Atomizem, torej nauk o obstoju najmanjših nedeljivih delcev, ki sestavljajo materijo, je nastal že dolgo, preden so znanstveniki z eksperimentom lahko preverili njegove določbe. Ko pa so to storili, se je izkazalo, da mikrokozmos napolnjujejo ne le atomi, ampak tudi še manjši delci, ki kažejo neverjetne lastnosti.
Gospod Lubin mikrokozmos
Koncept "atoma" je v znanstveno uporabo vrnil John Dalton, učitelj iz Manchestera, ki je v začetku 19. stoletja ustvaril prepričljivo teorijo kemijske interakcije. Prišel je do zaključka, da so v naravi preproste snovi, ki jih je poimenoval "elementi", in vsaka je sestavljena iz atomov, ki so značilni samo zanj. Dalton je predstavil tudi koncept atomske teže, ki je omogočil, da se elementi naročajo v znameniti periodični tabeli, ki jo je marca 1869 predlagal Dmitrij Mendelejev.
O tem, da poleg atomov obstajajo še nekateri delci, so znanstveniki začeli ugibati, ko so preučevali električne pojave. Leta 1891 je irski fizik George Stoney predlagal, da bi hipotetično nabiti delček imenovali elektron. Po šestih letih je Anglež Joseph Thomson ugotovil, da je elektron veliko lažji od atoma najlažjega elementa (vodika), pravzaprav je odkril prvega od temeljnih delcev.
Leta 1911 je Ernest Rutherford na podlagi eksperimentalnih podatkov predlagal planetni model atoma, po katerem je v njenem središču gosto in pozitivno nabito jedro, okoli katerega se vrtijo negativno nabiti elektroni. Subatomski delček s pozitivnim nabojem, iz katerega so sestavljena jedra, se je imenoval proton.
Kmalu je fizike čakalo še eno presenetljivo odkritje: število protonov v atomu je enako številu elementa v periodični tabeli. Potem se je pojavila hipoteza, da so v sestavi atomskih jeder še nekateri drugi delci. Ameriški kemik William Harkins je leta 1921 predlagal, da bi jih poimenovali nevtroni, vendar je trajalo še 10 let, da so snemali in opisali sevanje nevtronov, katerih odkritje je, kot vemo, ključnega pomena za razvoj jedrske energije.
Promocijski video:
Fantomi antičnega sveta
V zgodnjih tridesetih letih so fiziki poznali štiri temeljne delce: foton, elektron, protoni in nevtroni. Zdelo se je, da jih je dovolj za opis mikrokozmosa.
Položaj se je močno spremenil, ko je Paul Dirac dokazal teoretično možnost obstoja antielektronov. Če se elektron in antielektron trčita, potem bo do sproščanja visokoenergijskega fotona prišlo do uničevanja. Dirac je sprva verjel, da je proton antielektron, vendar so njegovi kolegi zasmehovali njegovo idejo, ker bi se potem vsi atomi na svetu takoj uničili. Septembra 1931 je znanstvenik predlagal, da mora obstajati poseben delec (pozneje imenovan pozitron), ki se rodi iz vakuuma, ko trdijo trdi gama žarki. Kmalu je postalo jasno, da so znanstveniki že prej registrirali takšen delec, vendar niso mogli dati svojih manifestacij razumne podlage. Odkritje poztrona je nakazovalo, da morata imeti protona in nevtrona enake analoge.
Ruski fizik Vladimir Rozhanski je šel še dlje in je leta 1940 objavil članek, v katerem je trdil, da so nekatera telesa v osončju (na primer meteoriti, kometi in asteroidi) sestavljena iz antimaterije. Izobražena javnost, v prvi vrsti pisci znanstvene fantastike, se je lotila ideje, saj je verjela v fizično resničnost antisvetov, ki obstaja nekje v bližini.
Postopek umetnega pridobivanja anti delcev se je izkazal za precej napornega: za to je bilo treba zgraditi poseben pospeševalnik "Bevatron". Na njem so sredi petdesetih let odkrili antiprotone in antinevtrone. Od takrat je bilo kljub naraščajočim stroškom dela mogoče dobiti le zanemarljive količine antimaterije, zato se iskanje naravnih "nahajališč" nadaljuje.
