Massa is steeds 'n raaisel vir fisici

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Massa is een van die fundamentele en terselfdertyd geheimsinnige konsepte in die wetenskap. In die wêreld van elementêre deeltjies kan dit nie van energie geskei word nie. Dit is nie-nul, selfs vir neutrino's, en die meeste daarvan is in die onsigbare deel van die Heelal geleë. RIA Novosti vertel wat fisici van massa weet en watter geheime daarmee geassosieer word.

Relatief en elementêr

In die voorstede van Parys, by die hoofkwartier van die Internasionale Buro vir Gewigte en Mates, is daar 'n silinder gemaak van 'n legering van platinum en iridium wat presies een kilogram weeg. Dit is die standaard vir die hele wêreld. Massa kan uitgedruk word in terme van volume en digtheid en dit kan beskou word dat dit dien as 'n maatstaf van die hoeveelheid materie in die liggaam. Maar fisici wat die mikrowêreld bestudeer, is nie tevrede met so 'n eenvoudige verduideliking nie.

Stel jou voor dat jy hierdie silinder beweeg. Sy hoogte oorskry nie vier sentimeter nie, maar 'n merkbare poging sal aangewend moet word. Dit sal selfs meer moeite verg om byvoorbeeld die yskas te skuif. Die behoefte om 'n krag van fisika toe te pas, word verklaar deur die traagheid van liggame, en massa word beskou as 'n koëffisiënt wat die krag en die gevolglike versnelling verbind (F = ma).

Massa dien nie net as 'n maatstaf van beweging nie, maar ook van swaartekrag, wat liggame mekaar laat aantrek (F = GMm / R2). Wanneer ons op die skaal kom, wyk die pyl af. Dit is omdat die massa van die Aarde baie groot is, en die swaartekrag ons letterlik na die oppervlak stoot. Op 'n ligter maan weeg 'n persoon ses keer minder.

Swaartekrag is nie minder geheimsinnig as massa nie. Die aanname dat sommige baie massiewe liggame gravitasiegolwe kan uitstraal terwyl hulle beweeg, is eers in 2015 op die LIGO-detektor bevestig. Twee jaar later is hierdie ontdekking met die Nobelprys bekroon.

Volgens die ekwivalensiebeginsel wat deur Galileo voorgestel is en deur Einstein verfyn is, is gravitasie- en traagheidsmassas gelyk. Dit volg hieruit dat massiewe voorwerpe in staat is om ruimte-tyd te buig. Sterre en planete skep gravitasie tregters om hulle, waarin natuurlike en kunsmatige satelliete draai totdat hulle na die oppervlak val.

Waar kom die massa vandaan

Fisici is oortuig daarvan dat elementêre deeltjies massa moet hê. Dit is bewys dat die elektron en die boustene van die heelal - kwarke - massa het. Andersins kon hulle nie atome en alle sigbare materie vorm nie. 'n Heelal sonder massa sou 'n chaos van kwanta van verskillende straling wees wat teen die spoed van lig jaag. Daar sou geen sterrestelsels, geen sterre, geen planete wees nie.

Maar waar kry die deeltjie sy massa vandaan?

"By die skep van die Standaardmodel in deeltjiefisika - 'n teorie wat die elektromagnetiese, swak en sterk interaksies van alle elementêre deeltjies beskryf, het groot probleme ontstaan. Die model het onvermydelike divergensies bevat as gevolg van die teenwoordigheid van nie-nul massas deeltjies," sê Alexander Studenikin, Doctor of Science, aan RIA Novosti Professor van die Departement Teoretiese Fisika, Departement Fisika, Lomonosov Moskou Staatsuniversiteit.

Die oplossing is in die middel van die 1960's deur Europese wetenskaplikes gevind, wat daarop dui dat daar 'n ander veld in die natuur is - 'n skalêre een. Dit deurdring die hele Heelal, maar die invloed daarvan is slegs op mikrovlak merkbaar. Dit lyk asof die deeltjies daarin vassit en sodoende massa kry.

Die geheimsinnige skalaarveld is vernoem na die Britse fisikus Peter Higgs, een van die stigters van die Standard Model.’n Boson,’n massiewe deeltjie wat in die Higgs-veld ontstaan, dra ook sy naam. Dit is in 2012 ontdek in eksperimente by die Large Hadron Collider by CERN.’n Jaar later is Higgs saam met François Engler met die Nobelprys bekroon.

Spookjag

Deeltjie-spook - neutrino - moes ook as massief erken word. Dit is as gevolg van die waarnemings van neutrino-vloede vanaf die Son en kosmiese strale, wat lank nie verklaar kon word nie. Dit het geblyk dat 'n deeltjie in staat is om te transformeer in ander toestande tydens beweging, of ossilleer, soos fisici sê. Dit is onmoontlik sonder massa.

"Elektroniese neutrino's, wat byvoorbeeld in die binnekant van die Son gebore word, kan in die streng sin nie as elementêre deeltjies beskou word nie, aangesien hul massa nie 'n definitiewe betekenis het nie. Maar in beweging kan elkeen van hulle beskou word as 'n superposisie van elementêre deeltjies (ook genoem neutrino's) met massas m1, m2, m3 As gevolg van die verskil in die spoed van massa neutrino's, bespeur die detektor nie net elektronneutrino's nie, maar ook neutrino's van ander tipes, soos muoniese en tau neutrino's. Dit is 'n gevolg van vermenging en ossillasies wat in 1957 deur Bruno Maksimovich Pontecorvo voorspel is, "verduidelik professor Studenikin.

Daar is vasgestel dat die massa van 'n neutrino nie twee tiendes van 'n elektronvolt kan oorskry nie. Maar die presiese betekenis is nog onbekend. Wetenskaplikes doen dit in die KATRIN-eksperiment by die Karlsruhe Instituut vir Tegnologie (Duitsland), wat op 11 Junie van stapel gestuur is.

"Die vraag na die grootte en aard van die neutrinomassa is een van die belangrikstes. Die oplossing daarvan sal as basis dien vir die verdere ontwikkeling van ons idees oor die struktuur," sluit die professor af.

Dit wil voorkom asof alles in beginsel oor die massa bekend is, dit bly om die nuanses te verduidelik. Maar dit is nie die geval nie. Fisici het bereken dat materie, wat vatbaar is vir ons waarneming, slegs vyf persent van die massa materie in die heelal beslaan. Die res is hipotetiese donker materie en energie, wat niks uitstraal nie en dus nie geregistreer is nie. Uit watter deeltjies bestaan hierdie onbekende dele van die heelal, wat is hul struktuur, hoe tree hulle in wisselwerking met ons wêreld? Die volgende generasies wetenskaplikes sal dit moet uitpluis.