Atomismus, to znamená doktrína o existenci nejmenších nedělitelných částic, které tvoří hmotu, vznikl dlouho předtím, než vědci dokázali experimenty ověřit jeho ustanovení. Když to však udělali, ukázalo se, že mikrokosmos je naplněn nejen atomy, ale také ještě menšími částicemi, které vykazují úžasné vlastnosti.
Pan Lubin mikrokosmos
Koncept „atomu“přivedl zpět k vědeckému použití John Dalton, učitel z Manchesteru, který na počátku 19. století vytvořil přesvědčivou teorii chemické interakce. Dospěl k závěru, že v přírodě existují jednoduché látky, které nazýval „prvky“, a každá je tvořena atomy, které jsou charakteristické pouze pro něj. Dalton také představil koncept atomové hmotnosti, který dovolil elementům být uspořádán uvnitř slavné periodické tabulky, navrhl Dmitrij Mendeleev v březnu 1869.
Skutečnost, že kromě atomů existují i další částice, vědci začali hádat při studiu elektrických jevů. V roce 1891 irský fyzik George Stoney navrhl volat hypotetickou nabitou částici elektronem. Po 6 letech Angličan Joseph Thomson zjistil, že elektron je mnohem lehčí než atom nejlehčího prvku (vodík), ve skutečnosti objevil první ze základních částic.
V roce 1911 Ernest Rutherford na základě experimentálních dat navrhl planetární model atomu, podle kterého je v jeho středu husté a pozitivně nabité jádro, kolem kterého se otáčejí záporně nabité elektrony. Subatomická částice s kladným nábojem, ze které jsou složena jádra, se nazývala proton.
Fyzici brzy očekávali další překvapivý objev: počet protonů v atomu se rovná počtu prvků v periodické tabulce. Pak vznikla hypotéza, že ve složení atomových jader jsou nějaké další částice. V roce 1921 jim americký chemik William Harkins navrhl, aby se jim říkalo neutrony, ale zaznamenání a popis neutronového záření trvalo dalších 10 let, jejichž objev, jak víme, měl klíčový význam pro rozvoj jaderné energie.
Propagační video:
Fantomy antiworldu
Na počátku třicátých let dvacáté století fyzici znali čtyři základní částice: foton, elektron, proton a neutron. Vypadalo to, že stačili k popisu mikrokosmu.
Situace se dramaticky změnila, když Paul Dirac prokázal teoretickou možnost existence antielektronů. Pokud dojde ke srážce elektronů a antielektronů, dojde k uvolnění při uvolnění fotonu s vysokou energií. Dirac zpočátku věřil, že proton je antielektron, ale jeho kolegové zesměšňovali jeho myšlenku, protože pak by se všechny atomy na světě okamžitě zničily. V září 1931 vědec navrhl, že musí existovat speciální částice (později nazývaná pozitron), která se rodí z vakua, když se srazí tvrdé gama paprsky. Brzy vyšlo najevo, že vědci zaregistrovali takovou částici dříve, ale nemohli poskytnout její projevy rozumný základ. Objev pozitronu navrhl, že proton a neutron musí mít stejné analogy.
Ruský fyzik Vladimir Rozhansky šel ještě dále, publikoval článek v roce 1940, ve kterém tvrdil, že některá těla ve sluneční soustavě (například meteority, komety a asteroidy) jsou složena z antihmoty. Vzdělaná veřejnost, především spisovatelé sci-fi, převzala myšlenku a věřila ve fyzickou realitu anti-světa, který existuje někde v okolí.
Proces umělého získávání antičástic se ukázal být docela pracný: pro to bylo nutné postavit speciální urychlovač „Bevatron“. V polovině padesátých let byly na něm detekovány antiprotony a antineutrony. Od té doby bylo navzdory rostoucím nákladům na pracovní sílu možné získat pouze zanedbatelné množství antihmoty, takže pokračuje hledání přírodních „depozit“.
Naděje příznivců hypotézy Rozhanského je podporována registrovaným rozporem (faktorem 100!) Mezi teoreticky predikovanou a skutečnou intenzitou antiprotonových toků v kosmických paprscích. Tento nesoulad lze vysvětlit mimo jiné pomocí předpokladu, že někde mimo naši Galaxii (nebo dokonce Metagalaxy) existuje opravdu obrovská oblast sestávající z antihmoty.
Nepolapitelná částice
V roce 1900 fyzici zjistili, že beta paprsky produkované radioaktivním rozpadem jsou ve skutečnosti elektrony.
V průběhu dalších pozorování se ukázalo, že energie emitovaných elektronů se ukazuje být odlišná, což jasně porušuje zákon zachování energie. Žádné teoretické a praktické triky nepomohly vysvětlit, co se děje, a v roce 1930 Niels Bohr, patriarcha kvantové fyziky, vyzval k upuštění od tohoto zákona ve vztahu k mikrosvětu.
Švýcarský Wolfgang Pauli našel cestu ven: navrhl, že během rozkladu atomových jader se uvolní další subatomová částice, kterou nazval neutronem a kterou nelze pomocí dostupných nástrojů detekovat. Protože to bylo v té době, kdy byl dříve objevený neutron konečně objeven, bylo rozhodnuto nazvat hypotetickou Pauli částici neutrino (později se ukázalo, že během beta rozpadu se nenarodí neutrino, ale antineutrino).
Ačkoli myšlenka na neutrinos byla zpočátku přijímána se skepticismem, postupem času ji převzala mysl. Současně vznikl nový problém: částice je tak malá a má tak nevýznamnou hmotnost, že je prakticky nemožné ji opravit i při průchodu nejhustšími látkami. Přesto se vědci nevzdali: když se objevily jaderné reaktory, dokázaly být použity jako generátory silného toku neutrinu, který vedl k jeho objevu v roce 1956.
Částice „duchů“se naučily registrovat a dokonce vybudovaly v Antarktidě obrovskou neutrinovou observatoř „Ice Cube“, ale samy o sobě zůstávají záhadou. Například existuje hypotéza, že antineutrina interagují s hmotou jako obyčejné neutrino. Pokud bude hypotéza potvrzena experimentem, bude jasné, proč během formování vesmíru vznikla globální asymetrie a hmota je dnes mnohem větší než antihmota.
Vědci se přidružují k dalšímu studiu neutrin, kde získávají odpovědi o možnosti pohybu superluminální rychlostí, o povaze „temné hmoty“, o podmínkách raného vesmíru. Ale možná nejdůležitější je, že nedávno prokázaná přítomnost hmoty v neutrinech ničí standardní model a zasahuje do základů moderní fyziky.
Mimo standardní model
Studie kosmických paprsků a konstrukce výkonných urychlovačů přispěly k objevu desítek dříve neznámých částic, pro které musela být zavedena další klasifikace. Například dnes se všechny subatomické částice, které nelze rozdělit na jejich součásti, nazývají elementární, a pouze ty, o nichž se předpokládá, že nemají žádnou vnitřní strukturu (elektrony, neutrina atd.), Se nazývají základní.
Na počátku šedesátých let se začal formovat standardní model - teorie, která bere v úvahu všechny známé interakce částic a síly, s výjimkou gravitace. Aktuální verze popisuje 61 elementárních částic, včetně legendárního Higgsova bosonu. Úspěch standardního modelu spočívá v tom, že předpovídá vlastnosti částic, které dosud nebyly objeveny, a tím je usnadní jejich nalezení. A přesto existují důvody mluvit, ne-li o revizi, pak o rozšíření modelu. To je přesně to, co příznivci Nové fyziky dělají, což je žádáno, aby vyřešilo nahromaděné teoretické problémy.
Překročení standardního modelu bude doprovázeno objevem nových elementárních částic, které jsou stále hypotetické. Možná budou vědci objevovat tachyony (pohybující se superluminální rychlostí), gravitony (přenášející gravitační interakci) a vimpy (tvořící „temnou“hmotu). Je však stejně pravděpodobné, že narazí na něco ještě fantastickějšího. I tehdy však nebude žádná záruka, že jsme poznali mikrokosmos jako celek.
Anton Pervushin