Масса әлі күнге дейін физиктер үшін жұмбақ

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Масса – ғылымдағы іргелі және сонымен бірге жұмбақ ұғымдардың бірі. Элементар бөлшектер әлемінде оны энергиядан бөлуге болмайды. Ол тіпті нейтрино үшін де нөлге тең емес және оның көп бөлігі Әлемнің көрінбейтін бөлігінде орналасқан. РИА Новости физиктердің масса туралы не білетінін және онымен қандай құпияларды байланыстыратынын айтып береді.

Салыстырмалы және қарапайым

Париждің шетінде, Халықаралық салмақтар мен өлшемдер бюросының штаб-пәтерінде салмағы тура бір келі болатын платина мен иридий қорытпасынан жасалған цилиндр бар. Бұл бүкіл әлем үшін стандарт. Массаны көлем мен тығыздық арқылы көрсетуге болады және оны денедегі зат мөлшерінің өлшемі ретінде қызмет етеді деп санауға болады. Бірақ микроәлемді зерттейтін физиктер мұндай қарапайым түсініктемеге қанағаттанбайды.

Бұл цилиндрді жылжытуды елестетіп көріңіз. Оның биіктігі төрт сантиметрден аспайды, дегенмен, айтарлықтай күш салу керек. Жылжыту үшін, мысалы, тоңазытқышты жылжыту үшін одан да көп күш қажет болады. Физика күшін қолдану қажеттілігі денелердің инерциясымен түсіндіріледі, ал масса күш пен одан туындайтын үдеуді (F = ma) байланыстыратын коэффициент ретінде қарастырылады.

Масса қозғалыстың ғана емес, сонымен бірге денелерді бір-бірін тартатын ауырлық күші өлшемі ретінде қызмет етеді (F = GMm / R2). Таразыға жеткенде жебе ауытқиды. Себебі, Жердің массасы өте үлкен, ал тартылыс күші бізді тура мағынасында жер бетіне итереді. Ашықырақ айда адамның салмағы алты есе аз болады.

Гравитация массадан кем емес жұмбақ. Кейбір өте үлкен денелер қозғалған кезде гравитациялық толқындар шығара алады деген болжам тек 2015 жылы LIGO детекторында тәжірибе жүзінде расталды. Екі жылдан кейін бұл жаңалық Нобель сыйлығына ие болды.

Галилео ұсынған және Эйнштейн нақтылаған эквиваленттілік принципі бойынша гравитациялық және инерциялық массалар тең. Бұдан шығатыны, массивтік объектілер кеңістік-уақытты иілуге қабілетті. Жұлдыздар мен планеталар олардың айналасында гравитациялық шұңқырлар жасайды, оларда табиғи және жасанды серіктері жер бетіне түскенше айналады.

Масса қайдан келеді

Физиктер элементар бөлшектердің массасы болуы керек екеніне сенімді. Электрон мен ғаламның құрылыс блоктары – кварктардың массасы бар екені дәлелденді. Әйтпесе, олар атомдарды және барлық көрінетін заттарды құра алмайды. Массасы жоқ ғалам жарық жылдамдығымен ұшатын әртүрлі сәулелену кванттарының хаосы болар еді. Онда галактикалар да, жұлдыздар да, планеталар да болмас еді.

Бірақ бөлшек өзінің массасын қайдан алады?

«Стандартты модельді бөлшектер физикасында – барлық элементар бөлшектердің электромагниттік, әлсіз және күшті әрекеттесулерін сипаттайтын теорияны құру кезінде үлкен қиындықтар туындады. Модель бөлшектердің нөлдік емес массаларының болуына байланысты болмай қоймайтын дивергенцияларды қамтыды», - дейді Александр Студеникин. ғылым докторы, РИА Новостиге Ломоносов атындағы Мәскеу мемлекеттік университетінің физика кафедрасының теориялық физика кафедрасының профессоры.

Шешімді 1960 жылдардың ортасында еуропалық ғалымдар тапты, бұл табиғатта басқа өріс бар - скаляр. Ол бүкіл Әлемді қамтиды, бірақ оның әсері тек микро деңгейде байқалады. Бөлшектер оған кептеліп, осылайша масса алатын сияқты.

Жұмбақ скаляр өріс стандартты модельдің негізін қалаушылардың бірі британдық физик Питер Хиггстің атымен аталды. Бозон, Хиггс өрісінде пайда болатын массивтік бөлшек те оның атын алады. Ол 2012 жылы CERN-дегі Үлкен адрон коллайдерінде жүргізілген эксперименттерде табылған. Бір жылдан кейін Хиггс Франсуа Энглермен бірге Нобель сыйлығының лауреаты атанды.

Елес аң аулау

Бөлшек-елес - нейтрино да массивті деп танылуы керек еді. Бұл Күннен және ғарыштық сәулелерден нейтрино ағындарын бақылауға байланысты, оны ұзақ уақыт түсіндіру мүмкін болмады. Бөлшек қозғалыс кезінде немесе физиктер айтқандай тербеліс кезінде басқа күйлерге ауысуға қабілетті екені анықталды. Бұл массасыз мүмкін емес.

Мысалы, Күннің ішкі бөлігінде дүниеге келген электронды нейтриноларды қатаң мағынада элементар бөлшектер деп санауға болмайды, өйткені олардың массасы белгілі бір мағынаға ие емес. Бірақ қозғалыста олардың әрқайсысын бір зат ретінде қарастыруға болады. массасы m1, m2, m3 болатын элементар бөлшектердің (нейтрино деп те аталады) суперпозициясы. Массалық нейтринолардың жылдамдығының айырмашылығына байланысты детектор тек электронды нейтриноларды ғана емес, сонымен қатар мюондық және тау нейтрино сияқты басқа типтегі нейтриноларды да анықтайды. Бұл 1957 жылы Бруно Максимович Понтекорво болжаған араласу мен тербелістің салдары», - деп түсіндіреді профессор Студеникин.

Нейтриноның массасы электрон вольттың оннан екісінен аспайтыны анықталды. Бірақ нақты мағынасы әлі белгісіз. Ғалымдар мұны Карлсруэ технологиялық институтында (Германия) 11 маусымда іске қосылған KATRIN экспериментінде жасайды.

"Нейтрино массасының шамасы мен табиғаты туралы мәселе басты мәселелердің бірі болып табылады. Оның шешімі біздің құрылым туралы идеяларымызды одан әрі дамытуға негіз болады", - деп қорытындылайды профессор.

Негізінде, масса туралы бәрі белгілі болып көрінеді, бұл нюанстарды нақтылау үшін қалады. Бірақ бұл олай емес. Физиктер біздің бақылауымызға жарамды материя ғаламдағы материя массасының бес пайызын ғана алып жатқанын есептеді. Қалғаны - гипотетикалық қараңғы материя мен энергия, олар ештеңе шығармайды, сондықтан тіркелмейді. Ғаламның бұл белгісіз бөліктері қандай бөлшектерден тұрады, олардың құрылымы қандай, олар біздің әлеммен қалай әрекеттеседі? Оны ғалымдардың кейінгі буындары анықтауы керек.