Mišios fizikams vis dar yra paslaptis

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Mišios yra viena iš pamatinių ir kartu paslaptingų mokslo sąvokų. Elementariųjų dalelių pasaulyje ji negali būti atskirta nuo energijos. Net neutrinams jis nėra lygus nuliui, o didžioji jo dalis yra nematomoje Visatos dalyje. RIA Novosti pasakoja, ką fizikai žino apie masę ir kokios su ja susijusios paslaptys.

Santykinai ir elementariai

Paryžiaus priemiestyje, Tarptautinio svorių ir matų biuro būstinėje, stovi iš platinos ir iridžio lydinio pagamintas cilindras, sveriantis lygiai vieną kilogramą. Tai yra viso pasaulio standartas. Masė gali būti išreikšta tūriu ir tankiu ir gali būti laikoma, kad ji naudojama kaip medžiagos kiekio kūne matas. Tačiau mikropasaulį tyrinėjantys fizikai nėra patenkinti tokiu paprastu paaiškinimu.

Įsivaizduokite, kad judate šį cilindrą. Jo aukštis neviršija keturių centimetrų, tačiau teks dėti pastebimas pastangas. Dar daugiau pastangų reikės perkelti, pavyzdžiui, šaldytuvą. Fizikos jėgos taikymo poreikis paaiškinamas kūnų inercija, o masė laikoma koeficientu, jungiančiu jėgą ir atsirandantį pagreitį (F = ma).

Masė yra ne tik judėjimo, bet ir gravitacijos matas, dėl kurio kūnai traukia vienas kitą (F = GMm / R2). Kai užlipame ant skalės, rodyklė nukrypsta. Taip yra todėl, kad Žemės masė yra labai didelė, o gravitacijos jėga tiesiogine prasme stumia mus į paviršių. Šviesesniame mėnulyje žmogus sveria šešis kartus mažiau.

Gravitacija yra ne mažiau paslaptinga nei masė. Prielaida, kad judėdami kai kurie labai masyvūs kūnai gali skleisti gravitacines bangas, buvo eksperimentiškai patvirtinta tik 2015 m. naudojant LIGO detektorių. Po dvejų metų šis atradimas buvo apdovanotas Nobelio premija.

Pagal Galilėjaus pasiūlytą ir Einšteino išgrynintą lygiavertiškumo principą, gravitacinės ir inercinės masės yra lygios. Iš to išplaukia, kad masyvūs objektai gali sulenkti erdvėlaikį. Žvaigždės ir planetos aplink jas sukuria gravitacinius piltuvus, kuriuose natūralūs ir dirbtiniai palydovai sukasi tol, kol iškrenta į paviršių.

Iš kur atsiranda masė

Fizikai įsitikinę, kad elementariosios dalelės turi turėti masę. Įrodyta, kad elektronas ir visatos statybiniai blokai – kvarkai – turi masę. Priešingu atveju jie negalėtų sudaryti atomų ir visos matomos medžiagos. Visata be masės būtų įvairios spinduliuotės kvantų chaosas, besiveržiantis šviesos greičiu. Nebūtų nei galaktikų, nei žvaigždžių, nei planetų.

Bet iš kur dalelė gauna savo masę?

"Kuriant Standartinį dalelių fizikos modelį – teoriją, aprašančią visų elementariųjų dalelių elektromagnetinę, silpnąją ir stipriąją sąveiką, kilo didelių sunkumų. Modelyje buvo neišvengiamų nukrypimų dėl dalelių masių, kurios nėra nulinės", – sako Aleksandras Studenenikinas. RIA Novosti mokslų daktaras, Maskvos valstybinio Lomonosovo universiteto Fizikos katedros Teorinės fizikos katedros profesorius.

Išeitį Europos mokslininkai rado septintojo dešimtmečio viduryje, teigdami, kad gamtoje yra dar vienas laukas – skaliarinė. Ji persmelkia visą Visatą, tačiau jos įtaka pastebima tik mikro lygmeniu. Atrodo, kad dalelės jame įstringa ir taip įgauna masę.

Paslaptingasis skaliarinis laukas buvo pavadintas britų fiziko Peterio Higgso, vieno iš standartinio modelio įkūrėjų, vardu. Bozonas, didžiulė dalelė, kylanti Higso lauke, taip pat turi jo vardą. Jis buvo aptiktas 2012 m. atliekant eksperimentus CERN dideliame hadronų greitintuve. Po metų Higgsas kartu su François Engleriu buvo apdovanotas Nobelio premija.

Vaiduoklių medžioklė

Dalelė-vaiduoklis – neutrinas – taip pat turėjo būti pripažintas masyviu. Taip yra dėl neutrinų srautų iš Saulės ir kosminių spindulių stebėjimų, kurių ilgai nepavyko paaiškinti. Paaiškėjo, kad dalelė judėjimo metu gali virsti kitomis būsenomis arba svyruoti, kaip teigia fizikai. Tai neįmanoma be masės.

Elektroniniai neutrinai, gimę, pavyzdžiui, Saulės viduje, griežtąja prasme negali būti laikomi elementariosiomis dalelėmis, nes jų masė neturi apibrėžtos reikšmės. Tačiau judant kiekvienas iš jų gali būti laikomas elementariųjų dalelių (dar vadinamų neutrinais), kurių masės m1, m2, m3 superpozicija. Dėl masės neutrinų greičio skirtumo detektorius aptinka ne tik elektroninius, bet ir kitų tipų neutrinus, pavyzdžiui, miuoninius ir tau neutrinus. Tai maišymosi ir svyravimų pasekmė, kurią 1957 metais numatė Bruno Maksimovičius Pontecorvo“, – aiškina profesorius Studenikinas.

Nustatyta, kad neutrino masė negali viršyti dviejų dešimtųjų elektronvoltų. Tačiau tiksli reikšmė vis dar nežinoma. Mokslininkai tai daro KATRIN eksperimente Karlsrūhės technologijos institute (Vokietija), pradėtame birželio 11 d.

"Neutrinų masės dydžio ir pobūdžio klausimas yra vienas pagrindinių. Jo sprendimas bus pagrindas tolesnei mūsų idėjų apie struktūrą plėtrai", – apibendrina profesorius.

Atrodytų, iš esmės viskas apie masę žinoma, belieka išsiaiškinti niuansus. Tačiau taip nėra. Fizikai apskaičiavo, kad medžiaga, kurią galime stebėti, visatoje užima tik penkis procentus materijos masės. Likusi dalis yra hipotetinė tamsioji medžiaga ir energija, kurios nieko neišskiria ir todėl nėra registruojamos. Iš kokių dalelių susideda šios nežinomos visatos dalys, kokia jų sandara, kaip jos sąveikauja su mūsų pasauliu? Kitos mokslininkų kartos turės tai išsiaiškinti.