Вселенная большая, но она состоит из маленьких кусочков. Периодическая таблица включает такие элементы, как кислород, углерод и другие строительные блоки, из которых состоят звезды, кошки или чашки кофе. Но с начала ХХ века ученые думали и находили все меньшие и меньшие фундаментальные частицы - те, которые меньше атомов. Итак, какая из этих фундаментальных частиц наименьшая? А какая наибольшая?
Есть два способа измерить размер частиц:
- измерить их массу;
- измерить их физический размер.
С точки зрения массы, на эти вопросы относительно просто ответить. Самая маленькая из известных нам частиц с ненулевой массой - это нейтрино. Однако, у нас нет точного метода измерения массы нейтрино, потому что инструменты, используемые для вычисления массы элементарных частиц, недостаточно чувствительны.
Нейтрино - это частица, нечто вроде призрака субатомного мира. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с материей и являются второй по распространенности частицей после фотонов. На самом деле, в эту самую секунду через вас проходят триллионы нейтрино. Они почти ничего не весят и движутся со скоростью, близкой к скорости света.
Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов, вокруг него вращаются электроны. Сами протоны и нейтроны составляют примерно одну десятую размера атома в целом. Электрон имеет почти нулевую массу, но на самом деле он весит в 500 000 раз больше, чем нейтрино (опять же, точное измерение которого на данный момент невозможно сделать).
Для измерения массы субатомных частиц физики используют электрон-вольты (эВ). Технически, единицей измерения является эВ/с^2, где с - скорость света. Один электрон-вольт эквивалентен приблизительно 1,6x10^-19 джоулей. Для упрощения физики используют набор единиц измерения, согласно которому скорость света равна 1. Чтобы вычислить массу субатомной частицы, вы должны использовать знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна E=mc^2, чтобы получить массу (m) в килограммах.
Электрон весит 511 000 электрон-вольт, что эквивалентно 9,11 x 10^-31 кг. Для сравнения, типичный протон в ядре типичного атома весит 938 миллионов электрон-вольт, или 1,67 × 10^-27 кг.
Самая крупная (с точки зрения массы) известная нам фундаментальная частица - это частица, называемая истинным кварком, имеющая колоссальные 172,5 миллиарда электрон-вольт. Кварки - еще одна фундаментальная частица, которую, насколько нам известно, нельзя разбить на большее количество частей. Ученые обнаружили шесть типов кварков: нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный, истинный. Верхние и нижние кварки составляют протоны и нейтроны и весят соответственно 3 миллиона и 5 миллионов электрон-вольт. Для сравнения, истинный кварк весит в 57 500 раз больше, чем верхний.
На вопрос о физическом размере ответить сложнее. Мы знаем физический размер некоторых частиц, но не самых маленьких. Некоторые "крошечные" частицы, о которых люди слышат в повседневной жизни, такие как вирусные частицы, на самом деле довольно велики.
Масштаб лучше представить в сравнении: типичная вирусная частица имеет длину от 250 до 400 нанометров (нанометр - это миллиардная часть метра, или 10^-9 м), а типичный размер атомного ядра составляет около 10^-14 м (0,000000000000001). м). Это означает, что атомное ядро для вируса так же мало, как вирус для нас.
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 что ученым удалось определить, что кварки меньше, но никто не знает насколько.
Обязательно ставьте лайки, подписывайтесь, если было интересно! Оставляйте комментарии, любые, это важно! Спасибо!