Atomisme, iaitu doktrin tentang kewujudan zarah terkecil yang tidak dapat dipisahkan yang membentuk jirim, muncul jauh sebelum para saintis dapat mengesahkan ketentuannya melalui eksperimen. Namun, ketika mereka melakukannya, ternyata mikrokosmos diisi tidak hanya dengan atom, tetapi juga dengan zarah yang lebih kecil yang menunjukkan sifat luar biasa.
Mikrokosmos Encik Lubin
Konsep "atom" dibawa kembali ke penggunaan saintifik oleh John Dalton, seorang guru sekolah dari Manchester, yang mencipta teori interaksi kimia yang meyakinkan pada awal abad ke-19. Dia sampai pada kesimpulan bahawa ada zat-zat sederhana di alam, yang disebutnya sebagai "unsur", dan masing-masing terdiri dari atom yang hanya menjadi ciri khasnya. Dalton juga memperkenalkan konsep berat atom, yang memungkinkan unsur-unsur dipesan dalam Jadual Berkala yang terkenal, yang diusulkan oleh Dmitry Mendeleev pada bulan Mac 1869.
Fakta bahawa selain atom terdapat beberapa zarah lain, para saintis mula meneka ketika mengkaji fenomena elektrik. Pada tahun 1891, ahli fizik Ireland George Stoney mencadangkan memanggil zarah bermuatan hipotesis sebagai elektron. Setelah 6 tahun, orang Inggeris Joseph Thomson mendapati bahawa elektron jauh lebih ringan daripada atom unsur paling ringan (hidrogen), sebenarnya, setelah menemui zarah asas yang pertama.
Pada tahun 1911, Ernest Rutherford, berdasarkan data eksperimen, mengusulkan model planet atom, di mana terdapat nukleus yang padat dan bermuatan positif di tengahnya, di mana elektron bermuatan negatif berputar. Zarah subatomik dengan muatan positif, dari mana inti disusun, disebut proton.
Tidak lama kemudian satu lagi penemuan mengejutkan ditunggu oleh ahli fizik: bilangan proton dalam atom sama dengan bilangan unsur dalam jadual berkala. Kemudian timbul hipotesis bahawa terdapat beberapa zarah lain dalam komposisi inti atom. Pada tahun 1921, ahli kimia Amerika William Harkins mengusulkan untuk memanggil mereka neutron, tetapi memerlukan 10 tahun lagi untuk merakam dan menggambarkan radiasi neutron, penemuan yang, seperti yang kita tahu, sangat penting untuk pengembangan tenaga nuklear.
Video promosi:
Hantu Antiworld
Pada awal 1930-an, ahli fizik mengetahui empat zarah asas: foton, elektron, proton, dan neutron. Nampaknya mereka cukup untuk menggambarkan mikrokosmos.
Keadaan berubah secara mendadak ketika Paul Dirac membuktikan kemungkinan teoritis tentang keberadaan antielektron. Sekiranya elektron dan anti-elektron bertembung, maka pemusnahan akan berlaku dengan pelepasan foton bertenaga tinggi. Pada mulanya, Dirac percaya bahawa proton adalah anti-elektron, tetapi rakan-rakannya mengejek idenya, kerana ketika itu semua atom di dunia akan langsung musnah. Pada bulan September 1931, saintis mencadangkan bahawa mesti ada zarah khas (kemudian disebut positron), yang lahir dari vakum ketika sinar gamma keras bertabrakan. Segera menjadi jelas bahawa para saintis telah mendaftarkan zarah semacam itu lebih awal, tetapi tidak dapat memberikan manifestasi yang munasabah. Penemuan positron menunjukkan bahawa proton dan neutron mesti mempunyai analog yang sama.
Ahli fizik Rusia Vladimir Rozhansky melangkah lebih jauh, menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1940 di mana dia berpendapat bahawa beberapa badan dalam sistem suria (misalnya, meteorit, komet dan asteroid) terdiri dari antimateri. Orang awam yang berpendidikan, pertama sekali penulis fiksyen ilmiah, mengambil idea itu, dengan mempercayai kenyataan fizikal anti-dunia yang ada di suatu tempat berhampiran.
Proses mendapatkan antipartikel secara artifisial ternyata sangat sukar: untuk ini diperlukan untuk membina pemecut khas "Bevatron". Antiproton dan antineutron dikesan di dalamnya pada pertengahan 1950-an. Sejak itu, di sebalik kenaikan kos tenaga kerja, hanya mungkin memperoleh jumlah antimateri yang dapat diabaikan, sehingga pencarian "simpanan" semula jadi terus berlanjut.
Harapan penyokong hipotesis Rozhansky didorong oleh perbezaan yang dicatatkan (dengan faktor 100!) Antara intensiti aliran antiproton yang diramalkan dan nyata dalam sinaran kosmik. Perbezaan ini dapat dijelaskan, antara lain, dengan bantuan anggapan bahawa di suatu tempat di luar Galaksi kita (atau bahkan Metagalaxy), sebenarnya terdapat wilayah yang luas yang terdiri daripada antimateri.
Zarah sukar difahami
Pada tahun 1900, ahli fizik menetapkan bahawa sinar beta yang dihasilkan oleh kerosakan radioaktif sebenarnya adalah elektron.
Dalam pengamatan lebih lanjut, ternyata tenaga elektron yang dipancarkan ternyata berbeda, yang jelas melanggar hukum pemuliharaan tenaga. Tidak ada muslihat teori dan praktikal yang membantu menjelaskan apa yang sedang terjadi, dan pada tahun 1930 Niels Bohr, patriark fizik kuantum, meminta peninggalan undang-undang ini dalam hubungannya dengan dunia mikro.
The Swiss Wolfgang Pauli menemui jalan keluar: dia menyarankan bahawa semasa pembusukan nukleus atom, zarah subatomik lain dilepaskan, yang disebutnya sebagai neutron dan yang tidak dapat dikesan oleh instrumen yang ada. Oleh kerana pada masa itu neutron yang telah diramalkan akhirnya ditemui, diputuskan untuk memanggil zarah Pauli hipotesis sebagai neutrino (kemudian ternyata bahawa semasa peluruhan beta, bukan neutrino, tetapi antineutrino dilahirkan).
Walaupun idea neutrino pada mulanya diterima dengan keraguan, lama-kelamaan ia mengambil alih fikiran. Pada masa yang sama, timbul masalah baru: zarahnya sangat kecil dan mempunyai jisim yang tidak signifikan sehingga praktikalnya mustahil untuk memperbaikinya walaupun melalui bahan yang paling padat. Namun para penyelidik tidak menyerah: ketika reaktor nuklear muncul, mereka berjaya digunakan sebagai penjana fluks neutrino yang kuat, yang menyebabkan penemuannya pada tahun 1956.
Zarah "hantu" belajar mendaftar dan bahkan membina sebuah balai cerap neutrino "Ice Cube" yang besar di Antartika, tetapi mereka sendiri tetap menjadi misteri. Sebagai contoh, terdapat hipotesis bahawa antineutrinos berinteraksi dengan bahan seperti neutrino biasa. Sekiranya hipotesis disahkan melalui eksperimen, maka akan menjadi jelas mengapa, semasa pembentukan Alam Semesta, timbul asimetri global dan perkara hari ini jauh lebih besar daripada antimateri.
Para saintis mengaitkan dengan kajian lebih lanjut mengenai neutrino mendapatkan jawapan mengenai kemungkinan pergerakan dengan kelajuan superluminal, mengenai sifat "bahan gelap", mengenai keadaan Alam Semesta awal. Tetapi, mungkin yang paling penting, kehadiran jisim dalam neutrino yang baru-baru ini terbukti merosakkan Model Piawai, melanggar asas fizik moden.
Di luar Model Piawai
Kajian mengenai sinar kosmik dan pembinaan pemecut yang kuat menyumbang kepada penemuan puluhan zarah yang sebelumnya tidak diketahui, yang mana klasifikasi tambahan harus diperkenalkan. Sebagai contoh, hari ini semua zarah subatom yang tidak dapat dipecah menjadi bahagian komponennya disebut unsur, dan hanya zarah yang dianggap tidak mempunyai struktur dalaman (elektron, neutrino, dll.) Yang disebut asas.
Pada awal 1960-an, Model Piawai mula terbentuk - teori yang mengambil kira semua zarah dan interaksi daya yang diketahui, kecuali graviti. Versi semasa menerangkan 61 zarah unsur, termasuk boson Higgs yang legenda. Kejayaan Model Piawai adalah bahawa ia meramalkan sifat zarah yang belum ditemui, sehingga menjadikannya lebih mudah untuk menemukannya. Namun ada alasan untuk membicarakan, jika tidak mengenai menyemak semula, maka mengenai pengembangan model. Inilah yang sedang dilakukan oleh para pendukung Fizik Baru, yang diminta untuk menyelesaikan masalah teori yang terkumpul.
Melangkaui Model Piawai akan disertai dengan penemuan zarah unsur baru, yang masih hipotesis. Mungkin saintis akan menemui tachyon (bergerak pada kelajuan superluminal), graviton (membawa interaksi graviti) dan vimps (membentuk benda "gelap"). Tetapi kemungkinan mereka akan tersandung pada sesuatu yang lebih hebat lagi. Namun, walaupun demikian tidak akan ada jaminan bahawa kita telah mengetahui mikrokosmos secara keseluruhan.
Anton Pervushin
