Vad är den minsta partikeln vi vet?

kvarkar är de minsta enheterna vi har stött på i vår vetenskapliga strävan genom sandkornet. Egentligen kvarkar såväl som elektroner.

När fysiker först kolliderade elektroner med protoner, observerade de att elektroner studsade av tre små hårda kärnor inuti proton., Kärnorna kallades då kvarkar och det visade sig vara ännu mindre partiklar som utgör proton. Kvarkar är de minsta partiklarna vi har stött på i vår vetenskapliga strävan. Upptäckten av kvarkar innebar att protoner och neutroner inte var grundläggande längre.

För mer grundlig förståelse låt oss skala bort en bit materia och upptäcka dess beståndsdelar genom att ta bort varje lager en efter en.

från en fågelperspektiv ser materian stel ut och dess egenskaper är lätt mätbara., Men även en 6-åring kan dra slutsatsen att de ihärdiga pelarna i hans noggrant konstruerade sandslott är summan av miljarder mikroskopiska sandkorn. Nästa fråga är … vad som utgör sandkornet?

lista över riktigt små partiklar

atomen

skala ett annat lager och du hittar en snyggt organiserad struktur av atomer. Begreppet atomer föreslogs först av grekerna, som trodde att objekt skulle kunna delas på obestämd tid i halvor tills du lämnades med en enda, odelbar Materia., Denna ofattbara lilla enhet kunde inte delas vidare och kallades därför en ”atom”, härledd från det grekiska ordet a-tomos. A för ” no ”och tomos för” cuttable ” eller splittable.

överraskande gick teorin inte bra. De flesta texter skrivna om elementära beståndsdelar förlorades och hämtades efter flera århundraden. Det tog nästan två årtusenden för atomen att erkännas som ett verkligt grundläggande fysiskt objekt.,

spekulationen bekräftades slutligen på 1800-talet när kemisten John Dalton genomförde en serie geniala experiment på gaser. Den genomsnittliga diametern hos en atom mätt runt 50 nano-centimeter-en miljonte av ett sandkorn. Atomen var då det minsta som människan kände till.

subatomiska partiklar

naturligtvis var det bara fram till 1897, när Sir J. J. Thomson grävde djupare och upptäckte något ännu mer grundläggande — elektronen!, Detta var verkligen en revolutionerande upptäckt och pionjärerna för elektronisk teknik kan inte tacka honom tillräckligt för det. En elektrons ”genomsnittliga” diameter visade sig vara 0,0000000000001 centimeter eller 2000 miljarder gånger mindre än ett sandkorn.

eftersom objekt är elektriskt neutrala, tänkte Thomson att den negativa laddningen av elektroner måste avbrytas av en liten klump av positiv laddning där elektronerna är inbäddade. Detta var den ständigt kända ”raisin-in-pudding”-modellen.,

denna idé avskedades med rätta 1911 när Rutherford bombarderade en tunn bit guldfolie med alfastrålar och upptäckte att atomer mestadels var tomma, men innehöll en koncentrerad positiv Central laddning. Han kallade detta centrum atomens kärna och namngav den positivt laddade partikeln en proton. Den” genomsnittliga ” diametern hos en proton mättes för att vara tre gånger mindre än en elektron, men när det gäller massa är det 1837 gånger tyngre!,

han hypoteser också att elektronerna kretsade kring kärnan, analog med solsystemets modell av planeter. Omfattningen av avstånd mellan den centrala enheten och de som följde den i de två modellerna uppvisade emellertid en astronomisk skillnad.

men firandet varade inte för länge. Snart upptäckte kemister isotoper-element som är kemiskt oskiljbara men skiljer sig åt i sina atommassor., Det verkade som om ett par isotoper innehöll samma antal protoner, men uppvisade fortfarande en skillnad i deras totala massor.

Rutherford stod för detta genom att föreslå närvaron av en ny grundläggande partikel, något tyngre än en proton, men elektriskt neutral. Hans spekulation blev en aktualitet när James Chadwick 1932 upptäckte denna lakoniska partikel-neutronen. Neutroner och protoner visade sig ha samma storlek och massa — ungefär 2000 gånger massan av en elektron.

kan vi avlägsna Materia ytterligare?, Jag menar är inte 0.00000000000001 centimeter tillräckligt liten?! Samt….. inte riktigt.

