Elementariosios dalelės yra mažiausi žinomi visatos elementai. Manoma, kad jie neturi vidinės struktūros, o tai reiškia, kad tyrėjai galvoja apie juos kaip nulio dimensijos taškus, kurie neužima vietos. Elektronai yra turbūt labiausiai žinomos elementariosios dalelės, tačiau standartinis fizikos modelis, apibūdinantis dalelių ir beveik visų jėgų sąveiką, atpažįsta 10 bendrųjų elementariųjų dalelių.
Elektronai ir giminingos dalelės
Elektronai yra neigiamai įkrauti atomų komponentai. Manoma, kad elektronai yra nulinio matmens taškinės dalelės, tačiau juos supa kitų virtualių dalelių debesis, kurie nuolat mirksi ir iškrenta iš egzistencijos, iš esmės veikiantys kaip paties elektrono dalis. Kai kurios teorijos numatė, kad elektronas turi šiek tiek teigiamą ir šiek tiek neigiamą polių, tai reiškia, kad šis virtualių dalelių debesis turėtų būti šiek tiek asimetriškas.
Jei taip būtų, elektronai galėtų elgtis kitaip nei jų antimedžiagos dvigubai didesni, pozitronai, galimai paaiškindami daugybę paslapčių apie materiją ir antimateriją. Bet fizikai ne kartą išmatavo elektrono formą ir, kiek žino jų, nustatė, kad jis yra idealiai apvalus, palikdamas juos be atsakymų apie antimaterijos prigimtį.
Elektronas turi du sunkesnius pusbrolius, vadinamus muonu ir tau. Muonai gali būti sukurti, kai didelės energijos kosminiai spinduliai iš kosmoso patenka į Žemės atmosferos viršų ir sukuria egzotinių dalelių dušą. Tausai yra dar retesni ir sunkiau gaminami, nes jie yra daugiau kaip 3400 kartų sunkesni nei elektronai. Neutrinai, elektronai, muonai ir tausai sudaro pagrindinių dalelių kategoriją, vadinamą leptonais.
Kvarkai ir jų miklumas
Kvarkai, kurie sudaro protonus ir neutronus, yra dar viena pagrindinių dalelių rūšis. Kartu su leptonais kvarkai sudaro daiktus, kuriuos mes laikome svarbiais.
Kažkada mokslininkai manė, kad atomai yra mažiausi įmanomi objektai; žodis kilęs iš graikų kalbos „atomos“, reiškiančio „nedalomas“. Maždaug 20-ojo amžiaus pradžioje buvo parodyta, kad atominiai branduoliai susideda iš protonų ir neutronų. Tada per šeštajame ir šeštajame dešimtmečiuose dalelių greitintuvai vis atskleidė egzotiškų subatominių dalelių, tokių kaip pionai ir kaonai, barzdą.
1964 m. Fizikai Murray Gell-Mann ir George Zweig savarankiškai pasiūlė modelį, kuris galėtų paaiškinti protonų, neutronų ir likusio dalelių zoologijos sodo vidinį veikimą, teigiama SLAC nacionalinės greitintuvo laboratorijos Kalifornijoje istorinėje ataskaitoje. Protonų ir neutronų viduje yra mažos dalelės, vadinamos kvarkais, kurios yra šešių galimų rūšių ar skonio: aukštyn, žemyn, keistai, žavesio, apačioje ir viršuje.
Protonai yra sudaryti iš dviejų kvarkų aukštyn ir žemyn kvarkų, o neutronai yra sudaryti iš dviejų žemyn ir aukštyn. Aukštyn ir žemyn kvarkai yra lengviausios veislės. Kadangi masyvesnės dalelės yra linkusios suskaidyti į mažiau masyvias, kvarkai aukštyn ir žemyn yra taip pat labiausiai paplitę Visatoje; todėl protonai ir neutronai sudaro didžiąją dalį mums žinomo dalyko.
Iki 1977 m. Fizikai buvo išskyrę penkis iš šešių laboratorijos kvarkų - aukštyn, žemyn, keistais, žavesio ir apačios -, bet tik 1995 m. Ilinojaus „Fermilab“ nacionalinės greitintuvo laboratorijos tyrėjai rado galutinę kvarką - viršutinę kvarką. Jo ieškojimas buvo toks pat intensyvus kaip vėlesnė Higso bozono medžioklė. Viršutinį kvarką buvo taip sunku pagaminti, nes jis yra apie 100 trilijonų kartų sunkesnis nei kvarkas, o tai reiškia, kad jam pagaminti reikėjo daug daugiau energijos dalelių greitintuvuose.
Pagrindinės gamtos dalelės
Tada yra keturios pagrindinės gamtos jėgos: elektromagnetizmas, gravitacija ir stipriosios bei silpnosios branduolinės jėgos. Kiekvienas iš jų turi pagrindinę dalelę.
Labiausiai žinomi fotonai; jie neša elektromagnetinę jėgą. Klonai turi stiprią branduolinę jėgą ir yra protonų ir neutronų viduje esančiuose kvarkuose. Silpną jėgą, kuri tarpininkauja tam tikroms branduolinėms reakcijoms, vykdo dvi pagrindinės dalelės - W ir Z bozonai. CERN teigia, kad neutronai, kurie jaučia tik silpną jėgą ir sunkumą, sąveikauja su šiais bosonais, todėl fizikai sugebėjo pirmiausia įrodyti savo egzistavimą naudodami neutrinus.
Gravitacija čia yra pašalinė pusė. Jis neįtrauktas į standartinį modelį, nors fizikai įtaria, kad jame gali būti susijusi pagrindinė dalelė, kuri būtų vadinama gravitonu. Jei gravitonų būtų, juos būtų įmanoma sukurti dideliame hadronų susidūrime (LHC) Ženevoje, Šveicarijoje, tačiau jie greitai išnyktų į papildomus matmenis, paliekant tuščią zoną, kurioje jie būtų buvę, teigia CERN. Iki šiol LHC nematė gravitonų ar papildomų matmenų.
Nepasiekiamas Higso bozonas
Galiausiai yra Higso bozonas, elementariųjų dalelių karalius, atsakingas už visų kitų dalelių masės suteikimą. Medžioklė Higgui buvo pagrindinis mokslininkų siekis užpildyti savo standartinio modelio katalogą. Kai pagaliau buvo pastebėtas Higsas, 2012 m. Fizikai džiaugėsi, tačiau rezultatai taip pat paliko juos sunkioje vietoje.
Higsas atrodo beveik tiksliai taip, kaip buvo prognozuojama atrodyti, tačiau mokslininkai tikėjosi daugiau. Standartinis modelis yra neišsamus; pavyzdžiui, trūksta gravitacijos aprašymo, o tyrinėtojai manė, kad Higgso atradimas padės nurodyti kitas teorijas, kurios galėtų pakeisti standartinį modelį. Tačiau iki šiol jie toje paieškoje pasirodė tušti.
Papildomas ištekliai:
