Maša je eden temeljnih in hkrati skrivnostnih konceptov v znanosti. V svetu elementarnih delcev ga ni mogoče ločiti od energije. Celo za nevtrine je nič, in večina se nahaja v nevidnem delu Vesolja. RIA Novosti pove, kaj fiziki vedo o množičnosti in katere skrivnosti so z njo povezane.
Relativno in elementarno
V predmestju Pariza, na sedežu Mednarodnega urada za uteži in ukrepe, je valj iz zlitine platine in iridija, ki tehtata natanko en kilogram. To je standard za ves svet. Maso lahko izrazimo v količini in gostoti in lahko štejemo, da služi kot merilo količine snovi v telesu. Toda fiziki, ki preučujejo mikrovalovni svet, niso zadovoljni s tako preprosto razlago.
Predstavljajte si, da premikate ta valj. Njegova višina ne presega štirih centimetrov, kljub temu pa bo treba vložiti opazen napor. Za premikanje, na primer, hladilnika, boste potrebovali še več truda. Potreba po uporabi fizikalne sile je razložena z vztrajnostjo teles, masa pa je obravnavana kot koeficient, ki povezuje silo in posledični pospešek (F = ma).
Masa služi kot merilo ne le gibanja, ampak tudi teže, ki sili telesa, da se med seboj privlačijo (F = GMm / R2). Ko pridemo na lestvico, se puščica odkloni. To je zato, ker je masa Zemlje zelo velika, sila sile pa nas dobesedno potisne na površje. Na svetlejši luni človek tehta šestkrat manj.
Gravitacija ni nič manj skrivnostna kot masa. Domneva, da nekatera zelo masivna telesa med gibanjem lahko oddajajo gravitacijske valove, je bila eksperimentalno potrjena šele leta 2015 na detektorju LIGO. Dve leti pozneje je to odkritje prejelo Nobelovo nagrado.
Po načelu enakovrednosti, ki ga je predlagal Galileo in oplemenitil Einstein, so gravitacijske in inercialne mase enake. Iz tega izhaja, da so masivni predmeti sposobni upogibati prostor-čas. Zvezde in planeti ustvarjajo gravitacijske lijake okoli sebe, v katerih se naravni in umetni sateliti vrtijo, dokler ne padejo na površje.
Promocijski video:
Quark sodeluje s Higgsovim poljem / Ilustracija RIA Novosti / Alina Polyanina.
Od kod prihaja masa
Fiziki so prepričani, da morajo imeti osnovni delci maso. Dokazano je, da imajo elektroni in gradniki vesolja - kvarki - maso. V nasprotnem primeru niso mogli tvoriti atomov in vse vidne snovi. Vesoljsko množično vesolje bi bilo kaos kvante različnih sevanj, ki bi se mudilo s hitrostjo svetlobe. Ne bi bilo galaksij, zvezd, planetov.
Toda od kod prihaja masa?
»Pri ustvarjanju Standardnega modela v fiziki delcev - teoriji, ki opisuje elektromagnetno, šibko in močno interakcijo vseh elementarnih delcev, so se pojavile velike težave. Model je vseboval neizogibne razhajanja zaradi prisotnosti nenačrtovanih mas v delcih, pravi Aleksander Studenikin, doktor znanosti, profesor oddelka za teoretično fiziko na oddelku za fiziko na moskovski državni univerzi Lomonosov, RIA Novosti.
Rešitev so našli evropski znanstveniki sredi šestdesetih let prejšnjega stoletja, kar kaže, da je v naravi še eno področje - skalarno. Prežema celotno Vesolje, vendar je njegov vpliv opazen le na mikro ravni. Delci se zdijo, da se v njem zataknejo in tako pridobijo maso.
Skrivnostno skalarno polje je dobilo ime po britanskem fiziku Petru Higgsu, enemu od ustanoviteljev Standardnega modela. Po njem je poimenovan tudi bozon - masičen delec, ki nastane na Higgsovem polju. Odkrili so ga leta 2012 v poskusih na velikem hadronskem trkalniku v CERN-u. Leto pozneje je Higgs prejel Nobelovo nagrado skupaj s Françoisom Englerjem.
Lov na duhove
Tudi delček duha - nevtrino - je bilo treba prepoznati kot množičnega. To je posledica opazovanj nevtrinskih tokov iz Sonca in kozmičnih žarkov, ki jih dolgo časa ni bilo mogoče razložiti. Izkazalo se je, da se delček med gibanjem lahko spremeni v druga stanja ali niha, kot pravijo fiziki. To je nemogoče brez mase.
»Elektronskih nevtrinov, ki se na primer rodijo v notranjosti Sonca, v strogem smislu ne moremo šteti za elementarne delce, saj njihova masa nima točno določenega pomena. Toda v gibanju lahko vsak od njih velja za superpozicijo elementarnih delcev (imenovanih tudi nevtrini) z maso m1, m2, m3. Zaradi razlike v hitrosti masnih nevtrinov detektor zazna ne samo elektronske nevtrine, ampak tudi nevtrine drugih vrst, na primer muonske in tau nevtrine. To je posledica mešanja in nihanj, ki jih je leta 1957 napovedal Bruno Maksimovich Pontecorvo, razlaga profesor Študenikin.
Ugotovljeno je bilo, da masa nevtrina ne sme presegati dveh desetin elektronskega volta. Natančen pomen pa še vedno ni znan. Znanstveniki to počnejo v eksperimentu KATRIN na Tehnološkem inštitutu Karlsruhe (Nemčija), ki se je začel 11. junija.
„Vprašanje obsega in narave nevtrinske mase je eno glavnih. Njegova odločitev bo služila kot osnova za nadaljnji razvoj našega razumevanja strukture, «- zaključuje profesor.
Zdi se, da se načeloma vse ve o množici, je treba razjasniti nianse. A temu ni tako. Fiziki so izračunali, da snov, ki jo opazimo, zavzema le pet odstotkov mase snovi v vesolju. Ostalo je hipotetična temna snov in energija, ki ne oddajata ničesar in zato nista registrirana. Iz katerih delcev so sestavljeni ti neznani deli vesolja, kakšna je njihova struktura, kako vplivajo na naš svet? Naslednje generacije znanstvenikov bodo to morale ugotoviti.
Tatjana Pichugina