Поговорим о частицах, которые настолько малы, что их невозможно увидеть, даже если у вас есть самый крутой микроскоп.
А ведь они окружают нас. Да и мы сами состоим из них!
Как же ученые “видят” все эти атомы и субатомные частицы, когда разглядеть их невозможно? Или… всё-таки возможно?
Давайте разберемся, как заглядывают в мир мельчайших частиц.
МЕСТО, ГДЕ ПРОИСХОДЯТ МАГИЧЕСКИЕ СТОЛКНОВЕНИЯ
Для начала давайте вспомним о существовании Большого адронного коллайдера. Слышали ведь о таком?
Большой адронный коллайдер - подземный туннель на глубине 100 метров и диаметром в 27 километров. В нем атомные частицы разгоняются до околосветовых скоростей в обоих направлениях и затем сталкиваются с силой, недостижимой ни в каких в других известных ускорителях.
Эти столкновения - настоящее шоу! Из них рождаются новые, даже неведомые ранее частицы. А ученые как зрители в первом ряду - наблюдают за тем, что происходит после.
Каждое столкновение - как взрыв, но в микромире. Квантовый.
Представьте, как, например, действуют дорожные инспектора после столкновения машин. Сам момент столкновения они не видели, но по разбросанным обломкам на дороге они восстанавливают картину аварии.
Именно так ученые “видят” субатомные частицы: они изучают их по следам столкновений.
УЧЕНЫЕ НЕ ВСЕСИЛЬНЫ - НУЖНЫ ДЕТЕКТОРЫ
Поэтому, давайте поговорим о детекторах. Ускорители - это одно, а надо ведь “поймать” результат столкновения!
Тут на помощь приходят такие устройства, как камера Вильсона.
Это, по сути, ловушка для частиц, которая делает видимыми следы их присутствия. Это, как следы на снегу - вы не видите человека, который прошел. Зато по следам можете узнать, куда он направился.
Один из самых известных экспериментов, использующих детекторы, - это ATLAS, гигантский детектор в большом адронном коллайдере. ATLAS помог открыть знаменитый бозон Хиггса в 2012 году.
Если вы помните, это открытие стало настоящей сенсацией в мире физики, потому что подтвердило теорию о том, как элементарные частицы получают массу.
Кстати, результаты этого эксперимента были опубликованы в ведущих мировых журналах, таких как Physical Review Letters и Nature Physics.
Но надо признать, есть частицы, которые даже этим умным устройствам не по зубам. Например, нейтрино - те еще хитрецы!
Они настолько маленькие и “скользкие”, что могут пролетать сквозь Землю, не оставив и следа. Чтобы “отловить” нейтрино, нужно кое что посерьезнее.
И вот здесь вступает в дело настоящий гигант - IceCube. Этот детектор находится подо льдами Антарктиды и занимает площадь в один кубический километр.
Представьте себе целую ледяную ловушку для этих ускользающих частиц.
Но как этот IceCube их ловит?
Когда нейтрино проникает сквозь лед, оно иногда взаимодействует с атомами и создает крошечные вспышки света. Вот этот свет и фиксируют специальные фотодетекторы, вмороженные в лед на глубине.
По сути, ученые ловят не саму частицу, а “эхо” от взаимодействия нейтрино с атомами. Впечатляет, не правда ли?
А знаете, одном из комментариев меня спросили: покажите, как выглядит этот ваш свежеоткрытый нихоний. Фото металла есть?
А действительно, как ученые проводят “фотосессию” всех этих атомов и субатомных частиц? Ведь если нечего показать - значит и фактов нет.
ХОТЬ НЕВИДИМОЕ, НО ФИКСИРУЕМОЕ
Так как же, если нельзя “сфотографировать” эти мельчайшие объекты, ученые их отслеживают?
Ну, во-первых, с помощью устройств, которые улавливают следы частиц - например, ионизационных камер или уже упомянутой камеры Вильсона.
Детекторы фиксируют “эфемерные” доказательства - частицы были здесь.
Есть еще и пузырьковые камеры, в которых используют жидкость, чтобы показать траектории частиц. Вспомните, как пузырьки поднимаются в кипящей воде и какой след за ними остается. По подобным “пузырьковым дорожкам” ученые могут понять, как двигались частицы.
Ну и конечно же, есть хитрости вроде магнитных полей.
Известно, когда частицы проходят через магнитное поле, они отклоняются. Отклонение можно измерить. По нему исследователи узнают больше о свойствах частиц: их массе, заряде и других характеристиках.
Ученые продолжают изыскивать и изобретать все новые методы и способы “отлова” частиц-невидимок.
Один из самых прогрессивных методов, пожалуй, сканирующий зондовый микроскоп. Он не пытается разглядеть атомы и субатомные частицы. Он их буквально “ощупывает”.
Есть такая игра - “Кот в мешке”. Вы не знаете, какие предметы лежат перед вами под салфеткой. Закройте глаза и попытайтесь на ощупь определить, что там скрывается…
Вот также и этот микроскоп “чувствует” атомы и может их “показать” по памяти.
В Стэнфордском университете недавно продемонстрировали, как можно управлять отдельными атомами с помощью этой технологии. Эксперименты показали - атомы можно “перемещать”, создавая из них простейшие наноструктуры.
Вполне возможно, в будущем это приведёт к созданию наномашин - объектов на уровне молекул, которые смогут выполнять сложные задачи.
Откроется целый новый мир в масштабах квантовой механики!
ЧТО ДАЛЬШЕ
Сейчас, пока квантовый мир только-только изучается, невозможно предъявить фото субатомных частиц. Впрочем, они не исключение.
Невозможно же сфотографировать, например, запах или вкус. И потрогать их тоже нельзя.
Но никто же при этом не утверждает: нет фотографии - нет факта. Суть явлений такова, что эти факты мы просто фиксируем иначе: носом или языком.
А как думаете, что изменится, когда вы сможете видеть каждую мельчайшую частицу?
Делитесь в комментариях. Обсудим.
Ставьте 👍, если вам интересно устройство мира
И не забудьте подписаться на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений
Читайте также:
