Atomisme, det vil sige læren om eksistensen af de mindste udelelige partikler, der udgør stof, opstod længe før forskere var i stand til at verificere dens bestemmelser ved eksperiment. Da de gjorde det, viste det sig imidlertid, at mikrokosmos ikke kun er fyldt med atomer, men også med endnu mindre partikler, der viser fantastiske egenskaber.
Hr. Lubin mikrokosmos
Begrebet "atom" blev bragt tilbage til videnskabelig brug af John Dalton, en skolelærer fra Manchester, som skabte en overbevisende teori om kemisk interaktion i det tidlige 19. århundrede. Han kom til den konklusion, at der er enkle stoffer i naturen, som han kaldte "elementer", og hver består af atomer, der kun er karakteristiske for ham. Dalton introducerede også begrebet atomvægt, som gjorde det muligt at bestille elementerne inden for den berømte periodiske tabel, foreslået af Dmitry Mendeleev i marts 1869.
Det faktum, at ud over atomer der er nogle andre partikler, begyndte forskere at gætte, når de studerede elektriske fænomener. I 1891 foreslog den irske fysiker George Stoney at kalde en hypotetisk ladet partikel en elektron. Efter 6 år fandt engelskmanden Joseph Thomson ud, at elektronet er meget lettere end atomet i det letteste element (brint), faktisk efter at have opdaget den første af de grundlæggende partikler.
I 1911 foreslog Ernest Rutherford på grundlag af eksperimentelle data en planetarisk model af atomet, hvorefter der er en tæt og positivt ladet kerne i dets centrum, omkring hvilke negativt ladede elektroner drejer. Den subatomære partikel med en positiv ladning, hvorfra kerner er sammensat, blev kaldt en proton.
Snart ventede endnu en overraskende opdagelse fysikere: antallet af protoner i et atom er lig med antallet af et element i den periodiske tabel. Derefter opstod en hypotese om, at der er nogle andre partikler i sammensætningen af atomkerner. I 1921 foreslog den amerikanske kemiker William Harkins at kalde dem neutroner, men det tog yderligere 10 år at fikse og beskrive neutronstråling, hvis opdagelse, som vi ved, var af central betydning for udviklingen af kernekraft.
Salgsfremmende video:
Fantomer fra Antiworld
I de tidlige 1930'ere kendte fysikere fire grundlæggende partikler: foton, elektron, proton og neutron. Det så ud til, at de var nok til at beskrive mikrokosmos.
Situationen ændrede sig dramatisk, da Paul Dirac beviste den teoretiske mulighed for antielektroner. Hvis et elektron og et anti-elektron kolliderer, vil udslettelse ske med frigivelse af et højenergi-foton. Først troede Dirac, at protonet er anti-elektron, men hans kolleger latterliggjorde hans idé, for da ville alle atomer i verden øjeblikkeligt udslette. I september 1931 foreslog videnskabsmanden, at der skulle være en speciel partikel (senere kaldet en positron), som er født fra et vakuum, når hårde gammastråler kolliderer. Det blev hurtigt klart, at forskere havde registreret en sådan partikel tidligere, men ikke kunne give dens manifestationer et rimeligt grundlag. Opdagelsen af positronen antydede, at proton og neutron skal have de samme analoger.
Den russiske fysiker Vladimir Rozhansky gik endnu længere og udgav i 1940 en artikel, hvori han argumenterede for, at nogle organer i solsystemet (for eksempel meteoritter, kometer og asteroider) er sammensat af antimateriale. Den uddannede offentlighed, først og fremmest science fiction-forfattere, tog idéen op og troede på den fysiske virkelighed i den anti-verden, der findes et sted i nærheden.
Processen med kunstig opnåelse af antipartikler viste sig at være temmelig besværlig: til dette var det nødvendigt at bygge en speciel accelerator "Bevatron". Antiprotoner og antineutroner blev påvist i det i midten af 1950'erne. Siden da, på trods af de voksende arbejdsomkostninger, har det været muligt kun at få ubetydelige mængder antimaterie, så søgningen efter dets naturlige "aflejringer" fortsætter.
