Содержание
Миниатюрные вещи и объекты. Самая маленькая частица во вселенной — AG Media
Этот мир устроен странно: одни любят создавать что-то монументальное и гигантское, чтобы прославиться на весь мир и войти в историю, другие создают минималистичные копии обычных вещей, и они влияют на мир не меньше. Этот обзор содержит самые маленькие объекты, которые существуют в мире и в то же время не менее функциональны, чем их полноразмерные аналоги.
1. Пистолет SwissMiniGun
SwissMiniGun размером обычный ключ, но он способен стрелять крошечными пулями, которые вылетают из ствола со скоростью свыше 430 км / ч. Этого более чем достаточно, чтобы убить человека с близкого расстояния.
2. Автомобиль Peel 50
Весящий всего 69 кг, Peel 50 — самый маленький автомобиль, когда-либо одобренный для использования на дороге. Этот трехколесный «пепелац» мог развивать скорость до 16 км / ч.
3. Школа Калоу
ЮНЕСКО признала иранскую школу Калоу самой маленькой в мире.
В ней всего 3 ученика и бывший солдат Абдул-Мухаммед Шерани, который сейчас работает учителем.
4. Чайник весом 1,4 грамма
Он был создан мастером керамики у Жуйшенем. Хотя этот чайник весит всего 1,4 грамма и помещается на кончике пальца, вы можете заварить в нем чай.
5. Тюрьма Сарк
Тюрьма Сарк была построена на Нормандских островах в 1856 году. Там было место только для 2 заключенных, которые, к тому же, находились в очень стесненных условиях.
6. Tumbleweed
Этот дом называется «перекати-поле». Его построил Джей Шефер из Сан-Франциско. Хотя дом меньше кабинетов некоторых людей (его площадь составляет всего 9 квадратных метров), в нем есть рабочее место, спальня и ванна с душем и туалетом.
7. Миллс Энд Парк
Парк Миллс-энд в Портленде-самый маленький парк в мире. Его диаметр только 60 сантиметров. В то же время в парке есть бассейн для бабочек, миниатюрное колесо обозрения и крошечные статуэтки.
8. Эдвард Ниньо Эрнандес
Рост Эдварда Нино Эрнандеса из Колумбии составляет всего 68 сантиметров.
Книга рекордов Гиннесса признала его самым маленьким человеком в мире.
9. Полицейский участок в телефонной будке
По существу, он не более чем телефонная будка. Но это был действительно действующий полицейский участок в Каррабелле, штат Флорида.
10. Скульптуры Уилларда Уигана
Британский скульптор Уиллард Уиган, страдавший дислексией и плохой успеваемостью в школе, находил утешение в создании миниатюрных произведений искусства. Его скульптуры едва видны невооруженным глазом.
11. Бактерия Mycoplasma Genitalium
12. Свиной цирковирус
Хотя до сих пор ведутся споры о том, что можно считать “живым”, а что нет, большинство биологов не классифицируют вирус как живой организм из-за того, что он не может воспроизводиться или не имеет метаболизма. Вирус, однако, может быть намного меньше любого живого организма, включая бактерии. Самый маленький-это одноцепочечный ДНК-вирус, называемый свиным цирковирусом. Его размер составляет всего 17 нанометров.
13. Амеба
Самый маленький объект, видимый невооруженным глазом, имеет размер около 1 миллиметра. Это означает, что при определенных условиях человек может видеть амебу, инфузорию, туфельку и даже человеческую яйцеклетку.
14. Кварки, лептоны и антивещество…
За прошедшее столетие ученые добились больших успехов в понимании необъятности космоса и микроскопических “строительных блоков”, из которых он состоит. Когда дело дошло до выяснения того, что является самой маленькой наблюдаемой частицей во Вселенной, люди столкнулись с определенными трудностями. В какой-то момент они решили, что это атом. Затем ученые открыли протон, нейтрон и электрон.
Но на этом дело не кончилось. Сегодня все знают, что когда эти частицы сталкиваются друг с другом в таких местах, как Большой Адронный Коллайдер, они могут быть разбиты на еще более мелкие частицы, такие как кварки, лептоны и даже антиматерия. Проблема в том, что невозможно определить, что является наименьшим, так как размер на квантовом уровне становится незначительным, а также все обычные правила физики не применяются (некоторые частицы не имеют массы, а другие даже имеют отрицательную массу).
15. Вибрирующие струны субатомных частиц
Учитывая сказанное выше относительно того, что понятие размера не имеет значения на квантовом уровне, мы можем вспомнить теорию струн. Это немного спорная теория, предполагающая, что все субатомные частицы состоят из вибрирующих струн, которые взаимодействуют, создавая такие вещи, как масса и энергия. Таким образом, поскольку эти струны технически не имеют физических размеров, можно утверждать, что они в некотором смысле являются “самыми маленькими” объектами во Вселенной.
Что такое самая маленькая известная частица? Сегодня они считаются мельчайшими частицами во Вселенной. Самой маленькой частицей во Вселенной является Планковская черная дыра, которая пока существует только в теории. Планковская черная дыра-самая маленькая из всех черных дыр (из — за дискретности масс-спектра) — является своего рода пограничным объектом. Но во Вселенной была также открыта ее мельчайшая частица, которая сейчас тщательно исследуется.
Самая высокая точка России расположена на территории Кавказа.
Затем мельчайшие частицы превратились в мезоны, затем в бозоны. Эта частица относится к категории черных дыр, поскольку ее гравитационный радиус больше или равен длине волны. Из всех существующих черных дыр Планк-самая маленькая.
А образуются они, как принято считать, в результате ядерных реакций. Несмотря на такое гипотетическое существование этой мельчайшей частицы во Вселенной, ее практическое открытие в будущем вполне возможно. Именно для его открытия было создано устройство, о котором не слышал только самый ленивый житель Земли — Большой Адронный Коллайдер. Бозон Хиггса в настоящее время является самой маленькой частицей из тех, существование которых было доказано практически.
И если бы частицы не имели массы, Вселенная не могла бы существовать. В нем не могло образоваться ни единой субстанции. Несмотря на практически доказанное существование этой частицы, бозона Хиггса, практического применения для нее пока не придумано. Наш мир огромен, и каждый день в нем происходит что-то интересное, что-то необычное и завораживающее.
Оставайтесь с нами и узнавайте каждый день о самых интересных фактах со всего мира, о необычных людях или вещах, о творениях природы или человека.
Элементарная частица-это частица без внутренней структуры, то есть не содержащая других частиц [прим. 1]. Элементарные частицы являются фундаментальными объектами квантовой теории поля. Их можно классифицировать по спину: фермионы имеют полуцелый спин, а бозоны-целый спин. Стандартная модель физики элементарных частиц-это теория, описывающая свойства и взаимодействия элементарных частиц.
Они классифицируются по степени их участия в сильном взаимодействии. Адроны определяются как высоко взаимодействующие составные частицы. См. также Партон (частица). К ним относятся пион, Каон, J / ψ-Мезон и многие другие типы мезонов. Ядерные реакции и радиоактивный распад могут превратить один нуклид в другой.
Атом состоит из небольшого, тяжелого, положительно заряженного ядра, окруженного относительно большим легким облаком электронов. Существуют также короткоживущие экзотические атомы, в которых роль ядра (положительно заряженной частицы) играет позитрон (позитроний) или положительный мюон (мюоний).
К сожалению, зарегистрировать их как-то не удалось, и они существуют только в теории. И хотя сегодня были предложены эксперименты по обнаружению черных дыр, возможность их реализации сталкивается со значительной проблемой. Наоборот, мелочи могут остаться незамеченными, хотя это не делает их менее важными. Харагуанский сферо (Sphaerodactylus ariasae) — самая маленькая рептилия в мире. Его длина составляет всего 16-18 мм, а вес 0,2 грамма.
Самые маленькие вещи в мире
Самым маленьким одноцепочечным ДНК-вирусом является цирковирус свиньи (Porcine circovirus). За прошедшее столетие наука сделала огромный шаг к пониманию необъятности Вселенной и ее микроскопических строительных материалов.
Одно время атом считался мельчайшей частицей. Затем ученые открыли протон, нейтрон и электрон. Теперь мы знаем, что, сталкивая частицы вместе (например, в Большом адронном коллайдере), они могут быть разбиты на еще большее количество частиц, таких как кварки, лептоны и даже антиматерия.
Проблема только в том, чтобы определить, что меньше. Поэтому некоторые частицы не имеют массы, а некоторые имеют отрицательную массу. Решение этого вопроса такое же, как деление на ноль, то есть невозможное.
Самый маленький вирус
Дело в том, что для синтеза таких частиц необходимо достичь 1026 электрон-вольт в ускорителе энергии, что технически невозможно. Масса таких частиц составляет порядка 0,00001 грамма, а радиус-1/1034 метра. Длина волны такой черной дыры сравнима с размером ее гравитационного радиуса.
Где находится Земля во Вселенной? Что было во Вселенной до Большого взрыва? Что происходило до образования Вселенной? Сколько лет Вселенной? Как выяснилось, это были не единственные боеприпасы в коллекции 13-летнего мальчика. «Структура таких частиц критически минимальна — у них почти нет массы, и нет абсолютно никакого атомного заряда, так как ядро слишком мало. Есть числа, которые настолько невероятно, невероятно велики, что даже для того, чтобы записать их, потребуется вся Вселенная.
Мельчайшие предметы, видимые невооруженным глазом
Google, родившийся в 1920 году, как способ заинтересовать детей в большом количестве. Это число, согласно Милтону, в котором первое место занимает 1, а затем столько нулей, сколько вы могли бы написать, прежде чем устанете. Если мы говорим о самом большом значимом числе, то есть разумный аргумент, что это действительно означает, что вам нужно найти самое большое число с реальным значением в мире.
Таким образом, масса Солнца в тоннах будет меньше, чем в фунтах. Самое большое число с любым приложением реального мира — или, в данном случае, использованием реального мира-вероятно, является одной из последних оценок числа вселенных в мультивселенной. Это число настолько велико, что человеческий мозг буквально не сможет воспринимать все эти различные вселенные, потому что мозг способен только на приблизительные конфигурации.
Вот коллекция самых маленьких вещей в мире, начиная от крошечных игрушек, миниатюрных животных и людей до гипотетической субатомной частицы.
Атомы — это мельчайшие частицы, на которые вещество может быть разделено химическими реакциями. Самый маленький чайник в мире был создан знаменитым мастером керамики у Жуйшенем и весит всего 1,4 грамма. В 2004 году Румайса Рахман стала самым маленьким новорожденным ребенком.
Самые мельчайшие частицы Вселенной
Они бывают разных вкусов и размеров, некоторые имеют удивительную связь, другие по существу испаряют друг друга, многие из них имеют фантастические названия: кварки, состоящие из барионов и мезонов, нейтронов и протонов, нуклонов, гиперонов, мезонов, барионов, нуклонов, фотонов и т. д.
Бозон Хиггса, частица настолько важная для науки, что ее называют «частицей Бога».- Считается, что она определяет массу всех остальных. Впервые элемент был теоретизирован в 1964 году, когда ученые задались вопросом, почему некоторые частицы более массивны, чем другие.
Бозон Хиггса связан с так называемым полем Хиггса, которое, как полагают, заполняет Вселенную. Два элемента (квант поля Хиггса и бозон Хиггса) ответственны за придание массы другим.
Назван в честь шотландского ученого Питера Хиггса. С помощью 14 марта 2013 года было официально объявлено о существовании бозона Хиггса.
Многие ученые утверждают, что механизм Хиггса решена недостающие части головоломки, чтобы заполнить существующую “стандартную модель” физики, которая описывает известные частицы.
Бозон Хиггса фундаментально определяет массу всего, что существует во Вселенной.
Кварки (в переводе бред) — строительные блоки протонов и нейтронов. Они никогда не бывают одиноки, существуют только группами. По-видимому, сила, связывающая кварки вместе, увеличивается с расстоянием, поэтому чем дальше вы идете, тем труднее будет их разделить. Поэтому свободные кварки никогда не существуют в природе.
Кварки фундаментальных частиц бесструктурны, точечны размером около 10-16 см.
Например, протоны и нейтроны состоят из трех кварков, причем протоны содержат два одинаковых кварка, а нейтроны-два разных.
Суперсимметричность
Известно, что фундаментальными «кирпичиками» материи являются фермионы, то есть кварки и лептоны, а бозоны-хранители силы фотонов, глюонов.
Теория суперсимметрии предполагает, что фермионы и бозоны могут превращаться друг в друга.
Предсказанная теория утверждает, что для каждой частицы, которую мы знаем, она связана, мы ее еще не открыли. Например, для электрона это селектрон, кварк — квадрат, фотон — фотино, Хиггс — хиггсино.
Почему мы не наблюдаем эту суперсимметрию во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее своих обычных родственных частиц и чем тяжелее, тем короче срок их службы. Фактически, они начинают разрушаться, как только возникают. Создание суперсимметрии требует очень большого количества энергии, которая существовала только вскоре после Большого Взрыва и, возможно, может быть создана в больших ускорителях в виде большого адронного коллайдера.
Что касается того, почему возникла симметрия, физики предполагают, что симметрия могла быть нарушена в каком-то скрытом секторе вселенной, который мы не можем видеть или осязать, но можем только чувствовать гравитационно.
Нейтрино
Нейтрино — это легкие субатомные частицы, которые свистят повсюду с близкой скоростью света.
На самом деле, триллионы нейтрино проходят через ваше тело в любой момент, хотя они редко взаимодействуют с нормальной материей.
Одни приходят от солнца, другие-от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой Земли и астрономическими источниками, такими как взрывающиеся звезды на Млечном Пути и другие далекие галактики.
Антивещество
Считается, что все нормальные частицы имеют антиматерию с одинаковой массой, но противоположным зарядом. Когда материя встречается, они уничтожают друг друга. Например, частица антиматерии Протона является антипротоном, а партнер антиматерии электрона называется позитроном. Антиматерия относится к тому, что люди могли бы идентифицировать.
Гравитоны
В области квантовой механики все фундаментальные силы передаются частицами. Например, свет состоит из безмассовых частиц, называемых фотонами, которые несут электромагнитную силу. Точно так же Гравитон-это теоретическая частица, которая несет в себе силу тяготения. Ученым еще предстоит открыть гравитоны, которые трудно обнаружить, потому что они так слабо взаимодействуют с материей.
Нити энергии
В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, действуют как одиночные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Так как невозможно приблизиться к точке бесконечно близко, то действующие силы могут стать бесконечно большими.
Идея, называемая теорией суперструн, может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы, вместо того чтобы быть точечными частицами, на самом деле являются маленькими нитями энергии. То есть все объекты нашего мира состоят из вибрирующих нитей и оболочек энергии.
Ничто не может быть бесконечно близко к нити, потому что одна часть всегда будет немного ближе, чем другая. Эта лазейка, по-видимому, решает некоторые проблемы бесконечности, делая идею привлекательной для физиков. Однако у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.
Другой способ решения точечной задачи состоит в том, чтобы сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из дискретных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной структурой.
В этом случае две частицы не смогут бесконечно приближаться друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером зерна пространства.
Точка черной дыры
Еще одним претендентом на звание самой маленькой частицы во Вселенной является сингулярность (единственная точка) в центре черной дыры. Черные дыры образуются, когда вещество конденсируется в достаточно малом пространстве, которое захватывается гравитацией, заставляя вещество втягиваться внутрь, в конечном итоге конденсируясь в одну точку бесконечной плотности. По крайней мере, по нынешним законам физики.
Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными. Они считают, что эта бесконечность является результатом внутреннего конфликта между двумя существующими теориями-общей теорией относительности и квантовой механикой. Они предполагают, что когда теория квантовой гравитации будет сформулирована, истинная природа черных дыр будет раскрыта.
Планковская длина
Нити энергии и даже самая маленькая частица во Вселенной могут оказаться размером с «длину доски».
Длина бруска составляет 1,6 х 10 -35 метров (число 16 перед которым равно 34 нулям и десятичной точке) — непостижимо малый масштаб, который связан с различными аспектами физики.
Планковская длина — это «естественная единица» измерения длины, предложенная немецким физиком Максом Планком.
Планковская длина слишком мала для измерения любым прибором, но, кроме того, считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеряемой длины. Согласно принципу неопределенности, ни один инструмент никогда не сможет измерить что-либо меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная вероятностна и неопределенна.
Эта шкала также считается разделительной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.
Планковская длина соответствует расстоянию, на котором гравитационное поле настолько сильно, что оно может начать создавать черные дыры из энергии поля.
Очевидно, что самая маленькая частица во Вселенной имеет размер примерно равный длине доски: 1,6 · 10-35 метров.
Со школьных времен было известно, что самая маленькая частица во Вселенной, электрон имеет отрицательный заряд и очень малую массу 9,109 х 10 — 31 кг, а классический радиус электрона составляет 2,82 х 10-15 м.
Однако физики уже работают с мельчайшими частицами во Вселенной Планковского размера, который составляет примерно 1,6 х 10-35 метров.
Они появляются в разных формах и размерах, некоторые приходят в деструктивных дуэтах, то есть они в конечном итоге уничтожают друг друга, а некоторые имеют невероятные названия, такие как «нейтральные».- Вот список мельчайших частиц, которые влияют даже на самих физиков.
Частица Бога
Бозон Хиггса — это частица, которая настолько важна для науки, что ее называют «частицей Бога». Именно она, как полагают ученые, придает массу всем остальным частицам. Впервые они заговорили об этом в 1964 году, когда физики задались вопросом, почему некоторые частицы имеют большую массу, чем другие. Бозон Хиггса связан с полем Хиггса, своего рода решеткой, которая заполняет вселенную.
Считается, что поле и бозон ответственны за получение других частиц массы. Многие ученые считают, что именно механизм Хиггса содержит недостающие фрагменты мозаики для того, чтобы полностью понять стандартную модель, описывающую все известные частицы, но связь между ними до сих пор не доказана.
Кварки
Кварки-это восхитительно названные блоки протонов и нейтронов, которые никогда не бывают одинокими и всегда существуют только в группах. По-видимому, сила, связывающая кварки вместе, увеличивается с расстоянием, то есть чем больше кто-то пытается отодвинуть один из кварков от группы, тем сильнее он будет притягиваться обратно. Таким образом, свободных кварков просто не существует в природе. Всего существует шесть типов кварков, и, например, протоны и нейтроны состоят из нескольких кварков. В протоне их три — два одного вида и один другого, а в нейтроне — только два, причем оба разных типа.
Суперпартнеры
Эти частицы принадлежат теории суперсимметрии, которая предполагает, что для каждой известной человеку частицы существует другая подобная частица, которая еще не была открыта.
Например, суперпартнер электрона — это электрон, суперпартнер кварка-это квадрат, а суперпартнер фотона-это фотон. Почему эти сверхчастицы не наблюдаются во Вселенной сейчас? Ученые считают, что они намного тяжелее своих партнеров, а больший вес сокращает их жизнь. Эти частицы начинают разрушаться, как только они рождаются. Для создания частицы требуется огромное количество энергии, как, например, при Большом Взрыве. Возможно, ученые найдут способ воспроизводить сверхчастицы, например, в Большом адронном коллайдере. Что касается большего размера и веса суперпартнеров, ученые полагают, что симметрия была нарушена в скрытом секторе вселенной, который нельзя увидеть или найти.
Нейтрино
Это легкие субатомные частицы, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. На самом деле, триллионы нейтрино проходят через ваше тело в каждый отдельный момент времени, но они почти никогда не взаимодействуют с обычной материей. Одни нейтрино поступают от солнца, другие-от космических лучей, взаимодействующих с атмосферой.
Антиматерия
Все обычные частицы имеют партнера в антиматерии, идентичные частицы с противоположным зарядом. Когда материя и антиматерия встречаются друг с другом, они взаимно разрушаются. Такая частица является антипротоном для Протона, но позитроном для электрона.
Гравитоны
В квантовой механике все фундаментальные силы осуществляются частицами. Например, свет состоит из частиц с нулевой массой, называемых фотонами, они несут электромагнитную силу. Аналогично, гравитоны-это теоретические частицы, несущие гравитацию. Ученые все еще пытаются найти гравитоны, но сделать это очень трудно, так как эти частицы очень слабо взаимодействуют с веществом. Однако ученые не оставляют попыток, так как надеются, что им удастся поймать гравитоны, чтобы изучить их более детально — это может стать настоящим прорывом в квантовой механике, поскольку многие такие частицы уже изучены, но Гравитон остается исключительно теоретическим. Как видите, физика может быть гораздо интереснее и увлекательнее, чем вы можете себе представить.
Весь мир наполнен различными частицами, каждая из которых представляет собой огромное поле для исследований и изучения, а также огромную базу знаний обо всем, что окружает человека. И вы просто должны подумать о том, сколько частиц уже открыто — и сколько людей еще предстоит открыть.
какая самая маленькая и самая большая, трудно ли измерить
Вселенная огромна, но состоит она из крохотных частиц. В таблице Менделеева находятся такие элементы, как углерод, кислород и иные строительные блоки, из которых сложены планеты, животные или стаканы с соком. С начала 20-го века ученые начали находить базовые частицы, которые меньше атомов. Но какая из этих частиц самая маленькая? А какая самая большая? Что говорят по этому поводу эксперты, расскажем далее.
Что говорит Дон Линкольн
Дон Линкольн, сотрудник Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми (Фермилаб), которая находится недалеко от Чикаго, является одним из исследователей, желающих понять, какая частица во Вселенной самая крохотная, а какая самая большая.
В Фермилабе ученые применяют ускоритель, при помощи которого разбивают атомы и изучают их обломки. Линкольн говорит, что размер частиц можно замерить двумя способами:
- Определить их физический размер (к примеру, вычислить диаметр шара).
- Установить их массу.
Самая крохотная частица
С точки зрения массы на вышеуказанные вопросы легко дать ответ. Линкольн заявил, что из всех известных частиц лишь нейтрино имеет самую небольшую массу. Но он указал, что мы не можем точно измерить вес нейтрино, потому что приборы, применяемые для определения массы элементарных частиц, малочувствительны.
Ребёнку надо читать книги про щедрость: 5 способов привить ему эту ценность
Со спальным местом и холодильником: УАЗ «Патриот» переоборудовали в автодом
«Мисс Вселенная 2021» — Андреа Меза: судьи оценили живой ум девушки
«Нейтрино представляет собой некий призрак субатомной вселенной», — сказал ученый.
Известно, что нейтрино слабо контактирует с любым веществом и по численности является вторым после фотонов. Фактически именно в это мгновение через вас пролетают триллионы нейтрино. Эти частицы перемещаются со скоростью, почти идентичной скорости света.
Ядро любого атома состоит из электронов, нейтронов и протонов. Линкольн утверждает, что нейтроны и протоны составляют 1/10 размера ядра. Электрон имеет массу, которая близка к нулю, но в действительности весит в 500 000 раз больше, чем нейтрино. Из этого следует, что самая маленькая частица весит намного меньше электрона.
Самая большая частица
Самая крупная (с точки зрения массы) частица – это топ-кварк. По словам Линкольна, она имеет величину 172,5 млрд электрон-вольт. Кварки — еще одна основная частица, которую нельзя разбить на части. Ученые выявили 6 видов кварков: очарованный (charm), нижний (down), верхний (up), странный (strange), красивый (beauty), истинный (true). Нижние и верхние кварки составляют нейтроны и протоны и весят 5 млн и 3 млн электрон-вольт соответственно.
-14 м (0,00000000000001 м). Это указывает на то, что ядро атома относительно вируса такое же маленькое, как вирус в сравнении с человеком.
Сегодня самый небольшой физический параметр, который эксперты могут замерить при помощи ускорителя частиц, меньше протона в 2000 раз. Пока что экспертам удалось лишь установить, что кварки меньше этого размера, но они не знают, насколько. Работа экспертов обнародована в Live Science.
Нашли нарушение? Пожаловаться на содержание
Количество пар протон-нейтрон в атоме определяет скорость движения частиц — ScienceDaily
Кварки, мельчайшие частицы во Вселенной, намного меньше и работают на гораздо более высоких энергетических уровнях, чем протоны и нейтроны, в которых они находятся. В 1983 году физики ЦЕРН в рамках Европейского мюонного сотрудничества (EMC) впервые наблюдали то, что впоследствии стало известно как «эффект EMC»: в ядре атома железа, содержащего много протонов и нейтронов, кварки значительно перемещаются. медленнее, чем кварки в дейтерии, содержащем по одному протону и нейтрону.
Теперь физики из Тель-Авивского университета, Массачусетского технологического института (MIT) и Национального ускорительного комплекса Томаса Джефферсона знают, почему кварки, строительные блоки Вселенной, движутся медленнее внутри атомных ядер.
«Исследователи искали ответ на этот вопрос в течение 35 лет», — говорит профессор Эли Пясецки из Школы физики и астрономии Раймонда и Беверли Саклер при TAU. проф. Пясецкий; Мейтал Дьюер, также из Школы физики ТАУ; и профессор Ор Хен, доктор Барак Шмуклер и доктор Аксель Шмидт из Массачусетского технологического института возглавили международное сотрудничество CLAS в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона, чтобы найти объяснение эффекта ЭМС. Их выводы были опубликованы 20 февраля в журнале Природа .
Исследователи обнаружили, что скорость кварка зависит от количества протонов и нейтронов, образующих короткодействующие коррелированные пары в ядре атома. Чем больше таких пар в ядре, тем больше число медленно движущихся кварков внутри протонов и нейтронов атома.
Атомы с более крупными ядрами содержат больше протонов и нейтронов, поэтому они, скорее всего, будут иметь большее количество пар протон-нейтрон. Команда пришла к выводу, что чем больше атом, тем больше пар он может содержать. Это приводит к более медленным кваркам в этом конкретном атоме.
«В короткодействующих коррелированных парах или парах SRC протоны и нейтроны атома могут образовывать пары постоянно, но только на мгновение, прежде чем разделиться и разойтись», — объясняет Дьюер. «Во время этого короткого высокоэнергетического взаимодействия кварки в своих соответствующих частицах могут иметь большее пространство для игры».
Новое объяснение команды может помочь осветить тонкие, но важные различия в поведении кварков, самых основных строительных блоков видимого мира.
Для исследования ученые использовали большой приемный спектрометр или детектор CLAS, четырехъярусный сферический детектор частиц, в эксперименте, проводившемся в течение нескольких месяцев на Ускорителе непрерывного электронного пучка (CEBAF) в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона.
Эксперимент собрал миллиарды взаимодействий между электронами и кварками, что позволило исследователям рассчитать скорость кварка в каждом взаимодействии на основе энергии электрона после его рассеяния и сравнить среднюю скорость кварка среди различных атомов.
«Эти пары с большим импульсом являются причиной этих медленно движущихся кварков», — объясняет профессор Хен. «Насколько замедляется скорость кварка, зависит от количества пар SRC в атомном ядре. Кварки в свинце, например, были намного медленнее, чем кварки в алюминии, которые сами были медленнее железа, и так далее».
Исследование финансировалось Министерством энергетики США, Национальным научным фондом, Израильским научным фондом и Комиссией по атомной энергии Израиля. Сейчас команда разрабатывает эксперимент, в котором они надеются определить скорость кварков, особенно в парах SRC.
Что самое маленькое во Вселенной?
Одним из претендентов на звание самой маленькой вещи во Вселенной является сингулярность в центре черной дыры.
(Здесь показан рисунок художника, на котором черная дыра оттягивает газ от звезды-компаньона.
(Изображение предоставлено NASA E/PO, Государственный университет Сономы, Аврора Симоннет)
Ответ на извечный вопрос о самой маленькой вещи во Вселенной разрабатывался вместе с человечеством. Когда-то люди думали, что песчинки являются строительными блоками того, что мы видим вокруг себя. Затем был открыт атом, и он считался неделимым, пока его не расщепили, чтобы обнаружить внутри протоны, нейтроны и электроны. Они тоже казались фундаментальными частицами, пока ученые не обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.
«На этот раз мы не смогли увидеть никаких доказательств того, что внутри кварков что-то есть», — сказал физик Энди Паркер. «Мы достигли самого фундаментального слоя материи?»
И даже если кварки и электроны неделимы, сказал Паркер, ученые не знают, являются ли они мельчайшими частицами существующей материи или во Вселенной есть объекты еще более мелкие.
[Графика: мельчайшие частицы природы]
Паркер, профессор физики высоких энергий в Кембриджском университете в Англии, недавно вел специальный выпуск на британском канале BBC Two под названием «Горизонт: насколько мала Вселенная?»
Строки или точки?
В экспериментах крошечные частицы, такие как кварки и электроны, ведут себя как отдельные точки материи без пространственного распределения. Но точечные объекты усложняют законы физики. Поскольку к точке можно подойти бесконечно близко, силы, действующие на нее, могут стать бесконечно большими, а ученые ненавидят бесконечность.
Идея, называемая теорией суперструн, может решить эту проблему. Теория утверждает, что все частицы не точечны, а на самом деле представляют собой маленькие петли струны. Ничто не может быть бесконечно близко к петле нити, потому что она всегда будет немного ближе к одной части, чем к другой. Эта «лазейка», по-видимому, решает некоторые из этих проблем бесконечностей, делая эту идею привлекательной для физиков.
Однако у ученых до сих пор нет экспериментальных доказательств того, что теория струн верна.
Другой способ решения точечной проблемы состоит в том, чтобы сказать, что само пространство не является непрерывным и гладким, а на самом деле состоит из отдельных пикселей или зерен, иногда называемых пространственно-временной пеной. В этом случае две частицы не смогли бы подойти бесконечно близко друг к другу, потому что они всегда должны быть разделены минимальным размером крупицы пространства.
Сингулярность
Еще один претендент на звание самой маленькой вещи во Вселенной — сингулярность в центре черной дыры. Черные дыры образуются, когда материя конденсируется в достаточно маленьком пространстве, которое захватывает гравитация, заставляя материю втягиваться внутрь и внутрь, в конечном итоге сгущаясь в единую точку бесконечной плотности. По крайней мере, согласно нынешним законам физики.
Но большинство экспертов не считают черные дыры действительно бесконечно плотными.
Они думают, что эта бесконечность является продуктом врожденного конфликта между двумя господствующими теориями — общей теорией относительности и квантовой механикой — и что, когда можно будет сформулировать теорию квантовой гравитации, будет раскрыта истинная природа черных дыр.
«Я предполагаю, что [сингулярности черных дыр] намного меньше кварка, но я не верю, что они имеют бесконечную плотность», — сказал Паркер LiveScience. «Скорее всего, они, может быть, в миллион миллионов раз или даже больше, чем расстояния, которые мы видели до сих пор». 9-35 метров (число 16, которому предшествуют 34 нуля и десятичная точка) — непостижимо малый масштаб, который замешан в различных аспектах физики.
Длина Планка слишком мала, чтобы ее можно было измерить каким-либо инструментом, но помимо этого считается, что она представляет собой теоретический предел кратчайшей измеримой длины. В соответствии с принципом неопределенности ни один инструмент никогда не сможет измерить что-то меньшее, потому что в этом диапазоне Вселенная является вероятностной и неопределенной.
Эта шкала также считается демаркационной линией между общей теорией относительности и квантовой механикой.
«Это соответствует расстоянию, на котором гравитационное поле настолько сильное, что оно может начать делать такие вещи, как создание черных дыр из энергии поля», — сказал Паркер. «При планковской длине мы ожидаем, что квантовая гравитация возьмет верх».
Возможно, все мельчайшие объекты во Вселенной примерно равны планковской длине.
Эта история была предоставлена LiveScience, дочерним сайтом SPACE.com. Следите за новостями Клары Московиц в Твиттере @ClaraMoskowitz или LiveScience @livescience . Мы также на Facebook и Google+ .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.