5 Verbiedende Subatomaire Deeltjes

{h1}

Subatomaire deeltjes zijn de bouwstenen van atomen, maar ze blijven wetenschappers verbluffen. Leer meer over 5 verbijsterende subatomaire deeltjes.

Batman en deeltjesfysici hebben veel gemeen.

Zeker, ze kunnen verschillen op het gebied van enterhaken en zwarte, vinyl codpieces, maar de caped crusader en CERN (de European Organization for Nuclear Research) reiken beiden naar de nieuwste hightech snufjes en kampen met een uitzonderlijk bizarre schurkengalerij.

Terwijl Batman vecht met anarchistische clowns en gemuteerde ecoterroristen, proberen CERN-wetenschappers zulke opmerkelijke tegenstanders te identificeren en te vatten als de Higgs-boson.

Je herinnert je de Higgs. Dit theoretische (als van dit schrijven) deeltje staat centraal in het standaardmodel van de fysica. Het standaardmodel stelt voor dat elektriciteit, magnetisme, licht en sommige soorten radioactiviteit allemaal manifestaties zijn van iets dat de elektrozwakke kracht. En de elektrozwakke kracht verenigt de elektromagnetische en zwakke krachten, twee van de vier fundamentele krachten van de natuur, samen met de sterke kracht en de zwaartekracht. Nog steeds bij me? Goed.

Het model werkt echter alleen als de deeltjes om ons heen geen massa hadden in de periode onmiddellijk na de oerknal. Theoretisch geeft het Higgs-deeltje het Higgs-veld, een kosmosbrede energieveld dat alles met massa verleent - dus als het standaardmodel geldig is, dan moeten de Higgs bestaan. We moeten het eerst vangen.

Met andere woorden, iemand beroofde de bank en, o kijk, het moet de Joker zijn, want - ooit de letterkundige - liet hij een visitekaartje achter met zijn gezicht erop. Ondertussen leeft het zogenaamde "goddeeltje" een kort bestaan ​​in de nasleep van een versnelde deeltjesbotsing - en laat dan een subatomaire vervalhandtekening achter.

De Joker is misschien de beroemdste vijand van Batman, maar hij is nauwelijks de vreemdste. Hetzelfde kan gezegd worden van het Higgs-deeltje, dus laten we de andere subatomaire superschurken leren kennen.

5. Het Graviton Enigma

Iets van een E. Nigma, die Riddler.

Iets van een E. Nigma, die Riddler.

Riddle me this, Batman: Hoe werkt zwaartekracht?

Luister, het is geen onderwerp waar Batman graag over praat. Volgens fysici van de Universiteit van Leicester zou zwaartekracht de merkwaardige gewoonte hebben om Batman tot zijn dood te trekken telkens als de gekostumeerde burgerwacht die fysiek onpraktische cape probeerde te gebruiken. Dus hij heeft de neiging om het hele zwaartekrachtgebaar achter te laten en achter Edward Nigma op te jagen.

Voor fysici heeft de vraag echter veel meer - ja - gewicht. Natuurlijk hebben we een goed inzicht in de effecten van de zwaartekracht. We weten hoe zijn macht inwerkt op de hemelse mechanica en de vorming van kosmische lichamen. Toch hebben we nog steeds geen stevig antwoord op het raadsel van de zwaartekracht.

Een mogelijk antwoord leidt ons rechtstreeks naar een ander verbijsterend deeltje in de subatomaire schurkengalerij: de graviton. Als het echt bestaat, brengt dit hypothetische deeltje de zwaartekracht over, waardoor objecten elkaar aantrekken. Oh ja, en het bestaan ​​ervan zou ons ook in staat stellen om de algemene relativiteit te verenigen met de kwantummechanica. Zwaartekracht, zie je, fungeert vaak als een steeksleutel in verschillende allesomvattende theorieën.

Dus ja, de graviton is nogal een groot probleem - tenzij het niet bestaat.

4. De wilde wereld van Tachyons

Julie Newmar, de typische Catwoman

Julie Newmar, de typische Catwoman

Snel. Sexy. Moeilijk te vangen.

Batman heeft zijn Catwoman, en deeltjesfysici hebben te maken met het ongrijpbare - en mogelijk onjuiste - bestaan ​​van tachyonen. Iemand is een sexy inbreker gekleed in leer en de andere is een subatomair deeltje dat sneller reist dan de lichtsnelheid.

Ik weet wat je je afvraagt: hoe kan een tachyon sneller reizen dan de snelheid van het licht als de lichtsnelheid inderdaad de "universele snelheidslimiet" is? Dat is hetzelfde als zeggen dat 'geen eenden broeken kunnen dragen' en dat de camera vervolgens naar een wilde eend loopt met frigo's 'corduroys. We hebben universele wetten voor een reden, mensen.

Het wordt nog erger: als de principes van speciale relativiteitstheorie waar zijn, breken tachyons niet alleen de universele snelheidslimiet, ze schenden ook de causaliteit zelf. In dit universum komt de oorzaak altijd vóór effect. Zonder die wet in werking, ontrafelt het weefsel van het universum.

Als er tachyonen bestaan, is dit waarschijnlijk het gevolg van deze maas in de lus: terwijl relativiteit voorkomt dat materie versnelt naar de snelheid van het licht (omdat dit oneindige energie zou vereisen), is het niet van toepassing op deeltjes die altijd sneller reizen dan licht. Voor tachyons is de minimumsnelheid de snelheid van het licht en zou het oneindige energie nodig hebben om ze alleen maar te vertragen tot subluminale snelheden.

Tachyons: het zijn total speed demons, en ze kunnen gewoon echt bestaan.

3. Majorana Fermion, de duivel met twee gezichten

Twee gezichten en Riddler, feest voor drie

Twee gezichten en Riddler, feest voor drie

Kan iets zijn eigen tegendeel zijn?

Ja, Batman weet hier een paar dingen over.

Je herinnert je het verhaal: Heroïsche advocaat Harvey Dent lijdt verschrikkelijke brandwonden op 50 procent van zijn lichaam en zijn geest knapt. Een kwaadaardig, crimineel personage komt naar de oppervlakte en hij wordt Two-Face, de door munten geobsedeerde maniak met belachelijke smaak in half-en-half kleding.

Deeltjesfysici hebben ook een paradoxaal tweesegment in hun schurkengalerij: de Majorana-fermion, een deeltje dat als zijn eigen antideeltje fungeert.

Laten we vernieuwen. Volgens het standaardmodel vallen deeltjes en quasideeltjes in twee categorieën: fermionen en bosonen. Het fermionkamp omvat onder meer quarks en leptonen zoals elektronen. We noemen dit Dirac-fermionen. Hier zou je vinden dat negatief geladen elektronen wegkwaken met de genoemde antideeltje-tegenhangers positronen, die een positieve lading inpakken. Wanneer deze deeltjes met elkaar in contact komen, vernietigen ze elkaar.

Dat is precies het soort dualiteit dat Two-face zou waarderen. De munt heeft twee zijden, en het is de een of de ander, kop of munt. Schuif hem een ​​tweekoppige munt of zo en hij drijft hem de muur op.

Het bosonkamp omvat de fotonen waaruit het licht bestaat; deze briljante deeltjes zijn hun eigen antideeltjes, die een volkomen neutrale lading produceren. Echt, je verwacht dit soort dingen van een boson.

Maar is zoiets mogelijk in het fermionkamp? Al in de jaren dertig voorspelden natuurkundigen dat het was, maar niemand heeft ooit een zogenaamde 'spot' gezien Majorana-fermion. In 2012 ontdekte een team van Nederlandse deeltjesfysici indirect deze kleine twee gezichten in het laboratoriumexperiment, maar dit is niet de officiële bevestiging dat ze bestaan.

Zodra we het experimentele bewijs vangen, kunnen er echter spannende dingen gebeuren. Majorana-fermionen zouden beschikken over een uniek vermogen om posities uit het verleden te "herinneren" met betrekking tot elkaar, waardoor ze erg nuttig zijn in het rijk van quantum computing. Eén theorie stelt zelfs dat alle donkere materie in het universum eigenlijk bestaat uit Majorana-fermionen.

Donkere materie computers. Denk daar even over na.

2. Axions, Henchmen en Black Holes

Wat een geweldig stel!

Wat een geweldig stel!

Batman heeft de neiging om een ​​nogal tumultueuze tijd met de dames te hebben. Als hij geen dodelijke kussen ontwijkt van Poison Ivy, dan is het een soort drama met Catwoman. Kijk, trouw met haar of gooi haar al in de gevangenis.

En dan is er Harley Quinn, de moorddadige clown met een onsterfelijke (en ongezonde) liefde voor Batman's aartsvijand de Joker. Zeker, veel superschurken hebben hun aanhangers en handlangers, maar ze onderscheidt zich als een echte hulpje.

In de subatomaire wereld blijven fysici een oogje houden op een hypothetisch deeltje dat bekendstaat als een axion. Het axion is van bijzonder belang omdat het bestaan ​​ervan een grote kloof zou dichten in het standaardmodel van deeltjesfysica. Het is ook mogelijk donkere materie component.

Maar laten we teruggaan naar de Batman-vergelijkingen. Als axions Harley Quinn zijn, wie is dan de Joker? Waarom niemand anders dan zwarte gaten. Dat klopt, wetenschappers theoretiseren dat terwijl zwarte gaten alles van fotonen tot sterren opzuigen, axions immuun zijn voor hun destructieve kracht. In plaats van in de verpletterende singulariteit te vallen, zouden axionen om de ingestorte ster draaien in een enorme bosonwolk.

Nog gekker, deze wolk wordt uiteindelijk behoorlijk massief, ondanks de extreem lage massa van zijn axions. Mocht de wolk uiteindelijk instorten in het zwarte gat, dan is het resultaat Bosenova zou het eigenlijke weefsel van ruimte-tijd rocken [bron: O'Neill]. Praten over een onevenwichtige relatie.

1. Kameleon deeltjes

Clayface: acteur, shape-shifter en crimineel

Clayface: acteur, shape-shifter en crimineel

Zelfs met alle gekke kostuums, is het moeilijk om de super-schurkenactiviteit in Gotham City bij te houden - vooral wanneer je een shape-shifter zoals Clayface ronddraait. Hij kan de vorm van iemand aannemen: een bankbediende, Bruce Wayne, noem maar op. Hij past zijn fysieke uiterlijk aan aan zijn omgeving, waardoor hij een nogal geslepen tegenstander is.

Deeltjesfysici hebben hun eigen Clayface in de vorm van kameleondeeltjes. Tot nu toe kunnen we alleen maar speculeren over deze bijzondere bosonen die de uitbreiding van het universum al dan niet stimuleren. Wetenschappers voorspelden eerst hun bestaan ​​in 2003 als een mogelijke verklaring voor al die mysterieuze donkere energie die 70 procent van ons universum vormt [bron: Johnston]. Net als criminele vormverschuivers, passen de kameleondeeltjes hun eigenschappen aan hun lokale omgeving aan. Als een kameleonteeltje bijvoorbeeld hier op aarde rondhangt, waar de materiedichtheid hoog is, zou het ook een hoge massa vertonen, maar de materie-interacties zouden erg zwak zijn en op korte afstand.

Maar dat is hier op aarde. In de lege ruimte zouden kameleondeeltjes een lage massa vertonen en sterk reageren met materie over grote afstanden. In theorie zouden deze speculatieve deeltjes het universum uit elkaar kunnen duwen in wat we noemen kosmische inflatie.

Het is niet verrassend dat kameleondeeltjes hier op aarde nogal moeilijk te detecteren zijn. We zouden in diepe, lege ruimte moeten gaan om hun aanwezigheid te registreren.

Toch hebben natuurkundigen een aantal high-tech detectieschema's de handen uit de mouwen en gaat de zoektocht verder naar de ongrijpbare kameleon.

En zo keert de Dark Knight nog eens terug naar zijn ondergrondse Bat Cave en natuurkundigen verdwijnen ook, om hun ondergrondse deeltjes botsers te beheren.

Insluiten op Higgs, zes jaar later

Insluiten op Higgs, zes jaar later

Natuurkundigen hebben het favoriete vervalkanaal van het Higgs-boson ontdekt. Lees meer over het Higgs-boson op WordsSideKick.com.


Notitie van de auteur: 5 verbijsterend subatomaire deeltjes

Zoals ik uitlegde in de aflevering "Er was eens een boson met de naam Higgs", heb ik de neiging om te denken aan deeltjesfysica als een met chocolade omhulde urinecake. Dat is geen commentaar op het belang van het veld of de ontzagwekkendheid van de betrokken personen, maar veeleer mijn kijk op de toegankelijkheid ervan als een algemeen publieksthema. Bijt maar een klein beetje in de taart en alles is chocola en heerlijk. Bijt echter iets te diep in en het wordt minder lekker.

Dus probeerde ik dit artikel zo chocolaty mogelijk te houden door een paar van de verbazingwekkende eigenschappen van onze vreemdste subatomaire deeltjes te bespreken - zowel echt als speculatief. Het is de blitse cover-art op een veel dieper boek, omdat de onderliggende wetenschap hier enorm is.Het veld van de deeltjesfysica is immers bedoeld om het weefsel van het bestaan ​​te ontrafelen - materie uiteen te halen tot zijn meest elementaire vorm en ons begrip van waar het bij dit universum om draait te vergroten.


Video Supplement: .


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com