Masa este unul dintre conceptele fundamentale și, în același timp, misterioase în știință. În lumea particulelor elementare, aceasta nu poate fi separată de energie. Este diferit chiar și pentru neutrini și cea mai mare parte este localizată în partea invizibilă a Universului. RIA Novosti spune ce știu fizicienii despre masă și ce secrete sunt asociate cu aceasta.
Relativ și elementar
În suburbiile Parisului, la sediul Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri, există un cilindru format dintr-un aliaj de platină și iridiu, care cântărește exact un kilogram. Acesta este standardul pentru întreaga lume. Masa poate fi exprimată în termeni de volum și densitate și se poate considera că servește ca o măsură a cantității de materie din corp. Dar fizicienii care studiază microworld nu sunt mulțumiți de o explicație atât de simplă.
Imaginați-vă că mișcați acest cilindru. Înălțimea sa nu depășește patru centimetri, cu toate acestea, va trebui să se facă un efort vizibil. Va fi nevoie de și mai mult efort pentru a muta, de exemplu, un frigider. Necesitatea aplicării forței fizicii se explică prin inerția corpurilor, iar masa este considerată ca un coeficient care leagă forța și accelerația rezultată (F = ma).
Masa servește ca o măsură nu numai a mișcării, ci și a gravitației, care obligă corpurile să se atragă reciproc (F = GMm / R2). Când urcăm pe scară, săgeata este deviată. Acest lucru se datorează faptului că masa Pământului este foarte mare, iar forța gravitației ne împinge literalmente la suprafață. Pe o lună mai deschisă, o persoană cântărește de șase ori mai puțin.
Gravitatea nu este mai puțin misterioasă decât masa. Presupunerea că unele corpuri foarte masive pot emite unde gravitaționale la mișcare a fost confirmată experimental doar în 2015 la detectorul LIGO. Doi ani mai târziu, această descoperire a primit premiul Nobel.
Conform principiului echivalenței propus de Galileo și rafinat de Einstein, masele gravitaționale și inerțiale sunt egale. De aici rezultă că obiectele masive sunt capabile să îndoaie spațiul-timp. Stelele și planetele creează pâlnii gravitaționale în jurul lor, în care sateliții naturali și artificiali se învârt până ajung la suprafață.
Video promotional:
Quark interacționează cu câmpul Higgs / Ilustrație RIA Novosti / Alina Polyanina.
De unde vine masa
Fizicienii sunt convinși că particulele elementare trebuie să aibă masă. S-a dovedit că electronul și blocurile de construcție ale universului - quark - au masă. În caz contrar, nu ar putea forma atomi și toată materia vizibilă. Un univers fără masă ar fi un haos al cantei de diferite radiații, care se grăbește cu viteza luminii. Nu ar exista galaxii, nici stele, nici planete.
Dar de unde vine masa?
„Când creăm Modelul Standard în fizica particulelor - o teorie care descrie interacțiunea electromagnetică, slabă și puternică a tuturor particulelor elementare, au apărut mari dificultăți. Modelul conținea divergențe inevitabile datorită prezenței unor mase non-zero în particule”, spune RIA Novosti, Alexander Studenikin, doctor în știință, profesor al Departamentului de fizică teoretică din cadrul departamentului de fizică al Universității de Stat din Lomonosov din Moscova.
Soluția a fost găsită de oamenii de știință europeni la mijlocul anilor 1960, care sugerează că există un alt domeniu în natură - unul scalar. Pătrunde întregul Univers, dar influența sa se observă doar la nivel micro. Particulele par să se blocheze în ea și să capete astfel masă.
Misterul câmp scalar a primit numele fizicianului britanic Peter Higgs, unul dintre fondatorii Modelului Standard. Bosonul este numit și după el - o particulă masivă care apare în câmpul Higgs. Acesta a fost descoperit în 2012 în experimente la Colibrul de Hadroni de la CERN. Un an mai târziu, Higgs a primit premiul Nobel împreună cu François Engler.
Vânătoare de fantome
Particula fantomă - neutrino - trebuia, de asemenea, recunoscută drept masivă. Acest lucru se datorează observațiilor fluxurilor de neutrinoi de la Soare și a razelor cosmice, care pentru o lungă perioadă de timp nu au putut fi explicate. S-a dovedit că o particulă este capabilă să se transforme în alte stări în timpul mișcării sau să oscileze, așa cum spun fizicienii. Acest lucru este imposibil fără masă.
„Nevrinii electronici, născuți, de exemplu, în interiorul Soarelui, în sens strict nu pot fi considerate particule elementare, deoarece masa lor nu are un sens clar. Dar în mișcare, fiecare dintre ele poate fi considerată ca o superpoziție a particulelor elementare (numite și neutrino) cu mase m1, m2, m3. Datorită diferenței de viteză a neutrinilor de masă, detectorul detectează nu numai neutrozi electroni, ci și neutrozi de alte tipuri, de exemplu, neutroni muoni și tau. Aceasta este o consecință a amestecării și oscilațiilor preconizate în 1957 de Bruno Maksimovici Pontecorvo”, explică profesorul Studenikin.
S-a stabilit că masa unui neutrino nu poate depăși două zecimi de electroni volt. Însă semnificația exactă este încă necunoscută. Oamenii de știință fac acest lucru în experimentul KATRIN de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe (Germania), lansat pe 11 iunie.
„Întrebarea cu privire la magnitudinea și natura masei neutrinoase este una dintre principalele. Decizia lui va servi drept bază pentru dezvoltarea ulterioară a înțelegerii structurii noastre , conchide profesorul.
S-ar părea că, în principiu, totul se știe despre masă, rămâne să clarificăm nuanțele. Dar nu este cazul. Fizicienii au calculat că materia pe care o observăm ocupă doar cinci procente din masa materiei din univers. Restul este materie și energie întunecată ipotetic, care nu emit nimic și, prin urmare, nu sunt înregistrate. În ce particule constă aceste părți necunoscute ale universului, care este structura lor, cum interacționează cu lumea noastră? Următoarele generații de oameni de știință vor trebui să-și dea seama.
Tatiana Pichugina
