Вселенная огромна, но она состоит из множества мельчайших деталей. Периодическая таблица состоит из таких элементов, как кислород, углерод и другие строительные блоки, из которых состоят такие вещи, как звезды, котята и кофейные чашки. С начала двадцатого века ученые размышляли и находили все более мелкие элементарные частицы - те мельчайшие атомы, из которых состоит Вселенная. Итак, какая из этих элементарных частиц самая маленькая? А какая, с другой стороны, самая большая?
Одним из ученых, пытающихся решить эту проблему, является Дон Линкольн, старший научный сотрудник Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) в Чикаго. Ученые Фермилаба используют ускоритель частиц, чтобы разбить отдельные частицы вместе и исследовать образовавшиеся в результате обломки - среди которых могут быть новые фундаментальные частицы. По словам Линкольна, существует два метода определения размера частиц: исследование их массы и измерение их физического размера, например, оценка диаметра мяча.
На эти вопросы довольно легко ответить с точки зрения массы. По словам Линкольна, нейтрино - самая маленькая частица с ненулевой массой, известная науке. Однако, поскольку детекторы, используемые для расчета массы фундаментальных частиц, недостаточно чувствительны, у нас нет точного измерения массы нейтрино.
"Нейтрино - это частица, своего рода субатомный призрак, - пояснил Линкольн. Нейтрино являются второй по распространенности частицей после фотонов и взаимодействуют с веществом крайне слабо (они ведут себя скорее как волны, чем как реальные частицы). Фактически, миллионы нейтрино протекают через ваше тело прямо сейчас. Нейтрино почти ничего не весят и движутся со скоростью, близкой к скорости света.
Нейтроны, протоны и электроны составляют атомное ядро. По словам Линкольна, протоны и нейтроны составляют примерно одну десятую часть размера ядра в целом. Хотя масса электрона практически равна нулю, он весит в 500 000 раз больше, чем нейтрино (опять же, точное измерение которого на данный момент невозможно).
Согласно Линкольну, электрон весит 511 000 электрон-вольт, что составляет 9,11 x 10^-31 кг. По его словам, протон в ядре атома весит 938 миллионов электрон-вольт, или 1,67 десятых килограмма.
По словам Линкольна, самой крупной (с точки зрения массы) фундаментальной частицей, о которой мы знаем, является частица под названием топ-кварк, имеющая массу 172,5 миллиарда электрон-вольт. Кварки - это еще одна фундаментальная частица, которая, насколько нам известно, не может быть разделена на большее количество битов. Вверх, вниз, странный, очарование, нижний и верхний - это шесть типов кварков, открытых учеными. Протоны и нейтроны состоят из восходящего и нисходящего кварков, которые весят 3 миллиона и 5 миллионов электрон-вольт соответственно. Верхний кварк, для сравнения, в 57 500 раз тяжелее верхнего кварка.
На вопрос о физическом размере ответить сложнее. Некоторые частицы имеют физические размеры, о которых мы знаем, но мы не знаем о мельчайших частицах. Некоторые "незначительные" частицы, с которыми люди сталкиваются регулярно, например, частицы вируса, на самом деле довольно массивны.
Так Линкольн создал ощущение масштаба: Обычная частица вируса имеет длину от 250 до 400 нанометров (нанометр - это миллиардная часть метра, или 10^-9 м), в то время как атомное ядро имеет размер 10^-14 м (0,00000000000001 м). То, что атомное ядро вируса имеет тот же размер, что и ядро вируса, нам понятно.
В настоящее время наименьший физический размер, который ученые могут измерить с помощью ускорителя частиц, в 2000 раз меньше протона, или 5 x 10^-20 м. Пока ученые смогли определить, что кварки меньше этого размера, но не на сколько.
Читайте также:
Самое подробное изображение Солнца в истории человечества
Марсианский метеорит. Доказательства, что на Марсе была жизнь?!
Загадки космоса, которые ученые не могут изучить и объяснить!
