Тайны вселенной. По ту сторону микромира

Вс, 07/28/2013 - 22:45

Адроны построены из кварков. Протон — слева, нейтрон — посредине, более легкий пион — справа — это мезон, состоящий из одного u — кварка и одного d — антикварка.

Таблица 2

Рассеяние двух заряженных частиц. Траектория частиц искривляются по мере их сближения вследствие действия силы электрического отталкивания.

В конце 70-х годов был обнаружен еще один заряженный лептон с названием “тау-лептон”, являющийся по истине “тяжеловесом”, имея 3500 масс электрона. По аналогии можно предположить, потому как экспериментальных подтверждений пока еще нет, что нейтрино третьего типа сопровождает рождение тау-лептона. Это говорит о том, что общее количество лептонов равняется шести (табл. 1).

В отличие от горстки известных лептонов адронов существует гораздо больше, их буквально сотни, что наводит на мысль: адроны — не элементарные частицы, а построены из более мелких составляющих. Все адроны участвуют в сильном, слабом и гравитационном взаимодействиях, но встречаются только в двух разновидностях — электрически заряженные и нейтральные. Наиболее известными адронами и широко распространенными являются нейтроны и протоны, остальные же адроны короткоживущие и распадаются либо менее чем за одну миллионную секунды за счет слабого взаимодействия, либо за 10-23 секунды за счет сильного взаимодействия.

Из-за внушительного количества и разнообразия адронов учеными в 50-х годах пришлось их классифицировать по трем важным характеристикам: массе, заряду и спину. После чего начала выстраиваться четкая картина: за кажущимся хаосом данных скрываются симметрии.

В 1963 году Мари Гелл-Манн и Джордж Цвейг из Калифорнийского технологического института сделали решающий шаг для раскрытия тайн адронов и предложили теорию кварков.
Основной идеей этой теории является то, что все адроны построены из более мелких частиц, называемых кварками, которые могут соединяться друг с другом одним из двух возможных способов: либо тройками, либо парами кварк — антикварк. Из трех кварков состоят сравнительно тяжелые частицы — барионы (“тяжелые частицы”), к которым относятся нейтрон и протон. Более легкие пары кварк — антикварк образуют частицы, которые называются мезоны (“промежуточные частицы”). Чтобы учесть все известные тогда адроны, Гелл-Манн и Цвейг ввели три различных типа (“аромата”) кварков, получивших довольно причудливые названия: u (от up — верхний), d (от down — нижний) и s (от strange — странный). К примеру, протон состоит из двух u- и одного d-кварков, а нейтрон — из двух d-кварков и одного u-кварка.

То обстоятельство, что из различных комбинаций трех основных частиц можно получить все известные адроны, символизировало главный триумф теории кварков (табл.2). Но несмотря на этот успех, только лишь в 1969 году в серии экспериментов, проведенных на большом линейном ускорителе в Станфорде (Калифорния, США) — СЛАКе, было доказано физическое существование кварков.

В 1974 году упрощенному варианту теории кварков, которая к тому времени получила признание среди теоретиков, был нанесен ощутимый удар. Почти одновременно, с интервалом в несколько дней, одна группа американских физиков в Станфорде во главе с Бартоном Рихтером и другая в Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством Сэмюэла Тинга объявили об открытии независимо друг от друга нового адрона, который получил название пси (Ψ)-частицы или джи (ј)-частицы.

Само по себе открытие очередного нового адрона вряд ли было бы достопримечательным, если бы не одно обстоятельство: дело в том, что все возможные комбинации из u-, d– и s-кварками и их антикварками были уже “израсходованы”. Выходит, должен существовать четвертый аромат, который до того никому не доводилось наблюдать. Новый аромат был назван — charm (очарование) или c-кварк. Экспериментально подтверждение существования нового кварка было получено при обнаружении мезона, в состав которого очарованные кварки входили в паре с антикварками других ароматов. Ныне известно достаточно большое количество очарованных кварков и все они очень тяжелые, так что очарованный кварк оказался тяжелее странного кварка.

В 1977 году был обнаружен ипсилон-мезон (γ). Без особых колебаний ученые ввели пятый аромат, получивший название b-кварк (от bottom — дно, а чаще beauty — красота, или прелесть).

Со времен Демокрита основополагающая идея атомизма заключается в признании того, что в достаточно малых масштабах должны существовать подлинно элементарные частицы, из комбинаций которых состоит окружающее нас вещество. Атомистика привлекательна тем, что неделимые (по определению) фундаментальные частицы должны существовать в весьма ограниченном числе. Разнообразие природы обусловлено большим числом не составных частей, а их комбинаций.

Другие материалы рубрики


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Итак, знакомимся с действующими лицами драмы. Коричневый карлик 2M1207 спектрального класса M8 (его можно увидеть хорошо вооруженным глазом в созвездии Центавр) и его небольшой компаньон — планета 2M1207b. Последняя уже несколько лет как мучает ученых своими загадками. И вот теперь новейшее исследование позволило предположить: странные особенности данного объекта объясняются тем, что он рожден в результате совсем недавнего столкновения двух планет.



  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В кинокомедии «Карнавальная ночь» один из персонажей — лектор — сообщает: «Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, науке не известно». С тех пор прошло почти полвека, но это утверждение справедливо и сегодня. Однако не менее справедливо и другое: «Где есть вода — там есть и жизнь». Сегодня с большой долей уверенности можно сказать: вода на Марсе есть. Дело за малым — отыскать там жизнь.


  • Немного найдется произведений, передающих красоту космических объектов, называемых планетарными туманностями. Освещенные изнутри родительской звездой, расцвеченные флуоресцирующими атомами и ионами на фоне космической черноты, газовые структуры кажутся живыми. Ученые дали им прозвища — Муравей, Морская Звезда, Кошачий Глаз...
    Термин «планетарные туманности» — представляющие собой размытые, похожие на облака объекты, видимые только в телескоп — придумал два столетия назад английский астроном Вильям Гершель (William Herschel), исследователь туманностей. Многие из них имеют округлую форму, которая напомнила ученому зеленоватый диск планеты Уран, им же и открытой. К тому же он полагал, что округлые туманности могут быть планетными системами, формирующимися вокруг молодых звезд. Термин прижился, несмотря на то, что действительность оказалась иной: туманности такого типа состоят из газа, сброшенного умирающими звездами. Примерно через 5 млрд. лет Солнце закончит свой космический век изящным выбросом планетарной туманности, что не вполне соответствует теории эволюции звезд — основе, на которой базируется наше понимание космоса. Если звезды рождаются, живут и умирают круглыми, то как же они создают вокруг себя структуры, которые мы видим на фотографиях «Хаббла», подобные Муравью, Морской Звезде или Кошачьему Глазу?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • За последнее время вблизи Земли пролетели несколько сравнительно крупных небесных тел. Сильную тревогу вызвало в 1936 г. прохождение астероида Адонис на расстоянии около 2 млн. км от Земли. А настоящую панику вызвал в 1937 г. астероид Гермес, имеющий диаметр ≈1,5 км, промчавшийся лишь на расстоянии 800 тыс. км от Земли (удвоенное расстояние до Луны). Позже (в 1992 г.) большой ажиотаж был связан с приближением к Земле малой планеты Тоутатис. Астероид диаметром около полукилометра пролетел мимо Земли 19 мая 1996 г. на расстоянии всего 450 тыс. км.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все ее аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный CO2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах... Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы жидким CO2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2