Wat is het kleinste deeltje dat we kennen?

Quarks zijn de kleinste entiteiten die we zijn tegengekomen in onze wetenschappelijke onderneming door de zandkorrel. Quarks en elektronen.

toen natuurkundigen voor het eerst elektronen botsten met protonen, merkten ze dat elektronen stuiterden op drie kleine harde kernen in het proton., De kernen werden toen quarks genoemd en het bleek nog kleinere deeltjes te zijn die deel uitmaken van het proton. Quarks zijn de kleinste deeltjes die we zijn tegengekomen in onze wetenschappelijke onderneming. De ontdekking van quarks betekende dat protonen en neutronen niet meer fundamenteel waren.

voor een beter begrip laten we een stukje materie uit elkaar halen en de bestanddelen ervan ontdekken door elke laag één voor één te verwijderen.

vanuit vogelperspectief ziet materie er stijf uit en zijn eigenschappen zijn gemakkelijk meetbaar., Maar zelfs een 6-jarige kan afleiden dat de vasthoudende pijlers van zijn zorgvuldig ontworpen Zandkasteel de som zijn van miljarden microscopische zandkorrels. De volgende vraag is … wat is de zandkorrel?

lijst van echt kleine deeltjes

het atoom

pel een andere laag en je zult een netjes georganiseerde structuur van atomen vinden. Het concept van atomen werd voor het eerst voorgesteld door de Grieken, die geloofden dat objecten voor onbepaalde tijd in helften konden worden gesplitst totdat je overbleef met een enkele, ondeelbare stipje materie., Deze onvoorstelbaar kleine eenheid kon niet verder worden verdeeld en werd daarom een “atoom” genoemd, afgeleid van het Griekse woord a-tomos. A Voor ” no “en tomos voor” cuttable ” of splittable.

verrassend genoeg ging de theorie niet goed. De meeste teksten over elementaire bestanddelen zijn na meerdere eeuwen verloren gegaan en teruggevonden. Het duurde bijna twee millennia voordat het atoom werd herkend als een echt fundamenteel fysiek object.,

de speculatie werd uiteindelijk bevestigd in de jaren 1800 toen chemicus John Dalton een reeks ingenieuze experimenten met gassen uitvoerde. De gemiddelde diameter van een atoom gemeten rond 50 nano-centimeter-een miljoenste korrel zand. Het atoom was toen het kleinste ding dat de mens kende.

subatomaire deeltjes

natuurlijk was dat pas tot 1897, toen Sir J. J. Thomson dieper groef en iets fundamentelers ontdekte — het elektron!, Dit was echt een revolutionaire ontdekking en de pioniers van de elektronische technologieën kunnen hem er niet genoeg voor bedanken. De “gemiddelde” diameter van een elektron bleek 0,0000000000001 centimeter of 2000 miljard keer kleiner te zijn dan een zandkorrel.

aangezien objecten elektrisch neutraal zijn, bedacht Thomson dat de negatieve lading van elektronen moet worden geannuleerd door een kleine klomp positieve lading waarin de elektronen zijn ingebed. Dit was het altijd beroemde “raisin-in-pudding” model.,dit idee werd terecht afgewezen in 1911 toen Rutherford een dun stuk goudfolie bombardeerde met alfastralen en ontdekte dat atomen grotendeels leeg waren, maar een geconcentreerde positieve centrale lading bevatten. Hij noemde dit centrum de kern van het atoom en noemde het positief geladen deeltje een proton. De” gemiddelde ” diameter van een proton was drie keer kleiner dan die van een elektron, maar in termen van Massa is het 1837 keer zwaarder!,

hij stelde ook dat de elektronen rond de kern draaiden, analoog aan het model van planeten in het zonnestelsel. Echter, de schaal van de afstanden tussen de centrale entiteit en degenen gehecht aan het in de twee modellen tentoongesteld een astronomische ongelijkheid.

maar de viering duurde niet te lang. Al snel ontdekten chemici isotopen-elementen die chemisch niet te onderscheiden zijn, maar verschillen in hun atoommassa., Het leek erop dat een paar isotopen hetzelfde aantal protonen bevatten, maar nog steeds een verschil in hun totale massa vertonen.

Rutherford verklaart dit door de aanwezigheid van een nieuw fundamenteel deeltje te suggereren, iets zwaarder dan een proton, maar elektrisch neutraal. Zijn speculatie werd een realiteit toen James Chadwick in 1932 dit laconische deeltje ontdekte: het neutron. Neutronen en protonen bleken dezelfde grootte en massa te hebben — ongeveer 2000 keer de massa van een elektron.

kunnen we materie verder uit elkaar pellen?, Is 0,00000000000001 centimeter niet klein genoeg?! Goed….. niet helemaal.

de Quark

de zoektocht naar deeltjes die nog elementair zijn dan elektronen, protonen en neutronen leidde ons ertoe om mooie deeltjesversnellers te bouwen.

de versnellers breken subatomaire deeltjes met enorme snelheden, waardoor ze verbrijzelen in hun bestanddelen., Het is vergelijkbaar met het bestuderen van de innerlijke mechanismen van een televisie door het gooien van de top van een 20 verdiepingen tellende gebouw en het onderzoeken van de gebroken componenten.

toen natuurkundigen voor het eerst elektronen met protonen begonnen te botsen, merkten ze dat elektronen stuitten op drie kleine harde kernen in het proton. De kernen bleken nog kleinere deeltjes te zijn die deel uitmaken van het proton. Deze elementaire deeltjes worden Quarks genoemd, en de ontdekking van quarks betekende dat protonen en neutronen niet meer fundamenteel waren., We hebben al een meer gedetailleerd en boeiend artikel geschreven dat specifiek gewijd is aan de eigenschappen en het gedrag van quarks. U kunt het hier vinden.

maar kunnen we dieper graven?

Nee, dat kunnen we niet.

de elementaire deeltjes

Quarks zijn de kleinste entiteiten die we zijn tegengekomen in onze wetenschappelijke onderneming door de zandkorrel. Quarks en elektronen, maar waarom een elektron?,

In tegenstelling tot zijn peers blijft het elektron onvermurwbaar om een echt fundamenteel deeltje te zijn. Het heeft zich verzet tegen verdere afbraak in meer elementaire stukken. Maar als elektronen en quarks fundamenteel zijn en quarks in protonen wonen, hoe is dan de straal drie keer groter dan die van een proton?!

de straal die we toeschrijven aan een subatomair deeltje komt voort uit bepaalde veronderstellingen., Wanneer bijvoorbeeld wordt aangenomen dat het massa-energiepotentiaal van een elektron volledig is ingesloten, blijkt zijn straal groter te zijn dan die van een proton. Een betere benadering van het berekenen van de straal van het elektron is erkend als het gebruik van de Proton / elektron massa verhoudingen.

met behulp van deze verhoudingen vinden we dat de straal van een elektron ongeveer tien keer kleiner is dan we eerder dachten; een miljardste van een miljardste van een centimeter of 0,000000000000001 cm.,

daarom heb ik het woord” gemiddeld ” gebruikt om de fysische eigenschappen van deze deeltjes te beschrijven. De straal is een dimensionale constructie en heeft niets te maken met de werkelijke straal.

op dezelfde manier hebben we ook geen geluk gehad met quarks. Ze weigeren te worden geïsoleerd, en zelfs als ze dat zijn, houden ze het niet te lang vol. Sommigen leven zo weinig als een miljardste van een miljardste van een miljardste van een seconde!, Het scheiden van een paar vereist zoveel energie dat het uiteindelijk wordt gebruikt om twee quarks te vormen die zich binden aan de oorspronkelijke twee!

laat u niet afschrikken door de hoeveelheid energie hier. Denk er zo over na… je probeert letterlijk het weefsel van de realiteit te verscheuren.

Waarom is onze opvatting van “grootte” verkeerd?

het mentale beeld van een subatomair deeltje dat we oproepen terwijl we deze vragen stellen is gewoon verkeerd!, Het woord “deeltje” roept vaak een klein staal-of biljartbalbeeld op dat alomtegenwoordig is in natuurkundeboeken. Echter, hun structuur en gedrag in zulke minuscule dimensies lijken op geen enkele manier op onze dagelijkse ervaring.

in de kwantummechanica is de definitie van vorm niet eenvoudig. Hun fysische eigenschappen kunnen niet nauwkeurig worden gemeten en hun bestaan in een bepaald gebied kan alleen worden bepaald door waarschijnlijkheden.,

toch zijn wetenschappers erin geslaagd enkele slimme studies uit te voeren om de grootte van een kwark te benaderen. De laatste die ik kon vinden benaderde het een miljardste van een miljardste van een centimeter, wat in dezelfde competitie is als een elektron.

Op dit punt wordt het noodzakelijk om te beseffen dat het standaardmodel, het kroonjuweel van de deeltjesfysica, niet subatomaire deeltjes beschrijft in termen van hun grootte of massa, maar eerder hun energieën., Het proton of neutron heeft geen vaste vorm of volume — zijn volume wordt bedacht vanuit de ruimte waarin zijn bestanddelen zijn beperkt.

Quarks, elektronen of andere subatomaire deeltjes zijn slechts geconcentreerde energieën; ze hebben geen specifieke orde, terwijl fundamentele deeltjes, zoals quarks en elektronen, als puntachtig worden beschouwd. Ze hebben geen dimensie en worden letterlijk beschouwd als een enkele dimensieloze punt in de ruimte. Denken aan hen als punten is gewoon een nuttige vereenvoudiging, omdat er geen bewijs van het tegendeel.,

het model in het kader van deze overwegingen heeft met succes (tot nu toe) alles wat bekend was met verbazingwekkende nauwkeurigheid vastgelegd. Het is bekend dat het de meest accurate theorie op elk gebied. Natuurlijk is deze veronderstelling, net als alle andere in de wetenschap, niet bang om te worden verfrommeld en afgewezen wanneer een nieuwe plaats maakt. Wetenschappers zijn niet bang om terug te keren naar de tekentafel, mits er bewijs is. In dit geval, de ontdekking van een deeltje binnenin.