Античките луѓе мислеле дека сме составени од четири „елементи“ – вода, земја, оган и воздух; за кои сега знаеме дека не се елементи. Во моментов има околу 118 елементи. Сите елементи се составени од атоми за кои некогаш се мислело дека се неделиви. До почетокот на дваесеттиот век по откритијата на Џеј Џеј Томпсон и Радерфорд, познато е дека атомите се составени од јадра (направени од протони и неутрони) во центарот и електрони орбитира наоколу. До 1970-тите, беше познато дека ниту протоните и неутроните не се фундаментални, туку се составени од „нагоре кваркови“ и „надолни кваркови“, со што „електрони“, „горе кваркови“ и „надолни кваркови“ се трите најфундаментални состојки на сè. во универзумот. Со пробивните случувања во квантната физика, научивме дека честичките се всушност деривати, сноповите или пакетите енергија во полињата што имплицираат честички не се основни. Она што е фундаментално е полето што лежи во нив. Сега можеме да кажеме дека квантните полиња се основните градбени блокови на сè во универзумот (вклучувајќи ги и напредните биолошки системи како нас). Сите ние сме составени од квантни полиња. Својствата на честичките како електричен полнеж и маса, се изјави за тоа како нивните полиња комуницираат со другите полиња. На пример, својството што го нарекуваме електрично полнење на електрон е изјава за тоа како електронското поле комуницира со електромагнетното поле. И. својството на неговата маса е изјавата за тоа како таа комуницира со Хигсовото поле.
Уште од античко време, луѓето се прашувале од што сме составени? Што е универзумот составена од? Кои се основните градежни блокови на природата? И, кои се основните закони на природата кои управуваат со сè во универзумот? Стандарден модел на науката е теоријата која одговара на овие прашања. Се вели дека ова е успешната теорија на науката изградена во последните векови, една единствена теорија која ги објаснува повеќето работи во универзумот.
Луѓето рано знаеја дека сме составени од елементи. Секој елемент, пак, се состои од атоми. Првично, се сметаше дека атомите се неделиви. Меѓутоа, во 1897 година Џеј Џеј Томпсон открил електрони користејќи електрично празнење преку цевката со катодни зраци. Набргу потоа, во 1908 година, неговиот наследник Радерфорд докажал преку неговиот познат експеримент со златна фолија дека атомот има мало позитивно наелектризирано јадро во центарот околу кое кружат негативно наелектризираните електрони. орбити. Последователно, беше откриено дека јадрата се составени од протони и неутрони.
Во 1970-тите, беше откриено дека неутроните и протоните не се неделиви, оттука и не се фундаментални, но секој протон и неутрон се составени од три помали честички наречени кваркови кои се од два вида - „горе кваркови“ и „надолу кваркови“ (“ горе кварк“ и „долу кварк“ се само различни кваркови Поимите „горе“ и „долу“ не имплицираат каква било врска со насоката или времето). Протоните се составени од два „нагоре кваркови“ и „надолу кварк“, додека неутронот е составен од два „надолу кваркови“ и „горе кварк“. Така, „електрони“, „нагоре кваркови“ и „надолу кваркови“ се трите најфундаментални честички кои се градбени блокови на сè во универзумот. Меѓутоа, со напредокот на науката, и ова разбирање доживеа промени. Утврдено е дека полињата се фундаментални, а не честички.
Честичките не се фундаментални. Она што е фундаментално е полето што лежи во нив. Сите ние сме составени од квантни полиња.
Според сегашното разбирање на науката, сè во универзумот се состои од невидливи апстрактни ентитети наречени „полиња“ кои ги претставуваат основните градежни блокови на природата. Поле е нешто што е распространето универзумот и зема одредена вредност во секоја точка во просторот која може да се менува со текот на времето. Тоа е како бранови на течност што се ниша низ целиот универзумот, на пример, магнетните и електричните полиња се шират низ универзумот. Иако не можеме да видиме електрични или магнетни полиња, тие се реални и физички како што е потврдено од силата што ја чувствуваме кога два магнети се приближуваат. Според квантната механика, се смета дека полињата се континуирани за разлика од енергијата која секогаш е парцелизирана во некои дискретни грутки.
Теоријата на квантните полиња е идејата за комбинирање на квантната механика со полиња. Според ова, електронската течност (односно бранувањата на брановите на оваа течност) се врзуваат во мали снопови енергија. Овие снопови на енергија се она што ние го нарекуваме електрони. Така, електроните не се основни. Тие се брановите на истото основно поле. Слично на тоа, бранувањата на двете кваркови полиња предизвикуваат „нагоре кваркови“ и „надолу кваркови“. И истото важи и за секоја друга честичка во универзумот. Полињата стојат во основата на сè. Она што го мислиме како честички се всушност бранови од полињата врзани во мали снопови енергија. Основните основни градежни блокови на нашите универзумот се овие супстанции слични на течност кои ги нарекуваме полиња. Честичките се само деривати на овие полиња. Во чист вакуум, кога честичките се целосно извадени, полињата сè уште постојат.
Трите најосновни квантни полиња во природата се „електрон“, „горе кварк“ и „долу кварк“. Постои четврта наречена неутрино, меѓутоа, тие не не сочинуваат, туку играат важна улога на друго место во универзумот. Неутрините се насекаде, тие течат низ сè насекаде, без интеракција.
Материјални полиња: Четирите основни квантни полиња и нивните поврзани честички (односно, „електрон“, „нагоре кварк“, „долу кварк“ и „неутрино“) ја формираат основата на универзумот. Од непознати причини, овие четири основни честички се репродуцираат двапати. Електроните репродуцираат „муон“ и „тау“ (кои се 200 пати и 3000 пати потешки од електроните соодветно); горе кварковите предизвикуваат „чуден кварк“ и „долниот кварк“; надолу кваркови доведуваат до „шарм кварк“ и „врвен кварк“; додека неутриното доведува до „муонско неутрино“ и „тау неутрино“.
Така, има 12 полиња од кои произлегуваат честички, ние ги нарекуваме материја полиња.
Подолу е списокот на 12 полиња за материјата кои сочинуваат 12 честички во универзумот.
Присилни полиња: 12-те полиња на материјата комуницираат едни со други преку четири различни сили - гравитацијата, електромагнетизам, силни нуклеарни сили (работат само во мал размер на јадро, држат кваркови заедно во протоните и неутроните) и слаби нуклеарни сили (работат само во мал обем на јадро, одговорен за радиоактивно распаѓање и иницира нуклеарна фузија). Секоја од овие сили е поврзана со поле - електромагнетна сила е поврзана со глуонско поле, полиња поврзани со силни и слаби нуклеарни сили се W и Z бозонско поле а полето поврзано со гравитацијата е простор-време себе.
Подолу е списокот на четири полиња на сили поврзани со четири сили.
| електромагнетна сила | глуонско поле |
| Силни и слаби нуклеарни сили | w & z бозонско поле |
| гравитацијата | просторно време |
на универзумот е пополнет со овие 16 полиња (12 полиња со материјата плус 4 полиња поврзани со четири сили). Овие полиња комуницираат заедно на хармоничен начин. На пример, кога електронското поле (едно од полињата на материјата) почнува да се бранува нагоре и надолу (бидејќи таму има електрон), тоа започнува едно од другите полиња, да речеме електромагнетно поле кое, пак, ќе исто така осцилираат и брануваат. Ќе има светлина која се емитува така што малку ќе осцилира. Во одреден момент, ќе почне да комуницира со полето на кваркот, кое пак ќе осцилира и бранува. Конечната слика со која завршуваме е хармоничниот танц меѓу сите овие полиња, испреплетени едно со друго.
Хигсовото поле
Во 1960-тите, уште едно поле беше предвидено од Питер Хигс. До 1970-тите, ова стана составен дел од нашето разбирање за универзумот. Но, немаше експериментален доказ (што значи, ако направиме бранување на Хигсовото поле, би требало да ја видиме поврзаната честичка) сè до 2012 година кога истражувачите на ЦЕРН од LHC го објавија своето откритие. Честичката се однесуваше токму онака како што беше предвидено од моделот. Хигсовата честичка има многу краток век, од околу 10-22 секунди.
Ова беше последниот градежен блок на универзумот. Ова откритие беше важно бидејќи ова поле е одговорно за она што го нарекуваме маса во универзумот.
Својствата на честичките (како електричен полнеж и маса) се изјави за тоа како нивните полиња комуницираат со други полиња.
Тоа е интеракцијата на полињата присутни во универзумот што доведува до својства како што се маса, полнеж итн. на различни честички кои ги доживуваме. На пример, својството што го нарекуваме електрично полнење на електрон е изјава за тоа како електронското поле комуницира со електромагнетното поле. Слично на тоа, својството на неговата маса е изјавата за тоа како таа комуницира со Хигсовото поле.
Навистина беше потребно разбирање на Хигсовото поле за да го разбереме значењето на масата во универзумот. Откривањето на полето на Хигс беше и потврда за Стандардниот модел кој беше во сила од 1970-тите.
Квантните полиња и физиката на честички се динамични полиња на проучување. Од откривањето на Хигсовото поле, се случија неколку случувања кои имаат влијание на стандардниот модел. Потрагата по одговори за ограничувањата на стандардниот модел продолжува.
Standard model of elementary particles: the 12 fundamental fermions and 5 fundamental bosons.
***
Извори:
Кралската институција 2017. Квантни полиња: вистинските градежни блокови на универзумот – со Дејвид Тонг. Достапно онлајн на https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
ФУНДАМЕНТАЛНИ ЧЕСТИЧКИ – Краток преглед
| Основните честички се класифицираат на фермиони и бозони врз основа на спин. |
| [A]. ФЕРМИОНИ |
| Фермионите имаат спин во непарни половини цели броеви (½, 3/2, 5/2, ….). Овие се честички на материјата се состои од сите кваркови и лептони. – следете ја статистиката на Ферми-Дирак, – има спин од половина непарен цел број – се придржуваат кон принципот на исклучување на Паули, т.е. два идентични фермиони не можат да ја заземат истата квантна состојба или истата локација во просторот со ист квантен број. Тие не можат да се вртат во иста насока, но можат да се вртат во спротивна насока. – Фермионите ги вклучуваат сите кваркови и лептони, како и сите композитни честички составени од непарен број од нив. - Кваркови = шест кваркови (горе, долу, чудни, шарм, долни и горни кваркови). – Комбинирајте за да формирате хадрони како што се протоните и неутроните. – Не може да се набљудува надвор од хадроните. – Лептони = електрони + миони + тау + неутрино + мионско неутрино + тау неутрино. – „Електрони“, „горе кваркови“ и „надолу кваркови“ се трите најфундаментални состојки на сè во универзумот. - Протоните и неутроните не се фундаментални, туку се составени од „нагоре кваркови“ и „надолу кваркови“ оттука се композитни честичкиПротоните и неутроните се составени од три кваркови - протонот се состои од два „горни“ кваркови и еден „долен“ кварк, додека неутронот содржи два „долни“ и еден „горен“. „Горен“ и „долен“ се два „вкусови“ или варијанти на кваркови. - Барјоните се композитни фермиони направени од три кваркови, на пр., протоните и неутроните се бариони - Хадрони се составени само од кваркови, на пр. бариони (составен од два или повеќе кваркови) и мезони (составен од кварк и антикварк). |
| [Б] БОЗОНИ |
| Бозоните имаат спин во цели броеви (0, 1, 2, 3, ....) – Бозоните ја следат статистиката на Бозе-Ајнштајн; имаат спин со цел број. – именуван по Сатиендра Нат Бозе (1894–1974), кој заедно со Ајнштајн ги развил главните идеи зад статистичката термодинамика на бозонскиот гас. - не го почитувајте Паулиевиот принцип на исклучување, т.е., два идентични бозони можат да заземаат иста квантна состојба или иста локација во просторот со ист квантен број. И двајцата можат да се вртат во иста насока, – Елементарни бозони се фотонот, глуонот, Z бозонот, W бозонот и Хигсовиот бозон. Хигсовиот бозон има спин=0 додека мерачните бозони (т.е. фотонот, глуонот, Z бозонот и W бозонот) имаат спин=1. |
| [C]. КОМПОЗИТНИ ЧЕСТИЧКИ |
| Композитните честички можат да бидат бозони или фермиони во зависност од нивните составни делови. – Сите композитни честички составени од парен број фермиони се бозон (бидејќи бозоните имаат спин со цел број, а фермионите имаат спин непарен полуцел број). – Сите мезони се бозони (бидејќи сите мезони се составени од еднаков број кваркови и антикваркови). – Стабилни јадра со парен масен број се бозони на пр., деутериум, хелиум-4, јаглерод-12 итн. – Композитните бозони исто така не го почитуваат принципот на исклучување на Паули. - Неколку бозони во иста квантна состојба се спојуваат и формираат“Бозе-Ајнштајн кондензат (BEC).“ |
***
