Masa je jedným zo základných a zároveň tajomných konceptov vedy. Vo svete elementárnych častíc sa nedá oddeliť od energie. Je nenulová dokonca aj pre neutrína a väčšina sa nachádza v neviditeľnej časti vesmíru. RIA Novosti hovorí, čo fyzici vedia o omši a aké tajomstvá s ňou súvisia.
Relatívne a elementárne
Na predmestí Paríža, v sídle Medzinárodného úradu pre váhy a miery, sa nachádza valec vyrobený zo zliatiny platiny a irídia s hmotnosťou presne jedného kilogramu. Toto je štandard pre celý svet. Hmota môže byť vyjadrená objemom a hustotou a dá sa predpokladať, že slúži ako miera množstva hmoty v tele. Fyzici, ktorí študujú mikrosvet, však nie sú spokojní s takým jednoduchým vysvetlením.
Predstavte si pohyb tohto valca. Jeho výška nepresahuje štyri centimetre, je však potrebné vyvinúť značné úsilie. To bude vyžadovať ešte väčšie úsilie, napríklad v chladničke. Potreba aplikovať fyzickú silu sa vysvetľuje zotrvačnosťou telies a hmotnosť sa považuje za koeficient spájajúci silu a výsledné zrýchlenie (F = ma).
Hmota slúži ako miera nielen pohybu, ale aj gravitácie, ktorá núti telá navzájom priťahovať (F = GMm / R2). Keď sa dostaneme na stupnici, šípka sa odkloní. Je to preto, že hmotnosť Zeme je veľmi veľká a gravitačná sila nás doslova tlačí na povrch. Na svetlejší mesiac váži človek šesťkrát menej.
Gravitácia nie je o nič menej záhadná ako omša. Predpoklad, že niektoré veľmi masívne telá môžu pri pohybe emitovať gravitačné vlny, sa experimentálne potvrdil až v roku 2015 na detektore LIGO. O dva roky neskôr získal tento objav Nobelovu cenu.
Podľa princípu rovnocennosti, ktorý navrhol Galileo a ktorý zdokonalil Einstein, sú gravitačné a zotrvačné hmoty rovnaké. Z toho vyplýva, že masívne objekty sú schopné ohýbať časopriestor. Hviezdy a planéty okolo nich vytvárajú gravitačné lieviky, v ktorých sa prírodné a umelé satelity točia, až kým nespadnú na povrch.
Propagačné video:
Quark interaguje s Higgsovým poľom / Ilustrácia RIA Novosti / Alina Polyanina.
Odkiaľ pochádza masa
Fyzici sú presvedčení, že elementárne častice musia mať hmotu. Bolo dokázané, že elektrón a stavebné kamene vesmíru - kvarky - majú hmotu. Inak by nemohli tvoriť atómy a všetku viditeľnú hmotu. Bezhmotný vesmír by bol chaosom množstva rôznych žiarení, ktoré by sa ponáhľalo rýchlosťou svetla. Neboli by tam žiadne galaxie, žiadne hviezdy, žiadne planéty.
Ale odkiaľ pochádza masa?
„Pri vytváraní štandardného modelu v časticovej fyzike - teórie, ktorá popisuje elektromagnetickú, slabú a silnú interakciu všetkých elementárnych častíc, vznikli veľké ťažkosti. Model obsahoval nevyhnutné divergencie kvôli prítomnosti nenulových hmôt v časticiach, “hovorí Alexander Studenikin, doktor vied, profesor Katedry teoretickej fyziky Katedry fyziky na Moskovskej štátnej univerzite v Lomonosove, RIA Novosti.
Riešenie našli európski vedci v polovici 60. rokov 20. storočia, čo naznačuje, že v prírode existuje ďalšia oblasť - skalárna oblasť. Prechádza celým vesmírom, ale jeho vplyv je zrejmý iba na mikroúrovni. Zdá sa, že častice v ňom uviaznu a tým získavajú hmotu.
Záhadné skalárne pole bolo pomenované po britskom fyzikovi Peterovi Higgsovi, jednom zo zakladateľov štandardného modelu. Bozón je tiež pomenovaný po ňom - masívna častica vznikajúca v Higgsovom poli. Bolo objavené v roku 2012 pri pokusoch na veľkom hadrónovom zrážači v CERNe. O rok neskôr získal Higgs Nobelovu cenu spolu s Françoisom Englerom.
Lov duchov
Duchová častica - neutríno - sa tiež musela uznať za masívnu. Je to kvôli pozorovaniu neutrínových tokov zo Slnka a kozmických lúčov, ktoré sa už dlhú dobu nedali vysvetliť. Ukázalo sa, že častice sa dokážu transformovať do iných stavov počas pohybu alebo kmitania, ako hovoria fyzici. To nie je možné bez omše.
„Elektronické neutrína, ktoré sa rodia napríklad vo vnútri Slnka, nemožno v prísnom slova zmysle považovať za elementárne častice, pretože ich hmota nemá určitý význam. Ale v pohybe je možné každú z nich považovať za superpozíciu elementárnych častíc (tiež nazývaných neutrína) s hmotnosťou m1, m2, m3. V dôsledku rozdielu v rýchlosti hromadných neutrín detekuje detektor nielen neutrína elektrónov, ale aj neutrína iných typov, napríklad neutrína miónov a tau. Je to dôsledok zmiešania a oscilácií predpokladaných v roku 1957 Brunom Maksimovičom Pontecorvo, “vysvetľuje profesor Studenikin.
Zistilo sa, že hmotnosť neutrína nesmie prekročiť dve desatiny elektrónového voltu. Presný význam je však stále neznámy. Vedci to robia v experimente KATRIN na technologickom inštitúte v Karlsruhe (Nemecko), ktorý sa začal 11. júna.
„Otázka veľkosti a povahy neutrínovej hmoty je jednou z hlavných. Jeho rozhodnutie bude slúžiť ako základ pre ďalší rozvoj nášho chápania štruktúry, “- uzatvára profesor.
Zdá sa, že v zásade je všetko známe o omši, zostáva objasniť nuansy. To však nie je tento prípad. Fyzici spočítali, že hmota, ktorú pozorujeme, zaberá iba päť percent hmoty hmoty vo vesmíre. Zvyšok je hypotetická temná hmota a energia, ktoré nevydávajú nič, a preto nie sú registrované. Z ktorých častíc pozostávajú tieto neznáme časti vesmíru, z čoho je ich štruktúra, ako interagujú s naším svetom? Budúce generácie vedcov to budú musieť zistiť.
Tatiana Pichugina