Massa adalah salah satu konsep asas dan sekaligus misteri dalam sains. Dalam dunia zarah unsur, ia tidak dapat dipisahkan dari tenaga. Ia bukan sifar bahkan untuk neutrino, dan sebahagian besarnya terletak di bahagian Alam Semesta yang tidak kelihatan. RIA Novosti memberitahu apa yang diketahui oleh ahli fizik mengenai jisim dan rahsia apa yang berkaitan dengannya.
Secara relatif dan asas
Di pinggiran kota Paris, di markas Biro Timbangan dan Ukuran Antarabangsa, terdapat silinder yang terbuat dari paduan platinum dan iridium dengan berat tepat satu kilogram. Ini adalah standard untuk seluruh dunia. Jisim dapat dinyatakan dalam bentuk isipadu dan ketumpatan dan dapat dianggap bahawa ia berfungsi sebagai ukuran jumlah bahan dalam tubuh. Tetapi ahli fizik yang mempelajari dunia mikro tidak berpuas hati dengan penjelasan sederhana seperti itu.
Bayangkan bergerak silinder ini. Ketinggiannya tidak melebihi empat sentimeter, namun perlu dilakukan usaha yang nyata. Memerlukan lebih banyak usaha untuk memindahkan, misalnya, peti sejuk. Keperluan untuk menerapkan daya fizik dijelaskan oleh inersia badan, dan jisim dianggap sebagai pekali yang menghubungkan daya dan pecutan yang dihasilkan (F = ma).
Jisim berfungsi sebagai ukuran bukan sahaja gerakan, tetapi juga graviti, yang memaksa badan untuk menarik satu sama lain (F = GMm / R2). Apabila kita mencapai skala, anak panah dibelokkan. Ini kerana jisim Bumi sangat besar, dan daya graviti secara harfiah mendorong kita ke permukaan. Pada bulan yang lebih ringan, seseorang beratnya enam kali lebih sedikit.
Graviti tidak kurang misteri daripada jisim. Anggapan bahawa beberapa badan yang sangat besar dapat memancarkan gelombang graviti ketika bergerak hanya disahkan secara eksperimen pada tahun 2015 di pengesan LIGO. Dua tahun kemudian, penemuan ini dianugerahkan Hadiah Nobel.
Menurut prinsip kesetaraan yang dikemukakan oleh Galileo dan diperhalusi oleh Einstein, massa graviti dan inersia adalah sama. Ini menunjukkan bahawa objek besar mampu membengkokkan ruang-waktu. Bintang dan planet membuat corong graviti di sekelilingnya, di mana satelit semula jadi dan buatan berputar sehingga jatuh ke permukaan.
Video promosi:
Quark berinteraksi dengan bidang Higgs / Ilustrasi RIA Novosti / Alina Polyanina.
Dari mana datangnya jisim
Ahli fizik yakin bahawa zarah unsur mesti mempunyai jisim. Telah terbukti bahawa elektron dan blok bangunan alam semesta - kuark - mempunyai jisim. Jika tidak, mereka tidak dapat membentuk atom dan semua benda yang dapat dilihat. Alam semesta tanpa massa akan menjadi huru-hara kuanta pelbagai sinaran, bergegas dengan kelajuan cahaya. Tidak akan ada galaksi, tidak ada bintang, tidak ada planet.
Tetapi dari mana datangnya jisim?
Semasa membuat Model Piawai dalam fizik zarah - teori yang menerangkan interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat dari semua zarah unsur, timbul kesulitan besar. Model ini mengandungi perbezaan yang tidak dapat dielakkan kerana adanya jisim bukan sifar dalam zarah,”kata Alexander Studenikin, Doktor Sains, Profesor Jabatan Fizik Teoritis di Jabatan Fizik Universiti Negeri Lomonosov Moscow, RIA Novosti.
Penyelesaiannya dijumpai oleh saintis Eropah pada pertengahan 1960-an, menunjukkan bahawa ada bidang lain di alam ini - satu skalar. Ia meresap ke seluruh Alam Semesta, tetapi pengaruhnya hanya terlihat pada tahap mikro. Zarah-zarah nampaknya tersekat di dalamnya dan dengan itu memperoleh jisim.
Medan skalar misterius dinamakan sempena ahli fizik Britain Peter Higgs, salah seorang pengasas Model Piawai. Boson juga dinamai namanya - zarah besar yang timbul di ladang Higgs. Ia ditemui pada tahun 2012 dalam eksperimen di Large Hadron Collider di CERN. Setahun kemudian, Higgs dianugerahkan Hadiah Nobel bersama dengan François Engler.
Memburu hantu
Zarah hantu - neutrino - juga harus dikenali sebagai besar. Ini disebabkan oleh pemerhatian fluks neutrino dari Matahari dan sinar kosmik, yang untuk waktu yang lama tidak dapat dijelaskan. Ternyata zarah mampu berubah menjadi keadaan lain semasa pergerakan, atau berayun, seperti yang dikatakan oleh ahli fizik. Ini mustahil tanpa jisim.
Netrinos elektronik, yang lahir, misalnya, di pedalaman Matahari, dalam pengertian yang ketat tidak dapat dianggap sebagai zarah unsur dasar, kerana jisimnya tidak memiliki makna yang pasti. Tetapi dalam gerakan, masing-masing dapat dianggap sebagai superposisi zarah unsur (juga disebut neutrinos) dengan massa m1, m2, m3. Kerana perbezaan kelajuan neutrino massa, pengesan tidak hanya mengesan neutrino elektron, tetapi juga neutrino jenis lain, misalnya, neutron muon dan tau. Ini adalah akibat percampuran dan ayunan yang diramalkan pada tahun 1957 oleh Bruno Maksimovich Pontecorvo,”jelas Profesor Studenikin.
Telah ditentukan bahawa jisim neutrino tidak boleh melebihi dua persepuluh volt elektron. Tetapi maksud sebenarnya masih belum diketahui. Para saintis melakukan ini dalam eksperimen KATRIN di Institut Teknologi Karlsruhe (Jerman), yang dilancarkan pada 11 Jun.
"Persoalan mengenai besarnya dan sifat jisim neutrino adalah salah satu yang utama. Keputusannya akan menjadi asas untuk pengembangan lebih lanjut pemahaman kita mengenai struktur, "- profesor menyimpulkan.
Nampaknya pada dasarnya semua yang diketahui mengenai massa, masih jelas untuk menjelaskan nuansa. Tetapi ini tidak berlaku. Ahli fizik telah mengira bahawa jirim yang kita amati hanya merangkumi lima peratus jisim jirim di alam semesta. Selebihnya adalah bahan gelap dan tenaga hipotesis, yang tidak mengeluarkan apa-apa dan oleh itu tidak didaftarkan. Zarah-zarah apa yang terdiri daripada bahagian-bahagian alam semesta yang tidak diketahui ini, apakah strukturnya, bagaimana mereka berinteraksi dengan dunia kita? Para saintis generasi akan datang perlu memikirkannya.
Tatiana Pichugina