Kvarken

strävan att hitta partiklar ännu mer elementära än elektroner, protoner och neutroner ledde oss att bygga vackra partikelacceleratorer.

acceleratorerna krossar subatomiska partiklar med enorma hastigheter, vilket får dem att splittras i sina beståndsdelar., Det liknar att studera de inre mekanismerna i en TV genom att kasta den från toppen av en 20-våningsbyggnad och granska dess trasiga komponenter.

när fysiker först började kollidera elektroner med protoner, observerade de att elektroner studsade av tre små hårda kärnor inuti proton. Kärnorna befanns vara ännu mindre partiklar som utgör proton. Dessa elementära partiklar kallas kvarkar, och upptäckten av kvarkar innebar att protoner och neutroner inte var grundläggande längre., Vi har redan skrivit en mer detaljerad och nitande artikel tillägnad egenskaper och beteende kvarkar. Du hittar den här.

men kan vi gräva djupare?

Nej, Vi kan inte.

de elementära partiklarna

kvarkar är de minsta enheterna vi har stött på i vår vetenskapliga strävan genom sandkornet. Egentligen kvarkar och elektroner, men vänta, varför en elektron?,

Tja, till skillnad från sina kamrater, förblir elektronen orubblig att vara en verkligt grundläggande partikel. Det har motstått att ytterligare delas upp i mer elementära bitar. Men om elektroner och kvarkar är grundläggande och kvarkar bor i protoner, hur är dess radie tre gånger större än en proton?!

radien vi tillskriver en subatomisk partikel härrör från vissa antaganden., Till exempel, när en elektrons massa-energipotential antas vara helt innesluten, visar sig radien vara större än en protons. Ett bättre tillvägagångssätt för att beräkna elektronens radie har erkänts som att använda proton / elektronmassförhållandena.

med hjälp av dessa förhållanden finner vi att en elektrons radie är cirka tio gånger mindre än vi tidigare trodde att den var; en miljarddel av en miljard centimeter eller 0,00000000000000001 cm.,

det är därför jag har använt ordet” average ” för att beskriva de fysikaliska egenskaperna hos dessa partiklar. Radien är en dimensionell konstruktion och har ingenting att göra med den faktiska radien.

på samma sätt har vi inte haft någon tur med kvarkar heller. De vägrar att isoleras, och även om de är, håller de inte för länge. Vissa lever så lite som en miljarddel av en miljarddel av en miljarddel av en sekund!, Att separera ett par kräver så mycket energi att det slutar utnyttjas för att bilda två kvarkar som binder till de ursprungliga två!

skrämmas inte av mängden energi här. Tänk på det så här … du försöker bokstavligen slita sönder själva verklighetens Tyg.

varför vår uppfattning om ”storlek” är fel?

den mentala bilden av en subatomisk partikel som vi trollar när vi ställer dessa frågor är helt enkelt fel!, Ordet ”partikel” framkallar ofta en liten stål-eller biljardbollsbild som är allestädes närvarande i fysikhandböcker. Men deras struktur och beteende vid sådana minimala dimensioner liknar inte vår dagliga erfarenhet alls.

I kvantmekanikens rike är definitionen av form inte okomplicerad. Deras fysiska egenskaper kan inte mätas exakt och deras existens i en viss region kan endast definieras av sannolikheter.,

fortfarande har forskare lyckats genomföra några skarpa studier för att approximera storleken på en kvark. Det senaste jag kunde hitta approximerade att det var en miljarddel av en miljarddel av en centimeter, som ligger i samma liga som en elektron.

vid denna tidpunkt blir det absolut nödvändigt att inse att standardmodellen, kronjuvelen av partikelfysik, inte beskriver subatomiska partiklar i form av storlek eller massa, utan snarare deras energier., Proton eller neutron har ingen fast form eller volym — Volymen är utformad från det utrymme där dess beståndsdelar är begränsade.

kvarkar, elektroner eller andra subatomiska partiklar är bara koncentrerade energier.de har ingen särskild ordning, medan grundläggande partiklar, såsom kvarkar och elektroner, anses vara punktliknande. De har ingen dimension och anses bokstavligen vara en enda dimensionslös punkt i rymden. Att tänka på dem som poäng är bara en användbar förenkling, eftersom det inte finns bevis för motsatsen.,

modellen inom ramen för dessa överväganden har framgångsrikt fångat (hittills) allt som var känt med häpnadsväckande noggrannhet. Det är känt att vara den mest exakta teorin inom något område. Naturligtvis är detta antagande, som alla inom vetenskapen, inte rädd för att bli skrynklig och avskedad när en ny gör plats. Forskare är inte försiktiga med att återvända till ritbordet igen, förutsatt att det finns bevis. I detta fall upptäckten av en partikel inom.