice, să fie eliberată o altă particulă subatomică, pe care a numit-o neutron și care nu poate fi detectată de instrumentele disponibile. Întrucât la acel moment s-a descoperit în cele din urmă neutronul prevăzut anterior, s-a decis să numim particula ipotetică Pauli un neutrin (mai târziu s-a dovedit că în timpul decăderii beta nu se naște un neutrino, ci un antineutrino).
Deși inițial ideea neutrinilor a fost primită cu scepticism, de-a lungul timpului a preluat mințile. În acest caz, a apărut o nouă problemă: particula este atât de mică și are o masă atât de nesemnificativă, încât este practic imposibil să o fixăm chiar și atunci când trecem prin cele mai dense substanțe. Cu toate acestea, cercetătorii nu au renunțat: când au apărut reactoarele nucleare, au reușit să fie folosiți ca generatori ai unui flux puternic de neutrino, ceea ce a dus la descoperirea sa în 1956.
Particulele „fantomă” au învățat să se înregistreze și chiar au construit un observator uriaș de neutrini „Cubul de gheață” în Antarctica, însă ei înșiși rămân în mare parte un mister. De exemplu, există o ipoteză că antineutrinii interacționează cu materia ca un neutrino obișnuit. Dacă ipoteza este confirmată prin experiment, va deveni clar de ce, în timpul formării Universului, a apărut o asimetrie globală și materia de astăzi este mult mai mare decât antimateria.
Oamenii de știință se asociază cu studiul suplimentar al neutrinilor obținând răspunsuri despre posibilitatea mișcării cu viteza superluminală, despre natura „materiei întunecate”, despre condițiile Universului timpuriu. Dar, poate cel mai important, prezența recent dovedită a masei în neutrini distruge Modelul Standard, care se bazează pe fundamentele fizicii moderne.
În afara modelului standard
Studiul razelor cosmice și construcția acceleratoarelor puternice au contribuit la descoperirea a zeci de particule necunoscute anterior, pentru care trebuia introdusă o clasificare suplimentară. De exemplu, toate particulele subatomice care nu pot fi împărțite în părțile lor constitutive sunt numite astăzi elementare și doar cele care sunt considerate a nu avea o structură internă (electroni, neutrini, etc.) sunt numite fundamentale.
La începutul anilor '60, modelul standard a început să ia formă - teorie care ține cont de toate particulele cunoscute și interacțiunile de forță, cu excepția gravitației. Versiunea curentă descrie 61 de particule elementare, inclusiv legendarul boson Higgs. Succesul modelului standard constă în faptul că prezice proprietățile particulelor care încă nu au fost descoperite, făcând astfel mai ușor găsirea lor. Și totuși, există motive pentru a vorbi, dacă nu despre revizuire, apoi despre extinderea modelului. Tocmai asta fac susținătorii noii fizici, care este chemat să rezolve problemele teoretice acumulate.
Depășirea modelului standard va fi însoțită de descoperirea de noi particule elementare, care sunt încă ipotetice. Probabil că oamenii de știință vor descoperi tahioane (care se deplasează cu viteză superluminală), gravitonii (care poartă interacțiune gravitațională) și vimps (formează materie „întunecată”). Dar este la fel de probabil că se vor poticni cu ceva și mai fantastic. Cu toate acestea, chiar și atunci nu va exista nicio garanție că am cunoscut microcosmosul în ansamblu.
Anton Pervushin
