Игорь Молд предлагает Вам запомнить сайт «Наука и техника»
Вы хотите запомнить сайт «Наука и техника»?
Да Нет
×
Прогноз погоды

Новейшие разработки, этапы развития техники. Достижения и история в науке и технике.

Читать

Насколько малы элементарные частицы?

развернуть
Насколько малы элементарные частицы?

Размер, длина волн и шкалы температур/энергий, соответствующие различным частям электромагнитного спектра

Если взять любое количество материи, сколь угодно малое или большое, то по поводу его состава будут только две возможности: либо его можно разделить на что-то поменьше, либо оно фундаментально и неделимо. Большую часть XIX века мы считали, что атомы и есть те самые фундаментальные мельчайшие сущности, поскольку греческое слово ἄτομος и означает буквально «неразрезаемый». Но теперь мы знаем больше, и можем делить атомы на ядра и электроны, а ядра можно делить не только на протоны и нейтроны, но и они сами могут быть разделены на более фундаментальные кварки и глюоны. Но откуда нам вообще известен их «размер»? Наш читатель спрашивает:

Что учёные имеют в виду, говоря о размере элементарной частицы?

Размер – понятие сложное, но квантовая механика спешит нам на помощь.

Насколько малы элементарные частицы?

Молекула пентацена через атомный микроскоп IBM с разрешением в 1 атом

Изображение вверху было сделано методом, не сильно отличающимся от обычной фотографии – и это фото отдельных атомов внутри относительно простой молекулы. То, что свет – это волна, позволяет делать фотографии объектов определённого размера, но не чего угодно с размером сколь угодно малым. У света есть определённая длина волны, поэтому он может взаимодействовать с тем, что примерно равно или больше этой длины, но не меньше. Именно поэтому:

• Нам нужны относительно большие антенны для улавливания радиоволн, поскольку их длины волн требуют антенн значительного размера.

• Отверстия в дверце микроволновки не дают волнам выходить наружу – их длины волн больше размеров отверстий.

• Почему крохотные крупинки пыли в космосе способны отлично блокировать коротковолновый (голубой) свет, хуже блокируют более длинные волны (красные) и совершенно прозрачны для ещё более длинных волн (инфракрасных).

Насколько малы элементарные частицы?

Слева – видимый диапазон, справа – инфракрасное фото глобулы Barnard 68

Чтобы измерить размеры мельчайших частиц, требуются фотоны всё меньшей и меньшей длины волны. Поскольку энергия фотона и его длина волны обратно пропорциональны друг другу, вам нужно всё больше и больше энергии, чтобы заглядывать в меньшие масштабы.

Насколько малы элементарные частицы?

Но использование фотонов – не единственный вариант. Возможно использовать любые частицы высоких энергий для зондирования размеров материи. Одно из забавных правил квантовой механики состоит в том, что вести себя как волны могут не только частицы света, но и вообще все частицы – включая и такие составные, как протоны, и невидимые (пока что), как электроны. Добравшись до высоких энергий и совершив столкновение с неподвижной мишенью, мы можем либо определить размер частицы, не являющейся фундаментальной, пронаблюдав за её распадом, или же определить, что если частица не фундаментальная, она продемонстрирует это свойство только при размерах, меньших какого-то определённого.

Насколько малы элементарные частицы?

Именно такая техника позволила нам определить, что:

• Атомы – не неделимые, они состоят из электронов и ядер с размерами порядка 1 Å, или 10-10 м.

• Ядра тоже можно расщепить на протоны и нейтроны, размер которых составляет порядка 1 фм, или 10-15 м.

• А если бомбардировать частицы внутри протонов и нейтронов – кварки и глюоны – высокоэнергетическими частицами, они не демонстрируют никакой внутренней структуры, как и электроны.

Мы определили для каждой из частиц Стандартной Модели, что если у них составная природа, или же есть некий физический размер, отличающийся от точки, то этот размер должен быть не больше, чем 10-19 м.

Насколько малы элементарные частицы?

Нам это может не казаться странным, но было время, когда людям ещё не была знакома квантовая механика, но при этом было знакомо уравнение E = mc2. Если принять, что у электрона именно такой заряд, каким его измерили, и что за его массу отвечает электрическая потенциальная энергия, то можно подсчитать его размер – эта величина известна, как классический радиус электрона. Оказалось, что это довольно малая величина:

Насколько малы элементарные частицы?

Но мы уже знаем, что это не так. Эта величина оказалась намного больше размера протона, примерно на три порядка. Иначе говоря, частицы, которые мы находим, оказываются по природе своей истинно квантовыми, а это значит, что если мы будем подниматься до сколь угодно больших энергий, то истинно фундаментальные частицы должны быть точечными.

Насколько малы элементарные частицы?

Так что, когда мы рассуждаем о размере элементарных частиц, мы говорим о поисках чего-то истинно фундаментального. Действительно ли частицы Стандартной Модели неделимы? Если так, мы должны суметь подниматься до всё больших энергий, и не обнаруживать ничего, что отличалось бы от поведения точечных частиц, вплоть до планковской энергии, то есть до масштабов порядка 10-35. На меньших масштабах физика уже не даёт осмысленных предсказаний, но мы продолжаем приближаться к ним. Возможно, по пути мы обнаружим, что некоторые (или все) эти частицы можно разбить на другие, или же что они состоят из струн или мембран, или же что они – просто точки. Но всё, что нам известно на сегодня касаемо реальных размеров частиц, относится к частицам, не являющимся фундаментальными. Всё остальное – лишь верхние пределы, и поиски путей приближения к меньшим масштабам продолжаются.

Источник

https://cont.ws/@gordan9/665884


Ключевые слова: главная, новость
Опубликовал Игорь Молд , 17.07.2017 в 11:36

Комментарии

Показать предыдущие комментарии (показано %s из %s)
Олег Орлов
Олег Орлов 17 июля, в 12:51 Ни че не понял, но в обсуждении поучаствовал. Текст скрыт развернуть
0
Изумруд Изумруд
Изумруд Изумруд 17 июля, в 17:38 Ничего неделимого нет. Нужно просто привлечь близнецов и провести мысленный эксперимент! (с) Текст скрыт развернуть
0
whoosh.ru
whoosh.ru 17 июля, в 18:27 я вот, слышал более внятное объяснение типа: Атом в той же соразмерности к яблоку, как яблоко к Земному шару. Нам бы как-то так)) Текст скрыт развернуть
0
Александр Самсонов
Александр Самсонов 17 июля, в 22:12 Точка - значит нулевой размер. Вот так, вся материя состоит из пустоты. Текст скрыт развернуть
0
Владимир Акулов
Владимир Акулов 18 июля, в 03:28 Ничего нет , и нас самих нет, только видимость... И эту видимость мы воспринимаем своими 5 органами чувств... И эти восприятия - тоже видимость и иллюзия...
И это *кино* под названием реальность - просто хитро подстроено....
Да так подстроено , что все иногда видят одно и то же... Что , конечно , тоже спланированная иллюзия.
Текст скрыт развернуть
0
GENADY 3EPHOB
GENADY 3EPHOB 18 июля, в 08:32 Статейка ни о чем, с красивыми картинками и далёкая от научного мировозрения . Автор даже неудосужился перевести на русский язык тексты на картинках. Очень похожа на "научный труд" ученика начальных классов, престижных сейчас колледжей для детей родителей с толстыми кошельками. Текст скрыт развернуть
0
Александр Зотов
Александр Зотов 19 июля, в 15:24 Статья протаскивает украденную модель Резерфордом о строении атома.Нам сначала фантазии превратили в реальность,а затем заявляют что атом неделимый делим на протоны и электроны,которых никто никогда не видел.Давайте от природы.Существует ли элементарный заряд?Существует.Это материя делима? Нет не делима.Вся ли материя состоит из электроатомов?Да ибо все свойство проявляют электроатома.Из этого следует,что атом-это электроатом и он не делим.Поэтому есть: 1.Электроатом всерод.Из него и двух атомов всерода состоит атом перворода.А из этих 2 систем состоит уже атом водорода(Н2).Поэтому все последующие элементы состоят из "сумм"систем водорода(Н2+Н2=Н4).Все элементы это система в системе систем.Но первично первород.Эта теория не миф-а первичная система таблицы великого Д.Менделеева,причем опубликованная,но утаиваемая наглосаксами и Нобелями.Его великий ученик и последователь-Юрий Рыбником.Смотрите его лекции по его таблице-РУС-1.Его система превратила таблицу Д.Меделеева действительно в периодическую систему и легко рассчитывается математически по счету русов,которые строение атома представляли в виде руской матрешки или знак инь-янь,но который извратили,заштриховав 2 шара.превратив их в червяков. Текст скрыт развернуть
0
Показать новые комментарии
Показаны все комментарии: 7
Комментарии Facebook
Свежее
Ученые нашли на дне океана то, что разрушит все древние мифы
Игорь Молд 5 дек, 14:56
+78 25
Обнаружен невидимый щит, окружающий Землю, но исследователи не понимают, как он появился
Белка Затейница (Шелл) 19 авг, 12:55
+82 83
О советском космонавте, ставшем "робинзоном", починившем американский Шаттл и попавшем в кино
Игорь Молд 4 фев, 18:40
+64 11
Загадочный текст, скрытый в ДНК человека
Игорь Молд 19 янв, 11:32
+76 102
Очередной невероятный прорыв в области хранения информации. Русские изобретения
Игорь Молд 22 ноя 16, 13:01
+58 23
Удивительное открытие русских ученых объясняет многие «паранормальные» явления
Игорь Молд 19 ноя 16, 18:24
+131 56
Плавучие АЭС — цена оправдана! Россия готовит «сюрприз» для мирового рынка
Игорь Молд 5 ноя 16, 20:26
+108 29
Энергия будущего: что придет на смену нефти - изобретатель из России создал уникальный ветряк
Игорь Молд 16 окт 16, 15:51
+113 72
Всё, что вам говорили о динозаврах, было неправдой
Игорь Молд 11 окт 16, 15:34
+74 48
Синоптики предупреждают о наступлении самой холодной зимы за последние 100 лет
Игорь Молд 8 окт 16, 11:52
+94 85

Последние комментарии

Владимир Барашкин
Extreme North
Ка Па Дзонг
Воробей