Alkuainehiukkaset ovat maailmankaikkeuden pienimpiä tunnettuja rakennuspalikoita. Heillä ei uskota olevan sisäistä rakennetta, mikä tarkoittaa, että tutkijat ajattelevat niitä nollaulotteisina pisteinä, jotka eivät vie tilaa. Elektronit ovat luultavasti tunnetuimpia alkuainehiukkasia, mutta fysiikan standardimalli, joka kuvaa hiukkasten ja melkein kaikkien voimien vuorovaikutusta, tunnistaa 10 alkuainehiukkasta.
Elektronit ja niihin liittyvät hiukkaset
Elektronit ovat atomien negatiivisesti varautuneita komponentteja. Vaikka niiden uskotaan olevan nollaulotteisia pistehiukkasia, elektroneja ympäröi muiden virtuaalihiukkasten pilvi, jotka jatkuvasti silmäilevät olemassaoloaan ja poistuvat olemassaolosta, jotka toimivat olennaisesti osana itse elektronia. Jotkut teoriat ovat ennustaneet, että elektronilla on hiukan positiivinen napa ja hiukan negatiivinen napa, mikä tarkoittaa, että tämän virtuaalihiukkasten pilven tulisi olla hiukan epäsymmetrinen.
Jos näin olisi, elektronit saattavat käyttäytyä eri tavalla kuin niiden antimateriaalin kaksinkertaistuu, positronit, mikä selittää monia salaisuuksia aineesta ja antimateriaalista. Mutta fyysikot ovat toistuvasti mitanneet elektronin muodon ja havainneet sen olevan parhaan tietämyksensä mukaan täysin pyöreä, jättäen heidät ilman vastauksia antimateriaalin aiheisiin.
Elektronissa on kaksi raskaampaa serkkua, nimeltään muoni ja tau. Kuukkeja voidaan luoda, kun ulkoavaruuden korkean energian kosmiset säteet osuvat Maan ilmakehän yläosaan tuottaen eksoottisten hiukkasten suihkun. Taus on vielä harvempaa ja vaikeampi tuottaa, koska ne ovat yli 3 400 kertaa raskaampia kuin elektronit. Neutriinot, elektronit, kuonit ja taukset muodostavat perusainepartikkelien luokan, joita kutsutaan leptoneiksi.
Kvarkit ja niiden omituisuus
Kvarkit, jotka muodostavat protoneja ja neutroneja, ovat toisen tyyppisiä perushiukkasia. Yhdessä leptonien kanssa kvarkit muodostavat asiat, joista pidämme asiaa.
Aikoinaan tutkijat uskoivat, että atomit olivat pienimmät mahdolliset esineet; sana tulee kreikasta "atomos", joka tarkoittaa "jakamattomia". 1900-luvun vaihteen ympäri atomitumien osoitettiin koostuvan protoneista ja neutroneista. Sitten, koko 1950- ja 60-luvuilla, hiukkaskiihdyttimet paljastivat jatkuvasti eksoottisten subatomisten hiukkasten, kuten pionien ja kaonejen, rungon.
Fyysikot Murray Gell-Mann ja George Zweig ehdottivat vuonna 1964 itsenäisesti mallia, joka voisi selittää protonien, neutronien ja muun hiukkasten eläintarhan sisäisen toiminnan, Kalifornian SLAC: n kansallisen kiihdytinlaboratorion historiallisen raportin mukaan. Protonien ja neutronien sisällä ovat pieniä hiukkasia, joita kutsutaan kvarkeiksi. Niitä on kuusi mahdollista tyyppiä tai makua: ylös, alas, outo, viehätys, pohja ja yläosa.
Protonit valmistetaan kahdesta ylöspäin kvarkeista ja alaspäin kvarkeista, kun taas neutronit koostuvat kahdesta alamäestä ja ylöspäin. Ylös ja alas kvarkit ovat kevyimmät lajikkeet. Koska enemmän massiivisilla hiukkasilla on taipumus hajota vähemmän massiivisiksi, ylä- ja alakvarkit ovat myös yleisimmät maailmankaikkeudessa; Siksi protonit ja neutronit muodostavat suurimman osan tiedostamme.
Vuoteen 1977 mennessä fyysikot olivat eristäneet viisi laboratorion kuudesta kvarkista - ylös, alas, omituisesti, viehätys ja pohja -, mutta vasta vuonna 1995 Illinoisin Fermilabin kansallisen kiihdytinlaboratorion tutkijat löysivät lopullisen kvarkin, ylimmän kvarkin. Sen etsiminen oli ollut yhtä intensiivistä kuin myöhempi Higgs-bosonin metsästys. Yläkvarkkia oli niin vaikea tuottaa, koska se on noin 100 biljoonaa kertaa raskaampi kuin ylöspäin oleva kvarkki, eli se vaati paljon enemmän energiaa hiukkaskiihdyttimien valmistukseen.
Luonnon perushiukkaset
Sitten on olemassa neljä luonnon perusvoimaa: sähkömagneettisuus, painovoima ja vahvat ja heikot ydinvoimat. Jokaisella näistä on liittyvä perustava hiukkanen.
Fotonit ovat tunnetuimpia; ne kantavat sähkömagneettista voimaa. Gluoneilla on voimakas ydinvoima ja ne sijaitsevat protonien ja neutronien kvarkeissa. Heikko voima, joka välittää tiettyjä ydinreaktioita, kuljettaa kaksi perushiukkasta, W- ja Z-bosoneja. Neutrinot, jotka tuntevat vain heikon voiman ja painovoiman, ovat vuorovaikutuksessa näiden bosonien kanssa, ja siten fyysikot pystyivät ensin esittämään todisteita olemassaolostaan käyttämällä neutriinoja, CERN: n mukaan.
Painovoima on täällä ulkopuolinen. Sitä ei sisällytetä standardimalliin, vaikka fyysikot epäilevät, että sillä voisi olla siihen liittyvä perushiukkas, jota kutsutaan gravitoniksi. Jos gravitoneita on olemassa, voi olla mahdollista luoda niitä LHC: llä (Geneve, Sveitsi), mutta ne katoavat nopeasti ylimääräisiin mittoihin, jättäen taakse tyhjän alueen, jossa ne olisivat olleet, CERN: n mukaan. Toistaiseksi LHC ei ole nähnyt todisteita gravitoneista tai ylimääräisistä mitoista.
Tajuton Higgsin bosoni
Lopuksi on Higgsin bosoni, alkuainehiukkasten kuningas, joka vastaa kaikkien muiden hiukkasten massan antamisesta. Higgien metsästys oli merkittävä pyrkimys tutkijoille, jotka yrittivät täydentää standardimallistoaan. Kun Higgs havaittiin lopulta, vuonna 2012 fyysikot iloitsivat, mutta tulokset ovat myös jättäneet heidät vaikeaseen kohtaan.
Higgs näyttää melko täsmälleen samalla tavalla kuin sen ennustettiin näyttävän, mutta tutkijat toivoivat lisää. Vakiomallin tiedetään olevan epätäydellinen; Esimerkiksi siitä puuttuu gravitaation kuvaus, ja tutkijoiden mielestä Higgsin löytäminen auttaisi osoittamaan muita teorioita, jotka voisivat korvata standardimallin. Mutta toistaiseksi he ovat tulleet tyhjiksi haussa.
lisä- voimavarat:
