Was ist das kleinste Teilchen, das wir Kennen?

Quarks sind die kleinsten Einheiten, auf die wir in unseren wissenschaftlichen Bemühungen durch das Sandkorn gestoßen sind. Eigentlich quarks sowie Elektronen.

Als Physiker Elektronen zum ersten Mal mit Protonen kollidierten, beobachteten sie, dass Elektronen von drei kleinen harten Kernen innerhalb des Protons abprallten., Die Kerne wurden dann Quarks genannt und es wurde festgestellt, dass es sich um noch kleinere Partikel handelt, aus denen das Proton besteht. Quarks sind die kleinsten Teilchen, auf die wir bei unseren wissenschaftlichen Bemühungen gestoßen sind. Die Entdeckung von Quarks bedeutete, dass Protonen und Neutronen nicht mehr grundlegend waren.

Für ein gründlicheres Verständnis ziehen wir ein Stück Materie auseinander und entdecken ihre Bestandteile, indem wir jede Schicht einzeln entfernen.

Aus der Vogelperspektive sieht Materie starr aus und ihre Eigenschaften sind leicht messbar., Aber selbst ein 6-Jähriger kann daraus schließen, dass die hartnäckigen Säulen seiner sorgfältig konstruierten Sandburg die Summe von Milliarden mikroskopisch kleiner Sandkörner sind. Die nächste Frage ist… was macht das Sandkorn aus?

Liste der wirklich kleinen Partikel

Das Atom

Schälen Sie eine weitere Schicht und Sie finden eine ordentlich organisierte Struktur von Atomen. Das Konzept der Atome wurde zuerst von den Griechen vorgeschlagen, die glaubten, dass Objekte auf unbestimmte Zeit in Hälften geteilt werden könnten, bis Sie mit einem einzigen, unteilbaren Fleck Materie zurückblieben., Diese unvorstellbar kleine Einheit konnte nicht weiter geteilt werden und wurde daher als „Atom“ bezeichnet, abgeleitet vom griechischen Wort A-tomos. A für “ no „und tomos für“ cuttable “ oder splittable.

Überraschend, dass die Theorie nicht gut ergehen. Die meisten Texte, die über elementare Bestandteile geschrieben wurden, gingen nach mehreren Jahrhunderten verloren und wurden abgerufen. Es dauerte fast zwei Jahrtausende, bis das Atom als echtes grundlegendes physikalisches Objekt erkannt wurde.,

Die Spekulation wurde schließlich in den 1800er Jahren bestätigt, als der Chemiker John Dalton eine Reihe genialer Experimente an Gasen durchführte. Der durchschnittliche Durchmesser eines Atoms betrug etwa 50 Nanozentimeter-ein Millionstel Sandkorn. Das Atom war damals das kleinste, was dem Menschen bekannt war.

Subatomare Teilchen

Das war natürlich nur bis 1897, als Sir J. J. Thomson tiefer grub und etwas noch Grundlegenderes entdeckte — das Elektron!, Dies war wirklich eine revolutionäre Entdeckung und die Pioniere der elektronischen Technologien können ihm nicht genug dafür danken. Der „durchschnittliche“ Durchmesser eines Elektrons erwies sich als 0,0000000000001 Zentimeter oder 2000 Milliarden Mal kleiner als ein Sandkorn.

Da Objekte elektrisch neutral sind, entwickelte Thomson, dass die negative Ladung von Elektronen durch einen kleinen Klumpen positiver Ladung abgebrochen werden muss, in den die Elektronen eingebettet sind. Dies war das berühmte“ Raisin-in-Pudding “ – Modell.,

Diese Idee wurde 1911 zu Recht verworfen, als Rutherford ein dünnes Stück Goldfolie mit Alpha-Strahlen bombardierte und entdeckte, dass Atome größtenteils leer waren, aber eine konzentrierte positive Zentralladung enthielten. Er nannte dieses Zentrum den Kern des Atoms und nannte das positiv geladene Teilchen ein Proton. Der“ durchschnittliche “ Durchmesser eines Protons wurde dreimal kleiner als der eines Elektrons gemessen, aber in Bezug auf die Masse ist es 1837 mal schwerer!,

Er stellte auch die Hypothese auf, dass sich die Elektronen analog zum Sonnensystemmodell der Planeten um den Kern drehten. Das Ausmaß der Abstände zwischen der zentralen Entität und denen, die in den beiden Modellen eingehalten wurden, zeigte jedoch eine astronomische Disparität.

Aber die feier dauerte nicht allzu lange. Bald entdeckten Chemiker Isotope-Elemente, die chemisch nicht zu unterscheiden sind, sich aber in ihren Atommassen unterscheiden., Es schien, dass ein Isotopenpaar die gleiche Anzahl von Protonen enthielt, aber immer noch einen Unterschied in ihren Gesamtmassen aufwies.

Rutherford machte dies durch die Anwesenheit eines neuen fundamentalen Teilchens, etwas schwerer als ein Proton, aber elektrisch neutral. Seine Spekulation wurde zur Realität, als James Chadwick 1932 dieses lakonische Teilchen entdeckte-das Neutron. Neutronen und Protonen hatten die gleiche Größe und Masse — etwa das 2000-fache der Masse eines Elektrons.

Können wir die Materie weiter auseinanderziehen?, Ich meine, ist 0.00000000000001 Zentimeter nicht klein genug?! Gut….. nicht ganz.

Der Quark

Die Suche nach Teilchen, die noch elementarer sind als Elektronen, Protonen und Neutronen, führte uns dazu, wunderschöne Teilchenbeschleuniger zu bauen.

Die Beschleuniger zerschlagen subatomare Teilchen mit enormen Geschwindigkeiten, wodurch sie in ihre Bestandteile zerbrechen., Es ähnelt dem Studium der inneren Mechanismen eines Fernsehers, indem es von der Spitze eines 20-stöckigen Gebäudes geworfen und seine zerbrochenen Komponenten untersucht wird.

Als Physiker anfingen, Elektronen mit Protonen zu kollidieren, beobachteten sie, dass Elektronen von drei kleinen harten Kernen innerhalb des Protons abprallten. Es wurde festgestellt, dass die Kerne noch kleinere Partikel sind, aus denen das Proton besteht. Diese Elementarteilchen werden Quarks genannt, und die Entdeckung von Quarks bedeutete, dass Protonen und Neutronen nicht mehr fundamental waren., Wir haben bereits einen detaillierteren und fesselnden Artikel geschrieben, der speziell den Eigenschaften und dem Verhalten von Quarks gewidmet ist. Sie können es hier finden.

Aber können wir tiefer graben?

Nein, das können wir nicht.

Die Elementarteilchen

Quarks sind die kleinsten Einheiten, auf die wir bei unseren wissenschaftlichen Bemühungen durch das Sandkorn gestoßen sind. Eigentlich Quarks und Elektronen, aber warte, warum ein Elektron?,

Nun, im Gegensatz zu seinen Kollegen bleibt das Elektron ein wirklich grundlegendes Teilchen. Es hat sich widersetzt, weiter in elementarere Teile zerlegt zu werden. Wenn jedoch Elektronen und Quarks grundlegend sind und Quarks in Protonen leben, wie ist dann ihr Radius dreimal größer als der eines Protons?!

Der Radius, den wir einem subatomaren Teilchen zuschreiben, ergibt sich aus bestimmten Annahmen., Wenn beispielsweise angenommen wird, dass das Massenenergiepotential eines Elektrons vollständig enthalten ist, ist sein Radius größer als der eines Protons. Ein besserer Ansatz zur Berechnung des Elektronenradius wurde unter Verwendung der Protonen/Elektronen-Massenverhältnisse erkannt.

Unter Verwendung dieser Verhältnisse finden wir, dass der Radius eines Elektrons etwa zehnmal kleiner ist, als wir bisher dachten; ein Milliardstel eines Milliardstel Zentimeters oder 0,00000000000000001 cm.,

Aus diesem Grund habe ich das Wort“ average “ verwendet, um die physikalischen Eigenschaften dieser Partikel zu beschreiben. Der Radius ist ein dimensionales Konstrukt und hat nichts mit dem tatsächlichen Radius zu tun.

Ebenso hatten wir auch kein Glück mit Quarks. Sie weigern sich, isoliert zu sein, und selbst wenn sie es sind, halten sie nicht zu lange. Einige leben so wenig wie ein Milliardstel einer Milliardstel einer Milliardstel Sekunde!, Das Trennen eines Paares erfordert so viel Energie, dass es letztendlich verwendet wird, um zwei Quarks zu bilden, die an die ursprünglichen beiden binden!

seien Sie nicht entsetzt über die Menge an Energie hier. Denken Sie so darüber nach… Sie versuchen buchstäblich, das Gewebe der Realität auseinanderzureißen.

Warum ist unsere Vorstellung von „Größe“ falsch?

Das mentale Bild eines subatomaren Teilchens, das wir zaubern, während wir diese Fragen stellen, ist einfach falsch!, Das Wort „Teilchen“ erinnert oft an ein winziges Stahl-oder Billardkugelbild, das in Physiklehrbüchern allgegenwärtig ist. Ihre Struktur und ihr Verhalten in so winzigen Dimensionen ähneln jedoch in keiner Weise unserer täglichen Erfahrung.

Im Bereich der Quantenmechanik ist die Definition der Form nicht einfach. Ihre physikalischen Eigenschaften können nicht genau gemessen werden und ihre Existenz in einer bestimmten Region kann nur durch Wahrscheinlichkeiten definiert werden.,

Dennoch haben Wissenschaftler es geschafft, einige kluge Studien durchzuführen, um die Größe eines Quark anzunähern. Das neueste, das ich finden konnte, näherte es sich einem Milliardstel eines Milliardstel Zentimeters an, was in der gleichen Liga wie ein Elektron ist.

An dieser Stelle wird es unerlässlich zu erkennen, dass das Standardmodell, das Kronjuwel der Teilchenphysik, subatomare Teilchen nicht in ihrer Größe oder Masse beschreibt, sondern ihre Energien., Das Proton oder Neutron hat keine feste Form oder Volumen — sein Volumen wird aus dem Raum entwickelt, in dem seine Bestandteile begrenzt sind.

Quarks, Elektronen oder andere subatomare Teilchen sind nur konzentrierte Energien; sie haben keine besondere Ordnung, während fundamentale Teilchen wie Quarks und Elektronen als punktartig gelten. Sie haben keine Dimension und werden buchstäblich als ein eindimensionaler Punkt im Raum betrachtet. Sie als Punkte zu betrachten, ist nur eine nützliche Vereinfachung, da es keine gegenteiligen Beweise gibt.,

Das Modell im Rahmen dieser Überlegungen hat (bis jetzt) alles, was bekannt war, mit erstaunlicher Genauigkeit erfolgreich erfasst. Es ist bekannt, die genaueste Theorie in jedem Bereich zu sein. Natürlich hat diese Annahme, wie jede in der Wissenschaft, keine Angst, zerknittert und entlassen zu werden, wenn ein neuer Platz macht. Wissenschaftler sind nicht vorsichtig, wieder auf das Reißbrett zurückzukehren, vorausgesetzt, es gibt Beweise. In diesem Fall, die Entdeckung eines Teilchens innerhalb.