Upanje podpornikov Rozhanskega hipoteze se napaja z registriranim neskladjem (za faktor 100!) Med teoretično predvideno in resnično intenzivnostjo antiprotonskih tokov v kozmičnih žarkih. To neskladje je mogoče med drugim razložiti s pomočjo domneve, da je nekje zunaj naše Galaksije (ali celo Metagalaksije) res ogromno območje, sestavljeno iz antimaterije.
Nedovoljen delček
Leta 1900 so fiziki ugotovili, da so beta žarki, ki nastanejo z radioaktivnim razpadom, dejansko elektroni.
Med nadaljnjimi opazovanji se je izkazalo, da se energija oddanih elektronov izkaže za drugačno, kar je očitno kršilo zakon ohranjanja energije. Nobeni teoretični in praktični triki niso pomagali razložiti, kaj se dogaja, in 1930 Niels Bohr, patriarh kvantne fizike, je pozval k opustitvi tega zakona v povezavi z mikrovalovjem.
Izhod je našel Švicar Wolfgang Pauli: predlagal je, da se med razpadom atomskih jeder sprosti še en subatomski delček, ki ga je imenoval nevtron in ki ga razpoložljivi instrumenti ne morejo zaznati. Ker je bil ravno takrat končno odkrit prej napovedani nevron, je bilo odločeno, da hipotetični Paulijev delec imenujemo nevtrino (pozneje se je izkazalo, da se med beta razpadom ne rodi nevtrino, ampak antineutrino).
Čeprav je bila ideja o nevtrinah sprva sprejeta s skepticizmom, je sčasoma prevzela pamet. Hkrati se je pojavila nova težava: delec je tako majhen in ima tako nepomembno maso, da ga je praktično nemogoče popraviti tudi pri prehodu skozi najgostejše snovi. Kljub temu raziskovalci niso obupali: ko so se pojavili jedrski reaktorji, so jih uspeli uporabiti kot generatorje močnega nevtrinskega toka, kar je povzročilo njegovo odkritje leta 1956.
Delci "Ghost" so se naučili registrirati in celo zgradili ogromno nevtrino opazovalnico "Ledena kocka" na Antarktiki, vendar pa sami večinoma ostajajo skrivnost. Na primer, obstaja hipoteza, da antinevtrini komunicirajo s snovjo kot navaden nevtrino. Če bomo hipotezo potrdili s poskusom, bo postalo jasno, zakaj je med oblikovanjem Vesolja nastala globalna asimetrija in je danes zadeva veliko večja kot antimaterija.
Znanstveniki se povezujejo z nadaljnjim proučevanjem nevtrinov, ki dobivajo odgovore o možnosti gibanja s superluminalno hitrostjo, o naravi "temne snovi", o pogojih zgodnjega Vesolja. Toda, kar je najpomembneje, nedavno dokazana prisotnost mase v nevtrinih uničuje Standardni model, ki posega v temelje sodobne fizike.
Zunaj standardnega modela
Preučevanje kozmičnih žarkov in konstrukcija močnih pospeševalnikov sta prispevala k odkritju desetine doslej neznanih delcev, za katere je bilo treba uvesti dodatno klasifikacijo. Na primer, danes se vsi subatomski delci, ki jih ni mogoče razdeliti na svoje sestavne dele, imenujejo elementarni in samo tisti, za katere velja, da nimajo notranje strukture (elektroni, nevtrini itd.), Se imenujejo temeljni.
V začetku šestdesetih let prejšnjega stoletja se je začel oblikovati standardni model - teorija, ki upošteva vse znane interakcije med delci in silo, razen gravitacije. Trenutna različica opisuje 61 elementarnih delcev, vključno z legendarnim Higgsovim bozonom. Uspeh standardnega modela je, da napoveduje lastnosti delcev, ki še niso bili odkriti, in s tem olajša njihovo iskanje. In vendar obstajajo razlogi, da se pogovarjamo, če ne o reviziji, pa o razširitvi modela. Prav to počnejo podporniki Nove fizike, ki je pozvana k reševanju nakopičenih teoretskih problemov.
Preseganje standardnega modela bo spremljalo odkrivanje novih elementarnih delcev, ki so še vedno hipotetični. Morda bodo znanstveniki odkrili tahione (gibljejo se z superluminalno hitrostjo), gravitone (ki izvajajo gravitacijsko interakcijo) in vimps (tvorijo "temno" snov). A prav tako verjetno je, da se bodo spotaknili ob kaj še bolj fantastičnega. Vendar tudi takrat ne bo zagotovilo, da smo spoznali mikrokozmos kot celoto.
Anton Pervušin