Håb for tilhængere af Rozhansky-hypotesen er drevet af den registrerede uoverensstemmelse (med en faktor på 100!) Mellem den teoretisk forudsagte og reelle intensitet af antiprotonstrømme i kosmiske stråler. Denne uoverensstemmelse kan blandt andet forklares ved hjælp af antagelsen om, at der et sted uden for vores Galaxy (eller endda Metagalaksen) virkelig er et stort område, der består af antimateriale.
Undvigende partikel
I 1900 konstaterede fysikere, at beta-strålene, der produceres ved radioaktivt henfald, faktisk er elektroner.
I løbet af yderligere observationer viste det sig, at energien fra de udsendte elektroner viser sig at være anderledes, hvilket klart krænkede energibesparelsesloven. Ingen teoretiske og praktiske tricks hjalp med til at forklare, hvad der skete, og i 1930 opfordrede Niels Bohr, kvantefysikens patriark til ophævelse af denne lov i forhold til mikroverdenen.
Schweizeren Wolfgang Pauli fandt en vej ud: han foreslog, at under forfaldet af atomkerner frigives en anden subatomisk partikel, som han kaldte et neutron, og som ikke kan detekteres af de tilgængelige instrumenter. Da det på det tidspunkt var den tidligere forudsagte neutron til sidst blev opdaget, blev det besluttet at kalde den hypotetiske Pauli-partikel en neutrino (senere viste det sig, at under beta-henfald ikke en neutrino, men en antineutrino er født).
Selvom ideen om neutrinoer oprindeligt blev modtaget med skepsis, overtog den over tid sindene. Samtidig opstod der et nyt problem: partiklen er så lille og har en så ubetydelig masse, at det praktisk taget er umuligt at løse den, selv når den passerer gennem de tætteste stoffer. Ikke desto mindre gav forskerne ikke op: Da atomreaktorer dukkede op, lykkedes det dem at blive brugt som generatorer af en kraftig neutrino-flux, hvilket førte til dens opdagelse i 1956.
"Ghost" -partikler lærte at registrere og byggede endda et enormt neutrinoobservatorium "Ice Cube" i Antarktis, men de forbliver selv stort set et mysterium. For eksempel er der en hypotese om, at antineutrinoer interagerer med stof som en almindelig neutrino. Hvis hypotesen bekræftes ved eksperiment, vil det blive klart, hvorfor der under dannelsen af universet opstod en global asymmetri, og stof i dag er meget større end antimaterie.
Forskere forbinder den videre undersøgelse af neutrinoer med at få svar om muligheden for bevægelse med superluminal hastighed, om arten af "mørkt stof", om forholdene i det tidlige univers. Men måske vigtigst er, at den for nylig beviste tilstedeværelse af masse i neutrinoer ødelægger standardmodellen, der griber ind i grundlaget for moderne fysik.
Uden for standardmodellen
Undersøgelsen af kosmiske stråler og konstruktionen af kraftige acceleratorer bidrog til opdagelsen af snesevis af tidligere ukendte partikler, for hvilke der skulle indføres en yderligere klassificering. For eksempel kaldes alle subatomære partikler, der ikke kan opdeles i deres bestanddele, elementære i dag, og kun de af dem, der anses for ikke at have nogen indre struktur (elektroner, neutrinoer osv.) Kaldes grundlæggende.
I begyndelsen af 1960'erne begyndte standardmodellen at tage form - en teori, der tager højde for alle kendte partikler og kraftinteraktioner, bortset fra tyngdekraften. Den aktuelle version beskriver 61 elementære partikler, inklusive den legendariske Higgs boson. Succesen med standardmodellen er, at den forudsiger egenskaberne ved partikler, der endnu ikke er blevet opdaget, og derved gør det lettere at finde dem. Og alligevel er der grunde til at tale, hvis ikke om revision, så om at udvide modellen. Dette er netop, hvad tilhængerne af Ny Fysik gør, som man bliver bedt om at løse de akkumulerede teoretiske problemer.
At gå ud over standardmodellen vil ledsages af opdagelsen af nye elementære partikler, som stadig er hypotetiske. Måske vil forskere opdage takyoner (bevæge sig i superluminal hastighed), gravitoner (bære gravitationsinteraktion) og vimps (udgør "mørk" stof). Men det er lige så sandsynligt, at de vil snuble over noget endnu mere fantastisk. Men selv da er der ingen garanti for, at vi har erkendt mikrokosmos som helhed.
Anton Pervushin