อนุภาคประถมคืออะไร?

อนุภาคมูลฐานเป็นหน่วยการสร้างที่เล็กที่สุดที่รู้จักในจักรวาล พวกเขาคิดว่าไม่มีโครงสร้างภายในซึ่งหมายความว่านักวิจัยคิดว่าพวกเขาเป็นจุดศูนย์มิติที่ไม่มีพื้นที่ว่าง อิเล็กตรอนอาจเป็นอนุภาคพื้นฐานที่คุ้นเคยที่สุด แต่แบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ซึ่งอธิบายการโต้ตอบของอนุภาคและแรงเกือบทั้งหมดรับรู้ 10 อนุภาคมูลฐานทั้งหมด

อิเล็กตรอนและอนุภาคที่เกี่ยวข้อง

อิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบที่มีประจุลบของอะตอม ในขณะที่พวกเขาคิดว่าเป็นอนุภาคจุดศูนย์มิติอิเล็กตรอนถูกล้อมรอบด้วยกลุ่มเมฆของอนุภาคเสมือนอื่น ๆ ที่กะพริบเข้าและออกจากที่อยู่ตลอดเวลาซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนเอง ทฤษฎีบางคนทำนายว่าอิเล็กตรอนมีขั้วบวกเล็กน้อยและขั้วลบเล็กน้อยซึ่งหมายความว่าเมฆของอนุภาคเสมือนนี้จึงควรมีความไม่สมดุลกันเล็กน้อย

หากเป็นกรณีนี้อิเล็กตรอนอาจมีพฤติกรรมแตกต่างจากปฏิสสารของพวกเขาเป็นสองเท่าโพสิตรอนอาจอธิบายความลึกลับมากมายเกี่ยวกับสสารและปฏิสสาร แต่นักฟิสิกส์ได้วัดรูปร่างของอิเล็กตรอนซ้ำแล้วซ้ำอีกและพบว่ามันกลมกลืนกับความรู้ที่ดีที่สุดอย่างสมบูรณ์แบบโดยทิ้งไว้โดยไม่มีคำตอบสำหรับปริศนาของปฏิสสาร

อิเล็กตรอนมีลูกพี่ลูกน้องที่หนักกว่าสองตัวเรียกว่า muon และ tau Muons สามารถสร้างขึ้นได้เมื่อรังสีคอสมิคพลังงานสูงจากอวกาศมากระทบชั้นบรรยากาศโลกทำให้เกิดอนุภาคแปลกใหม่ Taus ยิ่งยากและยากที่จะผลิตเนื่องจากมีน้ำหนักมากกว่า 3,400 เท่าของอิเล็กตรอน นิวตริโนอิเลคตรอนมิวออนและโทวส์ประกอบเป็นอนุภาคพื้นฐานที่เรียกว่าเลปตัน

ควาร์กและการเล่นโวหารของพวกเขา

ควาร์กซึ่งประกอบเป็นโปรตอนและนิวตรอนเป็นอนุภาคพื้นฐานอีกชนิดหนึ่ง ควาร์กรวมกันเป็นสิ่งของที่เราคิดว่าสำคัญ

กาลครั้งหนึ่งนานนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอะตอมเป็นวัตถุที่เล็กที่สุด คำนี้มาจาก "อะตอมอส" ความหมาย "แยกไม่ออก" ของกรีก ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20 นิวเคลียสของอะตอมก็แสดงให้เห็นว่าประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน จากนั้นในช่วงปี 1950 และ '60s เครื่องเร่งอนุภาคยังคงเปิดเผยอนุภาคอนุภาคย่อยที่แปลกใหม่เช่น pions และ kaons

ในปี 1964 นักฟิสิกส์ Murray Gell-Mann และ George Zweig เสนอแบบจำลองที่สามารถอธิบายการทำงานภายในของโปรตอนนิวตรอนและส่วนที่เหลือของสวนสัตว์อนุภาคได้อย่างอิสระตามรายงานทางประวัติศาสตร์จาก SLAC National Accelerator Laboratory ในแคลิฟอร์เนีย พำนักอยู่ข้างในโปรตอนและนิวตรอนเป็นอนุภาคเล็ก ๆ ที่เรียกว่าควาร์กซึ่งมีหกประเภทหรือรสชาติที่เป็นไปได้: ขึ้น, ลง, แปลก, มีเสน่ห์, ด้านล่างและด้านบน

โปรตอนทำจากควาร์กขึ้นสองควาร์กและควาร์กลงในขณะที่นิวตรอนประกอบด้วยสองคดและขึ้น ควาร์กขึ้นและลงเป็นพันธุ์ที่เบาที่สุด เนื่องจากอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่ามีแนวโน้มที่จะสลายตัวเป็นมวลที่น้อยกว่าควาร์กขึ้นและลงจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในจักรวาล ดังนั้นโปรตอนและนิวตรอนจึงเป็นส่วนประกอบที่เรารู้มากที่สุด

ในปี 1977 นักฟิสิกส์ได้แยกห้าจากหกควาร์กในห้องปฏิบัติการ - ขึ้น, ลง, แปลก, มีเสน่ห์และด้านล่าง - แต่มันไม่เป็นเช่นนั้นจนกระทั่งปี 1995 ที่นักวิจัยที่ Fermilab National Accelerator Laboratory ในรัฐอิลลินอยส์ค้นพบควาร์กสุดท้าย การค้นหามันรุนแรงพอ ๆ กับการตามล่าหา Higgs boson ควาร์กด้านบนนั้นยากที่จะผลิตเพราะมันหนักกว่าควาร์กประมาณ 100 ล้านล้านเท่าซึ่งหมายความว่ามันต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการเร่งอนุภาค

อนุภาคพื้นฐานของธรรมชาติ

จากนั้นมีพลังพื้นฐานสี่ประการของธรรมชาติคือแม่เหล็กไฟฟ้าแรงโน้มถ่วงและพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ แต่ละเหล่านี้มีอนุภาคพื้นฐานที่เกี่ยวข้อง

โฟตอนเป็นที่รู้จักมากที่สุด พวกมันมีแรงแม่เหล็กไฟฟ้า กลูออนมีพลังนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอาศัยอยู่กับควาร์กภายในโปรตอนและนิวตรอน แรงที่อ่อนแอซึ่งเป็นสื่อกลางในการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นจะถูกส่งไปด้วยอนุภาคพื้นฐานสองตัวคือ W และ Z bosons Neutrinos ซึ่งสัมผัสได้ถึงความอ่อนแอและแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่มีปฏิสัมพันธ์กับ bosons เหล่านี้และนักฟิสิกส์ก็สามารถที่จะแสดงหลักฐานการมีอยู่ของพวกเขาได้โดยใช้ neutrinos ตาม CERN

แรงโน้มถ่วงเป็นคนนอกที่นี่ มันไม่ได้รวมอยู่ใน Standard Model แต่นักฟิสิกส์สงสัยว่ามันอาจมีอนุภาคพื้นฐานที่เกี่ยวข้องซึ่งจะเรียกว่า graviton หากมีแรงโน้มถ่วงอยู่อาจเป็นไปได้ที่จะสร้างพวกมันที่ Large Hadron Collider (LHC) ในเจนีวาสวิตเซอร์แลนด์ แต่พวกมันจะหายไปอย่างรวดเร็วในมิติพิเศษโดยทิ้งไว้ในโซนว่างที่พวกมันจะอยู่ จนถึงตอนนี้ LHC ยังไม่เห็นหลักฐานของแรงโน้มถ่วงหรือมิติเพิ่มเติม

Higgs boson ที่เข้าใจยาก

ในที่สุดก็มี Higgs boson ราชาแห่งอนุภาคมูลฐานซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการให้อนุภาคอื่น ๆ การล่าสัตว์เพื่อฮิกส์เป็นความพยายามครั้งสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามกรอกแบบจำลองมาตรฐานให้สมบูรณ์ เมื่อฮิกส์ถูกพบเห็นในที่สุดในปี 2012 นักฟิสิกส์ก็ดีใจ แต่ผลลัพธ์ก็ทิ้งไว้ในจุดที่ยาก

พวกฮิกส์ดูเหมือนจะสวยมากเหมือนที่คาดการณ์ไว้ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็หวังมากขึ้น แบบจำลองมาตรฐานนั้นทราบว่าไม่สมบูรณ์ ตัวอย่างเช่นมันขาดคำอธิบายของแรงโน้มถ่วงและนักวิจัยคิดว่าการหาฮิกส์จะช่วยชี้ไปที่ทฤษฎีอื่น ๆ ที่สามารถแทนที่โมเดลมาตรฐานได้ แต่จนถึงตอนนี้พวกเขาว่างเปล่าในการค้นหานั้น

เพิ่มเติม ทรัพยากร: