Elementariosios dalelės paradoksas [Mokslo populiarinimo konkursas]

Aštuntojo konkurso darbo autorius – dar vienas gimnazistas, šįkart iš Veliuonos Antano ir Jono Juškų gimnazijos. Žilvinas Martinkus pasakoja apie elementariąsias daleles. Skaitykite, o paskui ir patys sudalyvaukite :)

Elementariosios dalelės paradoksas

Arba

Kaip energija virto materija

 Žilvinas Martinkus

Visata kaip milžiniškas rutulys, kuriame įsispraudusi visa medžiaga, visa energija, o jame, kažkas paslaptingo. Štai klausimas – kas? Dalelės. Jos yra paprastos sandaros, bet ypatingos savo veikimo principu. Taip viskas paprasta, kad sunku įsivaizduoti jų paprastumą, tai tas pats kaip suvokti kosmoso begalybę. Būtent per juos atsirado nauja mokslo šaka, naujos teorijos, nauji atradimai. Jos pakeitė visa žinomą požiūrį į pasaulį.

 

Įvadas apie atomą

Turite jūs žemės grumstą, pačiupinėjate ir nutarėte, trapi, nes jinai subyrėjo į smulkesnius gabaliukus. Tuos gabaliukus paėmę vėl susmulkinate, pabiro į dar smulkesnius, o ant galo jau nebesugebate dalinti. Kodėl aš taip sakau? Tai, kad jūs įsivaizduotumėte, kaip sudaryta medžiaga. Tai mes suprantame, kad medžiaga sudaryta iš kažkokių dalelių, kuriuos daugiau nebeįmanoma išskaidyti. Tai atomai. Jis sudarytas iš gremėzdiško branduolio ir aplink jį besisukančių elektronų. Džonas Daltonas bei Demokritas tikrai manė ( turint omenyje visą atomą), kad tai elementariausia dalelė. Deja, jie visi klydo. 1897 m. Dž. Dž. Tomsonas (1856-1940) atrado, kad atomai gali skleisti dar mažesnes neigiamas elektringąsias daleles, vėliau pavadintas elektronais. Tada paaiškėjo tikroji jo sandara. Buvo iškelta prielaida, kad turi būti ir teigiamos dalelės. Vėliau atrado nukleoną, tai atomo branduolys susidedantis iš protonų ir neutronų. „ Viskas – rėktų mokslininkas – daugiau nebėra!“. Deja, jei būtų tiesa, nebūčiau pradėjęs rašytiJ. Taigi, žemės grumstas susideda iš milijonų milijardų atomų, kuriuos jau rankomis nebesuskaldysi, bet radioaktyvumas viską sugadino, nes vienišius neutronas iš „sielvarto“ skilo. Būtent per tai paaiškėjo tikroji materijos sandara, apie tai plačiau aprašysiu.

 

Plačiau apie daleles ir jų skirstymą

Girdėjau apie kvarką, kvantą, Higso bozoną, kas jie? Pradėkime nuo pradžių. Minėjau neutroną? Žinoma jis yra radioaktyvus (tai dalelių skilimas pagal tam tikrą laiką), laisvas būdamas skyla per 15 minučių į elektroną, protoną ir neutriną. Vadinasi neutronas nėra fundamentalus. Tai elektronas, protonas ir neutrinas? Pagal dabartinę standartą – nevisiškai. Iš tikrųjų jos pačios (išskyrus elektroną) turi vidinę struktūrą – kvarkus, o sąveikaujant tarpusavyje atsiranda ir kitos dalelės. Tai kvarkų suminis krūvis ir nulėmė protono bei neutrono poliariškumą. Taip tokiu būdu atradinėdami, buvo gautas tam tikras elementų skaičius, o gabūs matematikai numatė tikslias savybes bei svarbiausias daleles suskirstė. Taigi, visos elementariosios dalelės yra skirstomos į bozonus arba į fermionus, priklausomai nuo jų sukinio. Dalelės paprastai siejamos su medžiaga yra fermionai, turintys pusinį sukinį. Dalelės siejamos su fundamentaliosiomis sąveikomis (energijos forma) yra bozonai, turintys sveiką sukinį. O šie dar skirstomi į kitus žanrus. Visa tai puikiai pavaizduota lentelėje. Aha, o kvantas? Kvantas tai energijos kiekio vienetas, tatai taikoma bozonams, pavyzdžiui gerai žinomas fotonas yra šviesos kvantas (dėl jos visiems mums galvą skauda, ar tai banga ar tai dalele, nes turi abiems būdingas charakteristikas). Tai ir yra svarbiausia informacija kurią mes, gamtos filosofai, turime žinoti.

Antimedžiaga?

Valterio Lolerto vadovaujamai mokslinių tyrimų grupei Jiulicho tyrimų centre (Vokietijoje, CERN) 1995 metais, mokslininkai išgavo antivandenilio atomą, kuris buvo sudarytas iš neigiamai įkrauto antiprotono ir teigiamai įkrauto pozitrono. Ar galite tatai įsivaizduoti? Jums ko gero, neįmanomas dalykas, kaip čia gali būti? Tai viskas paprasta, tai pati struktūra, ir ta pati jėga, tik skirtumas tas, kad krūviai priešingi. Jei vandenilio protonas teigiamas tai čia neigiamas ir jis vadinamas antiprotronu, o jo palydovas pozitronu, visa tai  vadiname – antidalelėmis. Kiekviena dalelė turi savo antrininką, tik labai retai aptinkami, o išgauti antidalelę labai sunku, nes antidalelei susidūrus su mums įprastine dalele jos anihiliuoja, t.y. nieko nelieka tik energija. Sąveikos metu išskiriama energija iš esmės elektromagnetinio spinduliavimo forma, panašiai kaip gama spinduliai. Šios anihiliacijos metu išskiriama energija gali būti apskaičiuojama Einšteino išvesta formule   (ji dažniausiai taikoma branduolio skilimo energijai apskaičiuoti). Taigi jos metu išsiskiria didelis energijos kiekis, kaip manoma, netgi už branduolinį. Va fantastikai nesnaudžia – galima variklį galingą sukonstruoti! O tai kur tu laikysi? Tokiu reikalu sulyčiau talpinti kažkokiame lauke, panašiai kaip plazma elektromagnetiniame lauke. Taigi antimedžiagos egzistavimas neprieštarauja  dėsniams, ji netgi būtina tvermės teorijoje, tai yra, turi būti pusiausvyra. Kai didysis sprogimas įvyko buvo vienodas kiekis dalelių ir antidalelių, tik klausimas, kur jos pasidėjo? Mes jų kažkodėl nematome ir nerandame…  Bendrai gerai, nes per jų anihiliaciją vargu ar būtų darniai suformuluotas kosmosas.

 

Pabaigai

Rods visas pasaulis dalelių miškas, tarkim stalas sudarytas tik 1-10% dalelių visos matomos medžiagos. Netikite? Padidinkite vandenilio branduolį iki aguonos dydžio tai elektronas skraidys aplinkui už 50 metrų. O tai, kada matote kūną visu aspektu, kaltinkite šviesą, jos fotonai užpildo visą atomo tuštumą. Štai paprastas įdomumas, o mes tuo tenkinamės ir apskritai visos teorijos, visi dėsniai yra viso labo tuščia. Tai tas pats kaip skaičių mokslas, nes tai yra mūsų realus fantazijos kūrinys kurio gamtoje ir danguje nesurasi, tiesiog viskas juda savaip, kurio svarba išlaikyti pulsuojančią judėjimą. Tebūnie lieka mūsų fantazijos žaismu…

Iš tiesų viskas taip paprasta, kad sunku suvokti jų paprastumą.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *